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　　江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 張建蓉 無(wú)錫市英達(dá)自動(dòng)化設(shè)備有限公司 錢雄偉

　　摘要:本文介紹了三臺(tái)電機(jī)同步控制的幾種方案,重點(diǎn)分析了 PLC及變頻器在懸掛輸送鏈電機(jī)同步控制中的應(yīng)用。由于使用了位置與速度雙閉環(huán)控制及觸摸屏顯示,系統(tǒng)具有安全可靠、功能完善、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　關(guān)鍵詞: “同步控制” 、“ 懸掛輸送鏈”、“可編程控制器PLC”、“變頻器”、“觸摸屏POD”。

　　一、前言：

　　懸掛鏈輸送線是根據(jù)用戶合理的工藝線路，以理想的速度實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)部、車間與車間之間連續(xù)輸送物品達(dá)到自動(dòng)化、半自動(dòng)化流水線作業(yè)的理想設(shè)備。可在三維空間作任意布置，能起到空中儲(chǔ)存作用，節(jié)省地面使用場(chǎng)地，懸掛輸送鏈以其輸送距離遠(yuǎn),運(yùn)行速度范圍大和轉(zhuǎn)彎、爬越、布置靈活等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于噴涂、烘干、表面清洗、電鍍、裝配和產(chǎn)品傳輸轉(zhuǎn)運(yùn)等領(lǐng)域.

　　鏈條是輸送機(jī)鏈的牽引部件，普通懸掛輸送鏈有兩種型式的鏈條，即模鍛可拆鏈和沖壓可拆鏈，以上兩種形式鏈條除了作直線運(yùn)動(dòng)外，均能在水平方向、垂直方向任意回轉(zhuǎn), 相比之下, 模鍛可拆鏈的吊掛能力較大。在輸送鏈較長(zhǎng)，并且重載和爬越高度大、轉(zhuǎn)彎多等情況下,一般都分成幾個(gè)部分，由二臺(tái)或三臺(tái)或者更多電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)。

　　在輸送鏈分成幾個(gè)部分時(shí)，在每一部分都有1對(duì)張緊伸縮節(jié)（正常時(shí)約7至10厘米長(zhǎng)），如這一部分的鏈條的速度小于其它部分的速度，張緊伸縮節(jié)的距離會(huì)被壓縮，如距離被壓縮完后鏈條會(huì)在某一點(diǎn)發(fā)生堆積產(chǎn)生冗余進(jìn)而造成輸送鏈停車，反之，如這一部分的鏈條的速度大于其它部分的速度，它的距離會(huì)增大，如超過(guò)一定程度甚至鏈條會(huì)被拉斷。因此，要保證輸送鏈能正常工作，每一部分輸送鏈的移動(dòng)速度必須相同,也就是同步,否則各個(gè)電機(jī)在所承擔(dān)的負(fù)荷畸輕畸重情況下速度差異很大,設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行。

    前不久,我們承接了這樣一條輸送鏈(模鍛可拆鏈)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)制作,在這里談一下PLC、變頻器及POD觸摸屏在懸掛輸送鏈電機(jī)同步控制中的應(yīng)用。

　　二、 任務(wù)要求:

　　1.輸送鏈長(zhǎng)度560米,最高運(yùn)行速度6米/分.工作時(shí)間一星期七天,每天16小時(shí), 工作環(huán)境溫度0-40度。最大吊掛重量100千克/80厘米, 整線最大吊掛重量70噸。

　　2.輸送鏈整線分成3個(gè)部分,由三臺(tái)功率為3KW的電機(jī)分別驅(qū)動(dòng),要求3個(gè)部分的輸送鏈要同步運(yùn)行。

　　三、同步控制方案與論證

　　（一）方案

　　1．簡(jiǎn)單的把要控制的三個(gè)電機(jī)的功率加起來(lái)乘一個(gè)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(tái)變頻器直接驅(qū)動(dòng)三臺(tái)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(tái)變頻器，每臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)。

　　3.用三臺(tái)變頻器，在一號(hào)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(shí)加到三臺(tái)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(kāi)環(huán)v/f控制加轉(zhuǎn)差補(bǔ)償。

　　4. 用三臺(tái)變頻器，在每個(gè)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(shí)加到三臺(tái)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(dòng)電機(jī)的變頻器發(fā)出，在每一個(gè)電機(jī)用編碼器或測(cè)速齒輪加接近開(kāi)關(guān)測(cè)量其實(shí)際轉(zhuǎn)速并反饋給PLC，以第一電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)， PLC根據(jù)測(cè)量到的2#電機(jī)、3#電機(jī)的實(shí)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(tái)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速趨于一致。

