魏海翔，程　鹏，刘翠华（1.中山市技师学院，广东中山　5280；2.华南理工大学，广东广州　51060；.蒂森电梯有限公司，广东中山　52855；.中山市黄圃镇科委，广东中山　52829）



西门子MM440变频器在内螺纹机的应用

魏海翔1，2，程鹏3，刘翠华4
（1.中山市技师学院，广东中山528403；2.华南理工大学，广东广州510640；3.蒂森电梯有限公司，广东中山528455；4.中山市黄圃镇科委，广东中山528429）

摘要：变频器MM440是德国西门子公司研制出的一种能广泛应用多个工业场合的多功能标准变频器，它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力。根据铜管内螺纹加工过程中放线装置、高频电机装置、V型槽装置和收线装置中，电机不同的启动和停止方式、运行中速度和转矩变化等特点，详细介绍了变频器MM440针对上述各电机的参数设定及控制系统的设计，使系统运行符合生产需要，提高了产品质量和生产效率。

关键词：变频器；S7-200PLC；内螺纹机

0　引言

铜管产品是制冷设备进行热交换的一个主要部件，由于铜的价值大、制冷设备用铜管量多、铜管热交换率要高等因素，就要求铜管产品壁薄而且管内接触面积大，故对铜管产品加工的设备要求显得非常重要。内螺纹机就是一种能生产铜管产品达到壁薄而且管内接触面积大要求的设备，一般是由收放线电机装置，V型槽电机装置，高频电机装置及放线补偿装置构成。早期的内螺纹铜管设备主要由国外AU⁃TOMAX公司进口，该公司生产的内螺纹机设备由高频电机控制系统和收放线电机控制系统，V型电机控制系统组成。该设备的系统复杂，控制柜由7个尺寸为800×2 200（mm×mm）组成。而且高速马达控制采取磁悬浮技术控制，故该系统的控制模块较多，维修费用高，光一台专用变频器就要10万，而且备件购货周期较长，模块一旦出现故障就容易造成生产停顿。所以这种类型的内螺纹设备已跟不上快速的经济发展。而本文介绍这个系统，是采用西门S7-200 PLC为主以及西门子变频器MM440为辅的控制系统，两者构成一个简单的控制系统在内螺纹机设备。不但能达到生产工艺的要求，而且设备的维护成本低[1]。

1　系统构成

根据铜管生产加工工艺要求，把内表面光滑的铜管经过装有内螺纹芯头拉伸模的高频电机，再经过V型槽电机拉拨成各种规格的内螺纹铜管。国产内螺纹机设备主要由放线装置、高速电机装置、V型槽装置、收线装置组成。

（1）放线装置

放线装置是由放线电机机构和放线补偿构成，放线电机机构由7.5 kW的三相交流变频电机经过减速箱组成，并带动重达3吨的料框和料框内的铜管作变速圆周运动[2]。由于在生产中放卷料筐内的铜管排放是不规则的，要保证铜管顺利平稳从料框出去，所以要求放线电机的速度实时变化，而且每次转速变化幅度较大，故放线机械转动惯量大。如果控制不稳定料框内的铜管极易飞出料框，造成铜管材料浪费。采用MM440控制实现电机对速度的动态响应，且不易过载[3]。放线电机在工作起步阶段时，由S7-200PLC I/O输出线路直接控制MM440变频器启动，同时安装在控制操作台上的电位器，该电位器的线路接入控制MM440的模拟端子3号、4号，可以对放线电机的速度进行微调。当放线电机平稳运行时，电机的速度调整则通过放线补偿装置来进行补偿控制，放线补偿装置是由一个U型挂钩和一个DC24V角度编码器组成。当内螺纹机整个运行系统速度不匹配时，铜管会在U型挂钩中左右摆动时，同时带动U挂钩摆动，U型挂钩通过机械装置带动角度编码器的轴在0～300°之间变化，同时输出DC 0-10V直流电压到PLC模拟量输入模块，在经过PLC内部程序运算后，输出DC 0-10V的信号并直接驱动MM440，来微调控制放线电机的速度[4]，使放线速度与系统整体速度相匹配，铜管不会抛出料框。

（2）高频电机装置

高频电机装置由高频电机和其它冷却系统组，其中高频电机是整个生产工艺核心之处。铜管内部能否形成内螺纹，就要靠高频电机带动装有螺纹芯头的加工模具在铜管内部高速运转，而形成的内螺纹。因此对高速电机和变频器要求很高。本系统高频电机功率18.5 kW，速度最高达到35 000 r/min，则要求变频器输出频率达到580 Hz，MM440是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，最大输出频率为650 Hz。因此选用MM440为最佳选择。本系统采用三段速度，当4个电机同时起步时，采用第一段速度，经过第一段及第二段速度平稳过度时，系统进入第三速度，此时高速电机在MM440控制下，以35 000 r/min速度运行。

