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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:本文介紹了三台電機同步控製的幾種方案,重點分析了 PLC及變頻器在懸掛輸送鏈電機同步控製中的應用。由於使用了位置與速度雙閉環控製及觸摸屏顯示,係統具有安全可靠、功能完善、操作簡便等優點，取得了良好的經濟效益。
關鍵詞: “同步控製” 、“ 懸掛輸送鏈”、“可編程控製器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，節省地麵使用場地，懸掛輸送鏈以其輸送距離遠,運行速度範圍大和轉彎、爬越、布置靈活等優點而廣泛應用於噴塗、烘幹、表麵清洗、電鍍、裝配和產品傳輸轉運等領域.
鏈lian條tiao是shi輸shu送song機ji鏈lian的de牽qian引yin部bu件jian，普pu通tong懸xuan掛gua輸shu送song鏈lian有you兩liang種zhong型xing式shi的de鏈lian條tiao，即ji模mo鍛duan可ke拆chai鏈lian和he衝chong壓ya可ke拆chai鏈lian，以yi上shang兩liang種zhong形xing式shi鏈lian條tiao除chu了le作zuo直zhi線xian運yun動dong外wai，均jun能neng在zai水shui平ping方fang向xiang、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，並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，由二台或三台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(ru)這(zhe)一(yi)部(bu)分(fen)的(de)鏈(lian)條(tiao)的(de)速(su)度(du)小(xiao)於(yu)其(qi)它(ta)部(bu)分(fen)的(de)速(su)度(du)，張(zhang)緊(jin)伸(shen)縮(suo)節(jie)的(de)距(ju)離(li)會(hui)被(bei)壓(ya)縮(suo)，如(ru)距(ju)離(li)被(bei)壓(ya)縮(suo)完(wan)後(hou)鏈(lian)條(tiao)會(hui)在(zai)某(mou)一(yi)點(dian)發(fa)生(sheng)堆(dui)積(ji)產(chan)生(sheng)冗(rong)餘(yu)進(jin)而(er)造(zao)成(cheng)輸(shu)送(song)鏈(lian)停(ting)車(che)，反(fan)之(zhi)，如(ru)這(zhe)一(yi)部(bu)分(fen)的(de)鏈(lian)條(tiao)的(de)速(su)度(du)大(da)於(yu)其(qi)它(ta)部(bu)分(fen)的(de)速(su)度(du)，它(ta)的(de)距(ju)離(li)會(hui)增(zeng)大(da)，如(ru)超(chao)過(guo)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)甚(shen)至(zhi)鏈(lian)條(tiao)會(hui)被(bei)拉(la)斷(duan)。因(yin)此(ci)，要(yao)保(bao)證(zheng)輸(shu)送(song)鏈(lian)能(neng)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)，每(mei)一(yi)部(bu)分(fen)輸(shu)送(song)鏈(lian)的(de)移(yi)動(dong)速(su)度(du)必(bi)須(xu)相(xiang)同(tong),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)驅動的設計製作,在這裏談一下PLC、變頻器及POD觸摸屏在懸掛輸送鏈電機同步控製中的應用。
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,由三台功率為3KW的電機分別驅動,要求3個部分的輸送鏈要同步運行。
三、同步控製方案與論證
（一）方案
1．簡單的把要控製的三個電機的功率加起來乘一個1.2到1.5之間的係數，以此數值選一變頻器，用這一台變頻器直接驅動三台電機。
2.用市麵有售的同步控製器，用同步控製器發速度指令給三台變頻器，每台變頻器驅動一台電機。
3.用三台變頻器，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台變頻器。1#電機矢量控製方式閉環運行，2#電機、3#電機開環v/f控製加轉差補償。
4. 用三台變頻器，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台變頻器。1#電機以速度控製方式閉環運行，2#電機、3#電機以轉矩控製方式閉環運行。
5.用PLC控製，控製轉速的指令由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並反饋給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後向控製2#電機和3#電機的變頻器發出修正指令，保證3台電機實際轉速趨於一致。
（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、gaodushengjiang，jishizaishusonglianzaikongzaishisangedianjidefuzaiyebushiwanquanxiangdengde，zaishengchanguochengzhongbianhuagengda，youqishizaikaishishengchanyejiushixiangkongxiandiaoguagongjianshi（此時1#電機負載大於2#電機、而2#電機負載大於3#電機）以及生產結束開始也就是向輸送鏈不掛隻卸工件時（此時3#電機負載大於2#電機、而2#電機負載大於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di一yi種zhong方fang法fa和he第di二er種zhong方fang法fa均jun是shi開kai環huan控kong製zhi。第di一yi種zhong方fang法fa隻zhi適shi用yong於yu各ge電dian機ji負fu載zai相xiang同tong和he同tong步bu要yao求qiu不bu太tai高gao的de場chang合he，第di二er種zhong方fang法fa實shi際ji上shang隻zhi是shi把ba同tong一yi個ge速su度du給gei定ding信xin號hao簡jian單dan複fu製zhi幾ji份fen或huo者zhe按an比bi例li複fu製zhi幾ji份fen加jia到dao相xiang應ying變bian頻pin器qi上shang，它ta隻zhi適shi用yong於yu各ge電dian機ji負fu載zai相xiang同tong或huo各ge電dian機ji負fu載zai不bu相xiang同tong但dan負fu載zai不bu變bian而er且qie同tong步bu要yao求qiu不bu太tai高gao的de場chang合he。
第(di)三(san)種(zhong)方(fang)法(fa)是(shi)半(ban)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)，控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)好(hao)於(yu)前(qian)兩(liang)種(zhong)，但(dan)也(ye)隻(zhi)適(shi)用(yong)於(yu)各(ge)電(dian)機(ji)負(fu)載(zai)相(xiang)同(tong)或(huo)各(ge)電(dian)機(ji)負(fu)載(zai)不(bu)相(xiang)同(tong)但(dan)負(fu)載(zai)不(bu)變(bian)而(er)且(qie)同(tong)步(bu)要(yao)求(qiu)不(bu)太(tai)高(gao)的(de)場(chang)合(he)。
第di四si種zhong控kong製zhi方fang式shi和he第di五wu種zhong控kong製zhi方fang式shi均jun是shi閉bi環huan控kong製zhi，都dou能neng滿man足zu控kong製zhi要yao求qiu。比bi較jiao起qi來lai，第di四si種zhong控kong製zhi方fang式shi以yi控kong製zhi轉zhuan矩ju為wei主zhu，追zhui求qiu各ge電dian機ji轉zhuan矩ju及ji速su度du同tong步bu，同tong步bu精jing度du高gao一yi些xie，但dan配pei置zhi價jia格ge較jiao高gao；第(di)五(wu)種(zhong)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)以(yi)控(kong)製(zhi)各(ge)電(dian)機(ji)速(su)度(du)為(wei)主(zhu)，同(tong)步(bu)精(jing)度(du)稍(shao)差(cha)一(yi)些(xie)，但(dan)配(pei)置(zhi)價(jia)格(ge)較(jiao)經(jing)濟(ji)，因(yin)此(ci)，我(wo)們(men)在(zai)經(jing)反(fan)複(fu)比(bi)較(jiao)和(he)考(kao)慮(lv)後(hou)決(jue)定(ding)采(cai)用(yong)第(di)五(wu)種(zhong)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)。
