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(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，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(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)的地址分配見下表。