臺達(dá)PLC及變頻器在懸掛輸送鏈電機(jī)同步控制中的應(yīng)用

　　1．簡單的把要控制的三個電機(jī)的功率加起來乘一個1.2到1.5之間的系數(shù)，以此數(shù)值選一變頻器，用這一臺變頻器直接驅(qū)動三臺電機(jī)。

　　2.用市面有售的同步控制器，用同步控制器發(fā)速度指令給三臺變頻器，每臺變頻器驅(qū)動一臺電機(jī)。

　　3.用三臺變頻器，在一號電機(jī)上加PG卡及編碼器(增量式A、B相，PC、12/15v 1024p/r)，

　　以1#電機(jī)為主電機(jī)，2#、3#電機(jī)以1#電機(jī)速度為基準(zhǔn)；方向指令同時加到三臺變頻器。1#電機(jī)矢量控制方式閉環(huán)運(yùn)行，2#電機(jī)、3#電機(jī)開環(huán)v/f控制加轉(zhuǎn)差補(bǔ)償。

　　4. 用三臺變頻器，在每個電機(jī)上加PG卡及編碼器(規(guī)格同上)，1#電機(jī)為主電機(jī)，2#、3#電機(jī)以1#電機(jī)速度、轉(zhuǎn)矩為基準(zhǔn)；方向指令同時加到三臺變頻器。1#電機(jī)以速度控制方式閉環(huán)運(yùn)行，2#電機(jī)、3#電機(jī)以轉(zhuǎn)矩控制方式閉環(huán)運(yùn)行。

　　5.用PLC控制，控制轉(zhuǎn)速的指令由PLC的DA轉(zhuǎn)換模塊以直流0-10V形式向驅(qū)動電機(jī)的變頻器發(fā)出，在每一個電機(jī)用編碼器或測速齒輪加接近開關(guān)測量其實際轉(zhuǎn)速并反饋給PLC，以第一電機(jī)實際轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)， PLC根據(jù)測量到的2#電機(jī)、3#電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速經(jīng)運(yùn)算處理后向控制2#電機(jī)和3#電機(jī)的變頻器發(fā)出修正指令，保證3臺電機(jī)實際轉(zhuǎn)速趨于一致。

　　（二）分析：

　　在實際運(yùn)行中輸送鏈負(fù)載的變化是很大的，首先， 因為在輸送鏈中存在轉(zhuǎn)彎、高度升降，即使在輸送鏈在空載時三個電機(jī)的負(fù)載也不是完全相等的，在生產(chǎn)過程中變化更大，尤其是在開始生產(chǎn)也就是向空線吊掛工件時（此時1#電機(jī)負(fù)載大于2#電機(jī)、而2#電機(jī)負(fù)載大于3#電機(jī)）以及生產(chǎn)結(jié)束開始也就是向輸送鏈不掛只卸工件時（此時3#電機(jī)負(fù)載大于2#電機(jī)、而2#電機(jī)負(fù)載大于1#電機(jī)）及在換品種（新工件與老工件重量有差異）也會發(fā)生以上的情況。

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　　第一種方法和第二種方法均是開環(huán)控制。第一種方法只適用于各電機(jī)負(fù)載相同和同步要求不太高的場合，第二種方法實際上只是把同一個速度給定信號簡單復(fù)制幾份或者按比例復(fù)制幾份加到相應(yīng)變頻器上，它只適用于各電機(jī)負(fù)載相同或各電機(jī)負(fù)載不相同但負(fù)載不變而且同步要求不太高的場合。

　　第三種方法是半閉環(huán)控制，控制精度好于前兩種，但也只適用于各電機(jī)負(fù)載相同或各電機(jī)負(fù)載不相同但負(fù)載不變而且同步要求不太高的場合。

　　第四種控制方式和第五種控制方式均是閉環(huán)控制，都能滿足控制要求。比較起來，第四種控制方式以控制轉(zhuǎn)矩為主，追求各電機(jī)轉(zhuǎn)矩及速度同步，同步精度高一些，但配置價格較高；第五種控制方式以控制各電機(jī)速度為主，同步精度稍差一些，但配置價格較經(jīng)濟(jì)，因此，我們在經(jīng)反復(fù)比較和考慮后決定采用第五種控制方式。

