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　　江蘇信息職業技術學院 張建蓉 無錫市英達自動化設備有限公司 錢雄偉

　　摘要:本文介紹了三臺電機同步控制的幾種方案,重點分析了 PLC及變頻器在懸掛輸送鏈電機同步控制中的應用。由于使用了位置與速度雙閉環控制及觸摸屏顯示,系統具有安全可靠、功能完善、操作簡便等優點，取得了良好的經濟效益。

　　關鍵詞: “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用戶合理的工藝線路，以理想的速度實現車間內部、車間與車間之間連續輸送物品達到自動化、半自動化流水線作業的理想設備。可在三維空間作任意布置，能起到空中儲存作用，節省地面使用場地，懸掛輸送鏈以其輸送距離遠,運行速度范圍大和轉彎、爬越、布置靈活等優點而廣泛應用于噴涂、烘干、表面清洗、電鍍、裝配和產品傳輸轉運等領域.

　　鏈條是輸送機鏈的牽引部件，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動外，均能在水平方向、垂直方向任意回轉, 相比之下, 模鍛可拆鏈的吊掛能力較大。在輸送鏈較長，并且重載和爬越高度大、轉彎多等情況下,一般都分成幾個部分，由二臺或三臺或者更多電機分別驅動。

　　在輸送鏈分成幾個部分時，在每一部分都有1對張緊伸縮節（正常時約7至10厘米長），如這一部分的鏈條的速度小于其它部分的速度，張緊伸縮節的距離會被壓縮，如距離被壓縮完后鏈條會在某一點發生堆積產生冗余進而造成輸送鏈停車，反之，如這一部分的鏈條的速度大于其它部分的速度，它的距離會增大，如超過一定程度甚至鏈條會被拉斷。因此，要保證輸送鏈能正常工作，每一部分輸送鏈的移動速度必須相同,也就是同步,否則各個電機在所承擔的負荷畸輕畸重情況下速度差異很大,設備無法正常運行。

    前不久,我們承接了這樣一條輸送鏈(模鍛可拆鏈)驅動的設計制作,在這里談一下PLC、變頻器及POD觸摸屏在懸掛輸送鏈電機同步控制中的應用。

　　二、 任務要求:

　　1.輸送鏈長度560米,最高運行速度6米/分.工作時間一星期七天,每天16小時, 工作環境溫度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個部分,由三臺功率為3KW的電機分別驅動,要求3個部分的輸送鏈要同步運行。

　　三、同步控制方案與論證

　　（一）方案

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

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

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

　　以1#電機為主電機，2#、3#電機以1#電機速度為基準；方向指令同時加到三臺變頻器。1#電機矢量控制方式閉環運行，2#電機、3#電機開環v/f控制加轉差補償。

　　4. 用三臺變頻器，在每個電機上加PG卡及編碼器(規格同上)，1#電機為主電機，2#、3#電機以1#電機速度、轉矩為基準；方向指令同時加到三臺變頻器。1#電機以速度控制方式閉環運行，2#電機、3#電機以轉矩控制方式閉環運行。

　　5.用PLC控制，控制轉速的指令由PLC的DA轉換模塊以直流0-10V形式向驅動電機的變頻器發出，在每一個電機用編碼器或測速齒輪加接近開關測量其實際轉速并反饋給PLC，以第一電機實際轉速為基準， PLC根據測量到的2#電機、3#電機的實際轉速經運算處理后向控制2#電機和3#電機的變頻器發出修正指令，保證3臺電機實際轉速趨于一致。

　　（二）分析：

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

　　（三）論證

　　第一種方法和第二種方法均是開環控制。第一種方法只適用于各電機負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制幾份或者按比例復制幾份加到相應變頻器上，它只適用于各電機負載相同或各電機負載不相同但負載不變而且同步要求不太高的場合。

　　第三種方法是半閉環控制，控制精度好于前兩種，但也只適用于各電機負載相同或各電機負載不相同但負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矩為主，追求各電機轉矩及速度同步，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速度為主，同步精度稍差一些，但配置價格較經濟，因此，我們在經反復比較和考慮后決定采用第五種控制方式。

　　由于560米長的懸掛輸送鏈是由1000多節40厘米長的鏈條聯接而成，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攝氏150度以上,還有幾段涼水噴淋或強迫風冷的地方,溫度因數也會造成鏈條伸長或收縮,由于鏈條節數較多,即使每節微小長度的變化累積起來也會使三臺實際轉速同步的電機驅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處安裝了四個接近(限位)開關(稍快,很快, 稍慢,很慢)，PLC根據每一個張緊伸縮節處的開關接通狀況發出相應的修正指令

　　嚴格地說三電機同步實際上也不是完全同步，只是三電機趨向同步，是一個差異調整再差異再調整的過程。

　　四、硬件配置：

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

　　2. PLC選擇：為了實時監測和控制三臺電機的轉速，PLC必須有三路高速計數輸入(同時占用3個輸入點)和模擬量輸出，“自動運行”、“停止” 占用2個輸入點，三段輸送鏈張緊伸縮節位置指示占用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點以上的高速計數輸入通道，具有23個以上的輸入點和五個輸出點，臺達EH系列PLC具有較高的性能價格比,它采用CPU+ASIC（高速運算處理晶片）雙處理器，分工運算處理技術，基本指令速度可達0.24微秒，有四組計數頻率可達200Khz的高速計數器，可帶8個擴展模塊，功能強，能滿足要求， 最后采用的是臺達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。
　