　　（二）分析：

　　在實(shí)際運(yùn)行中輸送鏈負(fù)載的變化是很大的，首先， 因?yàn)樵谳斔玩溨写嬖谵D(zhuǎn)彎、高度升降，即使在輸送鏈在空載時(shí)三個(gè)電機(jī)的負(fù)載也不是完全相等的，在生產(chǎn)過(guò)程中變化更大，尤其是在開(kāi)始生產(chǎn)也就是向空線吊掛工件時(shí)（此時(shí)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(kāi)始也就是向輸送鏈不掛只卸工件時(shí)（此時(shí)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(huì)發(fā)生以上的情況。

　　（三）論證

　　第一種方法和第二種方法均是開(kāi)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(chǎng)合，第二種方法實(shí)際上只是把同一個(gè)速度給定信號(hào)簡(jiǎn)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(chǎng)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(chǎng)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(lái)，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(jià)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(jià)格較經(jīng)濟(jì)，因此，我們?cè)诮?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(zhǎng)的懸掛輸送鏈?zhǔn)怯?000多節(jié)40厘米長(zhǎng)的鏈條聯(lián)接而成，在吊掛工件后鏈條會(huì)有一些伸長(zhǎng),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(huì)造成鏈條伸長(zhǎng)或收縮,由于鏈條節(jié)數(shù)較多,即使每節(jié)微小長(zhǎng)度的變化累積起來(lái)也會(huì)使三臺(tái)實(shí)際轉(zhuǎn)速同步的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三部分鏈條的移動(dòng)速度不相同。為此，必須對(duì)同步控制作一些修正，我們?cè)诿恳粋�(gè)張緊伸縮節(jié)處安裝了四個(gè)接近(限位)開(kāi)關(guān)(稍快,很快, 稍慢,很慢)，PLC根據(jù)每一個(gè)張緊伸縮節(jié)處的開(kāi)關(guān)接通狀況發(fā)出相應(yīng)的修正指令

　　嚴(yán)格地說(shuō)三電機(jī)同步實(shí)際上也不是完全同步，只是三電機(jī)趨向同步，是一個(gè)差異調(diào)整再差異再調(diào)整的過(guò)程。

　　四、硬件配置：

　　1. 變頻器選擇：考慮到臺(tái)達(dá)M系列變頻器具有較好的性能價(jià)格比，對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可靠性較高，并且也考慮變頻器長(zhǎng)期運(yùn)行，其功率應(yīng)留有一定的余量，決定采用臺(tái)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制三臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，PLC必須有三路高速計(jì)數(shù)輸入(同時(shí)占用3個(gè)輸入點(diǎn))和模擬量輸出，“自動(dòng)運(yùn)行”、“停止” 占用2個(gè)輸入點(diǎn)，三段輸送鏈張緊伸縮節(jié)位置指示占用15個(gè)輸入點(diǎn)， 三臺(tái)變頻器報(bào)警要占用3個(gè)輸入點(diǎn)，三臺(tái)變頻器使能控制及報(bào)警輸出要占用5個(gè)輸出點(diǎn)，因此PLC必須具有3點(diǎn)或3點(diǎn)以上的高速計(jì)數(shù)輸入通道，具有23個(gè)以上的輸入點(diǎn)和五個(gè)輸出點(diǎn)，臺(tái)達(dá)EH系列PLC具有較高的性能價(jià)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(jì)數(shù)頻率可達(dá)200Khz的高速計(jì)數(shù)器，可帶8個(gè)擴(kuò)展模塊，功能強(qiáng)，能滿足要求， 最后采用的是臺(tái)達(dá)EH系列PLC的DVP20EH00R+DVP08H11N+ DVP08H11N+DVP04DA-H，其輸入點(diǎn)為28點(diǎn)，輸出點(diǎn)為8點(diǎn)，有四路模擬量輸出。輸入和輸出點(diǎn)的地址分配見(jiàn)下表。
　