　　由于560米長的懸掛輸送鏈?zhǔn)怯?000多節(jié)40厘米長的鏈條聯(lián)接而成，在吊掛工件后鏈條會有一些伸長,在懸掛輸送鏈有兩段溫度高達(dá)攝氏150度以上,還有幾段涼水噴淋或強(qiáng)迫風(fēng)冷的地方,溫度因數(shù)也會造成鏈條伸長或收縮,由于鏈條節(jié)數(shù)較多,即使每節(jié)微小長度的變化累積起來也會使三臺實際轉(zhuǎn)速同步的電機(jī)驅(qū)動的三部分鏈條的移動速度不相同。為此，必須對同步控制作一些修正，我們在每一個張緊伸縮節(jié)處安裝了四個接近(限位)開關(guān)(稍快,很快, 稍慢,很慢)，PLC根據(jù)每一個張緊伸縮節(jié)處的開關(guān)接通狀況發(fā)出相應(yīng)的修正指令

　　嚴(yán)格地說三電機(jī)同步實際上也不是完全同步，只是三電機(jī)趨向同步，是一個差異調(diào)整再差異再調(diào)整的過程。

　　四、硬件配置：

　　1. 變頻器選擇：考慮到臺達(dá)M系列變頻器具有較好的性能價格比，對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可靠性較高，并且也考慮變頻器長期運(yùn)行，其功率應(yīng)留有一定的余量，決定采用臺達(dá)VFD037M43B，其輸入電壓為三相380V，輸出功率為3.7千瓦。

　　2. PLC選擇：為了實時監(jiān)測和控制三臺電機(jī)的轉(zhuǎn)速，PLC必須有三路高速計數(shù)輸入(同時占用3個輸入點)和模擬量輸出，“自動運(yùn)行”、“停止” 占用2個輸入點，三段輸送鏈張緊伸縮節(jié)位置指示占用15個輸入點， 三臺變頻器報警要占用3個輸入點，三臺變頻器使能控制及報警輸出要占用5個輸出點，因此PLC必須具有3點或3點以上的高速計數(shù)輸入通道，具有23個以上的輸入點和五個輸出點，臺達(dá)EH系列PLC具有較高的性能價格比,它采用CPU+ASIC（高速運(yùn)算處理晶片）雙處理器，分工運(yùn)算處理技術(shù)，基本指令速度可達(dá)0.24微秒，有四組計數(shù)頻率可達(dá)200Khz的高速計數(shù)器，可帶8個擴(kuò)展模塊，功能強(qiáng)，能滿足要求， 最后采用的是臺達(dá)EH系列PLC的DVP20EH00R+DVP08H11N+ DVP08H11N+DVP04DA-H，其輸入點為28點，輸出點為8點，有四路模擬量輸出。輸入和輸出點的地址分配見下表。
　

表1     地址分配表

　　○1 POD采用臺達(dá)的DOP-A57CSTD(屏幕為5.7吋)，用于設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速，顯示三臺電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速及張緊伸縮節(jié)的狀況。

　　○2 由于在電機(jī)及減速機(jī)是訂購的成品，在電機(jī)軸上安裝編碼器時同軸度很難達(dá)到規(guī)定要求，不得已，選用測速齒輪加接近開關(guān)這種測速方式，經(jīng)測算測速齒輪齒數(shù)為60齒接近開關(guān)的最大應(yīng)答頻率應(yīng)大于1.5Khz，我們采用了OMRON的E2E系列的接近開關(guān)，其最大應(yīng)答頻率為2Khz，可以滿足使用要求。