PLC輸入和輸出點的地址分配表
輸入			輸出
地址	說明		地址	說明
(主機)			Y0	第一電機使能信號
X0	自動運行		Y1	第二電機使能信號
X1	停止		Y2	第三電機使能信號
X2	第一電機實際速度反饋輸入		Y4	變頻報警指示燈
X3	第二電機實際速度反饋輸入		Y5	第一電機出位報警指示燈
X4	第三電機實際速度反饋輸入		Y6	第二電機出位報警指示燈
X5	變頻一報警輸入		Y7	第三電機出位報警指示燈
X6	變頻二報警輸入
X7	變頻三報警輸入		（模擬量輸出單元）
X10	第一電機稍快信號		1通道	變頻器一速度指令
X11	第一電機很快信號		2通道	變頻器二速度指令
X12	第一電機稍慢信號		3通道	變頻器三速度指令
X13	第一電機很慢信號
(擴展一)
X20	第二電機稍快信號
X21	第二電機很快信號
X22	第二電機稍慢信號
X23	第二電機很慢信號
X24	第一電機出位報警
X25	第二電機出位報警
X26	第二電機出位報警
(擴展二)
X30	第三電機稍快信號
X31	第三電機很快信號
X32	第三電機稍慢信號
X33	第三電機很慢信號

表1     地址分配表

　　○1 POD采用臺達的DOP-A57CSTD(屏幕為5.7吋)，用于設定電機轉速，顯示三臺電機的實際轉速及張緊伸縮節的狀況。

　　○2 由于在電機及減速機是訂購的成品，在電機軸上安裝編碼器時同軸度很難達到規定要求，不得已，選用測速齒輪加接近開關這種測速方式，經測算測速齒輪齒數為60齒接近開關的最大應答頻率應大于1.5Khz，我們采用了OMRON的E2E系列的接近開關，其最大應答頻率為2Khz，可以滿足使用要求。

　　控制系統原理圖見 圖1  控制系統原理圖

圖1   控制系統原理圖

　　控制系統流程圖見      圖2   控制系統流程圖。

　　五、系統實現的功能

    當把“自動運行”按鈕按下時，三個電機同時啟動，輸送鏈開始移動，為了減少沖擊力，電機緩慢起動后，先在低速運行3秒，然后加速至設定速度運行。在運行過程中，開始時，PLC的模擬量輸出單元給每個控制電機的變頻器的速度指令是相同的，之后，PLC每0.5秒對三個電機采集一次實際轉速數據，以第一臺為基準對其他兩臺電機轉速進行比較，算出差額，經CPU處理后，再向控制第二臺和第三臺電機的變頻器發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”開關接通時,即將相應的電機的轉速以設定轉速為基準增加3%,如果這個信號未消失,那么以后每0.5秒將相應的電機轉速增加1%;PLC在某一部分的“很快”開關接通時，即將相應的電機轉速以設定轉速為基準增加9%，如果這個信號未消失,那么以后每0.5秒將相應的電機轉速增加3%，直至信號消失。反之，PLC在某一部分的“稍慢”開關接通時,即將相應的電機轉速以設定轉速為基準減少3%,如果這個信號未消失,那么以后每0.5秒將相應的電機轉速減少1%;PLC在某一部分的“很慢”開關接通時，即將相應的電機轉速以設定轉速為基準減少9%，如果這個信號未消失,那么以后每0.5秒將相應的電機轉速減少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械原因造成鏈條滑輪卡死會造成張緊伸縮節處拉伸或壓縮過度，從而引起機械故障，為此，我們在每一個張緊伸縮節處安裝了一個極限位開關，它可在張緊伸縮節處拉伸或壓縮達到一定程度時停止整線的運行，另外，如果三臺變頻器的一臺報警，整線的運行也將停止，這樣可有效地避免引起機械故障。

    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, 使張緊伸縮節處于報警狀態，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

    識別報警是否在運行中發生，如是，則需在人工干預查出故障后才能重新起動，如不是，則PLC根據得到張緊伸縮節處的狀況指示，先調整各個電機的啟動次序和轉速，消除報警，再轉入正常運行，這樣一來既保證了設備的安全運行，又避免了設備無故停產。

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

　　六、結語:

　　臺達PLC及變頻器和觸摸屏在懸掛輸送鏈電機同步控制的應用使涂裝生產線高效、持久、平穩、可靠地運轉，產生了良好的經濟效益，受到了廣泛的好評。

　　參考文獻

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

　　2. 顧繩谷  電機與拖動基礎.  北京:機械工業出版社  2003年6月

　　3. DVD-PLC應用技術手冊(程序篇) 上海:中達電通 2005年3月

　　作者:張建蓉 江蘇信息職業技術學院電信系 高工 從事研究方向 工業自動化控制

　　 電話:13601516631 0510-83296193（辦公）    E-mail: zhangjr1980@sohu.com

　　通信地址:江蘇省無錫市錢藕路1號江蘇信息職業技術學院電信系    郵編：214001

　　錢雄偉 無錫市英達自動化設備有限公司  工程師  從事研究方向 工業自動化控制

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