PLC輸入和輸出點(diǎn)的地址分配表
輸入			輸出
地址	說(shuō)明		地址	說(shuō)明
(主機(jī))			Y0	第一電機(jī)使能信號(hào)
X0	自動(dòng)運(yùn)行		Y1	第二電機(jī)使能信號(hào)
X1	停止		Y2	第三電機(jī)使能信號(hào)
X2	第一電機(jī)實(shí)際速度反饋輸入		Y4	變頻報(bào)警指示燈
X3	第二電機(jī)實(shí)際速度反饋輸入		Y5	第一電機(jī)出位報(bào)警指示燈
X4	第三電機(jī)實(shí)際速度反饋輸入		Y6	第二電機(jī)出位報(bào)警指示燈
X5	變頻一報(bào)警輸入		Y7	第三電機(jī)出位報(bào)警指示燈
X6	變頻二報(bào)警輸入
X7	變頻三報(bào)警輸入		（模擬量輸出單元）
X10	第一電機(jī)稍快信號(hào)		1通道	變頻器一速度指令
X11	第一電機(jī)很快信號(hào)		2通道	變頻器二速度指令
X12	第一電機(jī)稍慢信號(hào)		3通道	變頻器三速度指令
X13	第一電機(jī)很慢信號(hào)
(擴(kuò)展一)
X20	第二電機(jī)稍快信號(hào)
X21	第二電機(jī)很快信號(hào)
X22	第二電機(jī)稍慢信號(hào)
X23	第二電機(jī)很慢信號(hào)
X24	第一電機(jī)出位報(bào)警
X25	第二電機(jī)出位報(bào)警
X26	第二電機(jī)出位報(bào)警
(擴(kuò)展二)
X30	第三電機(jī)稍快信號(hào)
X31	第三電機(jī)很快信號(hào)
X32	第三電機(jī)稍慢信號(hào)
X33	第三電機(jī)很慢信號(hào)

表1     地址分配表

　　○1 POD采用臺(tái)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(tái)電機(jī)的實(shí)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(gòu)的成品，在電機(jī)軸上安裝編碼器時(shí)同軸度很難達(dá)到規(guī)定要求，不得已，選用測(cè)速齒輪加接近開(kāi)關(guān)這種測(cè)速方式，經(jīng)測(cè)算測(cè)速齒輪齒數(shù)為60齒接近開(kāi)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(kāi)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(jiàn) 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(jiàn)      圖2   控制系統(tǒng)流程圖。

　　五、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

    當(dāng)把“自動(dòng)運(yùn)行”按鈕按下時(shí)，三個(gè)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，輸送鏈開(kāi)始移動(dòng)，為了減少?zèng)_擊力，電機(jī)緩慢起動(dòng)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(guò)程中，開(kāi)始時(shí)，PLC的模擬量輸出單元給每個(gè)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(duì)三個(gè)電機(jī)采集一次實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，以第一臺(tái)為基準(zhǔn)對(duì)其他兩臺(tái)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(tái)和第三臺(tái)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(tái)的速度趨于一致。

    PLC在某一部分的“稍快”開(kāi)關(guān)接通時(shí),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(gè)信號(hào)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(kāi)關(guān)接通時(shí)，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(gè)信號(hào)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(hào)消失。反之，PLC在某一部分的“稍慢”開(kāi)關(guān)接通時(shí),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(gè)信號(hào)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(kāi)關(guān)接通時(shí)，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(gè)信號(hào)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(hào)消失。

    懸掛輸送鏈的幾個(gè)部分速度不同步或由于機(jī)械原因造成鏈條滑輪卡死會(huì)造成張緊伸縮節(jié)處拉伸或壓縮過(guò)度，從而引起機(jī)械故障，為此，我們?cè)诿恳粋�(gè)張緊伸縮節(jié)處安裝了一個(gè)極限位開(kāi)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(shí)停止整線的運(yùn)行，另外，如果三臺(tái)變頻器的一臺(tái)報(bào)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(shí))停車,此時(shí)由于嚴(yán)重受力不均，有的部分鏈條會(huì)被拉伸,有的則被壓縮, 使張緊伸縮節(jié)處于報(bào)警狀態(tài)，筆者見(jiàn)過(guò)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(dòng)。我在程序中編了一個(gè)子程序，首先

    識(shí)別報(bào)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(dòng)，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(gè)電機(jī)的啟動(dòng)次序和轉(zhuǎn)速，消除報(bào)警，再轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行，這樣一來(lái)既保證了設(shè)備的安全運(yùn)行，又避免了設(shè)備無(wú)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(kāi)機(jī)時(shí)執(zhí)行上次已設(shè)定的轉(zhuǎn)速。在觸摸屏上可顯示每個(gè)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，顯示每一個(gè)張緊伸縮節(jié)處的狀況（正常，稍快,很快, 稍慢,很慢），顯示報(bào)警狀況并提示檢修部位。

　　六、結(jié)語(yǔ):

　　臺(tái)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(píng)。

　　參考文獻(xiàn)

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　　2. 顧繩谷  電機(jī)與拖動(dòng)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(cè)(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(dòng)化控制

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