（3）V型槽装置

V型槽装置由一台15 kW三相交流变频电机和约4米宽的V型凹槽大圆盘组成，V型槽在生产中对铜管起着拉拔作用，工艺要求铜管在拉伸过程中，V型槽的线速度在50 m/min，电机在启动时的低速恒扭矩到正常速度时恒扭矩。故对变频器的输出扭力要求非常严格，如果扭力过高则会拉扁铜管，甚至会拉断铜管。如果扭力不够则拉不动铜管。西门子MM440低速高转矩输出和良好的动态特性，以及具备超强的过载能力完全可以胜任此项工作。

（4）收线装置

收线装置是由收线电机机构构成，收线电机机构由7.5 kW的三相交流变频电机经过减速箱组成，并带动重达3吨的料框和料框内的铜管作恒定速速圆周运动。收线电机的速度是以V型槽电机速度为参考，当V型槽电机速度变化时，S7-200PLC输出模拟信号给收线电机的MM440变频器，使MM440变频器能快速控制收线电机速度。使收线装置上的料框能有序接收并摆放好铜管。

2　控制系统构成

2.1控制系统系统图

系统硬件配置如图1所示。

控制系统由西门子人机界面TD200、西门子PLCS7-200和西门子变频器MM440组成，通过在人机界面设定工作参数，PLC接受系统指令，控制变频器的运行，使整个系统高效可靠运行。

图1　系统硬件配置

2.2变频器的主要调试参数

根据内螺纹机的工作特点，并结合实际工作特点，对变频器MM440的主要参数设定如表1所示。

表1　参数设定

通过上述变频器MM440参数的设定，变频器MM440能发挥其矢量精准控制、低速高转矩输出、良好动态特性、超强的过载能力等优点，确保设备安全运行。

3　小结

经过内螺纹机的长期生产实践证明，用西门子变频器MM440可以满足铜管内螺纹的加工要求，而且该变频器操作通俗易懂，不但可通过BOP、AOP等对变频器进行基本参数的设置，也可以通过专用调试软件如Drivemoniter或Starter进行面向参数表的调试和启动。MM440变频器是西门子公司新一代变频器，其在铜管螺纹机应用中的主要特点有：控制功能强大，适用性强；其控制方式多样：FCC、各种VF、力矩控制等可根据负载特性灵活选择；模拟、数字的输入输出端子功能可编程使用；以及对电动机的保护措施有PTC过热、过流、短路等保护；另外只要有电工基础和传动知识基础，都可以进行操作，所以应用广泛[5]。

参考文献：

［1］魏海翔，刘翠华.变频调速在螺旋焊管机组主驱动中的应用［J］.焊管，2007（01）：56-59.

［2］王胜，潘超.西门子6SE70变频器的应用及常见故障处理［J］.变频器世界，2012（9）：72-74.

［3］罗庆祝.低压通用变频器的应用和选型［J］.电气技术，2009（10）：1-4.

［4］宋伯生. PLC编程应用指南［M］.北京：机械工业出版社，2007.

［5］李方园.造纸冲浆泵中交流变频器的应用［J］.机电工程，2007（06）：69-70.

(编辑：向飞)

Application of Siemens MM440 Inverter in Internal Thread Machine

WEI Hai-xiang1、2，CHENG Peng3，LIU Cui-hua4
（1. Zhongshan Technician College，Zhongshan528403，China；2. South China University of Technology，Guangzhou510640，China；3. Thyssen Elevator Co.，Ltd.，Zhongshan528455，China；4. Zhongshan Huangpu Science Committee，Zhongshan528429，China）

Abstract:The inverter MM440 is Germany Siemens company developed a wide range of applications can be multiple industrial applications of multifunctional standard drive, which uses a high-performance vector control technology to provide low speed high torque output and excellent dynamic characteristics, at the same time with superior overload. This article puts the antenna device according to internal brass thread processing, high-frequency electrical device, V-groove means and the closing line unit, the motor different start and stop mode, the speed and torque characteristics change operation, detailing the frequency MM440 is designed for the respective motor parameter setting and control system, allowing the system to run in line with production needs, improve product quality and production efficiency.

Key words:inverter；S7-200PLC；threading machine

作者简介：第一魏海翔，男，1974年生，江西南昌人，硕士，高级工程师。研究领域：自动化技术。

收稿日期：2015－10－17

DOI:10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2015. 11. 026

中图分类号：TN773

文献标识码：A

文章编号：1009－9492 ( 2015 ) 11－0098－03