　　控制系統(tǒng)原理圖見 圖1  控制系統(tǒng)原理圖

圖1   控制系統(tǒng)原理圖

　　控制系統(tǒng)流程圖見      圖2   控制系統(tǒng)流程圖。

　　五、系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

    當(dāng)把“自動運(yùn)行”按鈕按下時，三個電機(jī)同時啟動，輸送鏈開始移動，為了減少沖擊力，電機(jī)緩慢起動后，先在低速運(yùn)行3秒，然后加速至設(shè)定速度運(yùn)行。在運(yùn)行過程中，開始時，PLC的模擬量輸出單元給每個控制電機(jī)的變頻器的速度指令是相同的，之后，PLC每0.5秒對三個電機(jī)采集一次實際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，以第一臺為基準(zhǔn)對其他兩臺電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，算出差額，經(jīng)CPU處理后，再向控制第二臺和第三臺電機(jī)的變頻器發(fā)出修正后的速度指令，使其的速度與第一臺的速度趨于一致。

    PLC在某一部分的“稍快”開關(guān)接通時,即將相應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速以設(shè)定轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)增加3%,如果這個信號未消失,那么以后每0.5秒將相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速增加1%;PLC在某一部分的“很快”開關(guān)接通時，即將相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速以設(shè)定轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)增加9%，如果這個信號未消失,那么以后每0.5秒將相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速增加3%，直至信號消失。反之，PLC在某一部分的“稍慢”開關(guān)接通時,即將相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速以設(shè)定轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)減少3%,如果這個信號未消失,那么以后每0.5秒將相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速減少1%;PLC在某一部分的“很慢”開關(guān)接通時，即將相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速以設(shè)定轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)減少9%，如果這個信號未消失,那么以后每0.5秒將相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速減少3%，直至信號消失。

    懸掛輸送鏈的幾個部分速度不同步或由于機(jī)械原因造成鏈條滑輪卡死會造成張緊伸縮節(jié)處拉伸或壓縮過度，從而引起機(jī)械故障，為此，我們在每一個張緊伸縮節(jié)處安裝了一個極限位開關(guān)，它可在張緊伸縮節(jié)處拉伸或壓縮達(dá)到一定程度時停止整線的運(yùn)行，另外，如果三臺變頻器的一臺報警，整線的運(yùn)行也將停止，這樣可有效地避免引起機(jī)械故障。

    輸送鏈在非正常情況下(指輸送鏈只有半條線掛工件時)停車,此時由于嚴(yán)重受力不均，有的部分鏈條會被拉伸,有的則被壓縮, 使張緊伸縮節(jié)處于報警狀態(tài)，筆者見過的同類型的懸掛輸送鏈碰到此類情況是靠人工干預(yù)后才能重新起動。我在程序中編了一個子程序，首先

    識別報警是否在運(yùn)行中發(fā)生，如是，則需在人工干預(yù)查出故障后才能重新起動，如不是，則PLC根據(jù)得到張緊伸縮節(jié)處的狀況指示，先調(diào)整各個電機(jī)的啟動次序和轉(zhuǎn)速，消除報警，再轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行，這樣一來既保證了設(shè)備的安全運(yùn)行，又避免了設(shè)備無故停產(chǎn)。

    在觸摸屏上可設(shè)定第一電機(jī)的轉(zhuǎn)速（只有特定人員可進(jìn)行此操作），如不重新設(shè)定,每次開機(jī)時執(zhí)行上次已設(shè)定的轉(zhuǎn)速。在觸摸屏上可顯示每個電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速，顯示每一個張緊伸縮節(jié)處的狀況（正常，稍快,很快, 稍慢,很慢），顯示報警狀況并提示檢修部位。

　　六、結(jié)語:

　　臺達(dá)PLC及變頻器和觸摸屏在懸掛輸送鏈電機(jī)同步控制的應(yīng)用使涂裝生產(chǎn)線高效、持久、平穩(wěn)、可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益，受到了廣泛的好評。

　　參考文獻(xiàn)

　　1. 鐘福金 吳曉梅 可編程序控制器. 南京:東南大學(xué)出版社 2002年8月

　　2. 顧繩谷  電機(jī)與拖動基礎(chǔ).  北京:機(jī)械工業(yè)出版社  2003年6月

　　3. DVD-PLC應(yīng)用技術(shù)手冊(程序篇) 上海:中達(dá)電通 2005年3月

　　作者:張建蓉 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電信系 高工 從事研究方向 工業(yè)自動化控制

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