由於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，在吊掛工件後鏈條會有一些伸長,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,由於鏈條節數較多,即(ji)使(shi)每(mei)節(jie)微(wei)小(xiao)長(chang)度(du)的(de)變(bian)化(hua)累(lei)積(ji)起(qi)來(lai)也(ye)會(hui)使(shi)三(san)台(tai)實(shi)際(ji)轉(zhuan)速(su)同(tong)步(bu)的(de)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)的(de)三(san)部(bu)分(fen)鏈(lian)條(tiao)的(de)移(yi)動(dong)速(su)度(du)不(bu)相(xiang)同(tong)。為(wei)此(ci)，必(bi)須(xu)對(dui)同(tong)步(bu)控(kong)製(zhi)作(zuo)一(yi)些(xie)修(xiu)正(zheng)，我(wo)們(men)在(zai)每(mei)一(yi)個(ge)張(zhang)緊(jin)伸(shen)縮(suo)節(jie)處(chu)安(an)裝(zhuang)了(le)四(si)個(ge)接(jie)近(jin)(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，隻是三電機趨向同步，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：考慮到台達Mxiliebianpinqijuyoujiaohaodexingnengjiagebi，duihuanjingshiyingnengliqiang，kekaoxingjiaogao，bingqieyekaolvbianpinqichangqiyunxing，qigonglvyingliuyouyidingdeyuliang，juedingcaiyongtaidaVFD037M43B，其輸入電壓為三相380V，輸出功率為3.7千瓦。
2. PLC選擇：為了實時監測和控製三台電機的轉速，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， 三台變頻器報警要占用3個輸入點，三台變頻器使能控製及報警輸出要占用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，台達EH係列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， 最後采用的是台達EH係列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。
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PLC輸入和輸出點的地址分配表 |
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輸入 |
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輸出 |
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地址 |
說明 |
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地址 |
說明 |
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(主機) |
Y0 |
第一電機使能信號 |
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X0 |
自動運行 |
Y1 |
第二電機使能信號 |
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X1 |
停止 |
Y2 |
第三電機使能信號 |
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X2 |
第一電機實際速度反饋輸入 |
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Y4 |
變頻報警指示燈 |
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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 |
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X4 |
第三電機實際速度反饋輸入 |
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Y6 |
第二電機出位報警指示燈 |
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X5 |
變頻一報警輸入 |
Y7 |
第三電機出位報警指示燈 |
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X6 |
變頻二報警輸入 |
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X7 |
變頻三報警輸入 |
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（模擬量輸出單元） |
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X10 |
第一電機稍快信號 |
1通道 |
變頻器一速度指令 |
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X11 |
第一電機很快信號 |
2通道 |
變頻器二速度指令 |
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X12 |
第一電機稍慢信號 |
3通道 |
變頻器三速度指令 |
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X13 |
第一電機很慢信號 |
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(擴展一) |
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X20 |
第二電機稍快信號 |
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X21 |
第二電機很快信號 |
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X22 |
第二電機稍慢信號 |
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X23 |
第二電機很慢信號 |
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X24 |
第一電機出位報警 |
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X25 |
第二電機出位報警 |
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X26 |
第二電機出位報警 |
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(擴展二) |
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X30 |
第三電機稍快信號 |
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X31 |
第三電機很快信號 |
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X32 |
第三電機稍慢信號 |
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X33 |
第三電機很慢信號 |
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表1 地址分配表
○1 POD采用台達的DOP-A57CSTD(屏幕為5.7吋)，用於設定電機轉速，顯示三台電機的實際轉速及張緊伸縮節的狀況。
○2 由(you)於(yu)在(zai)電(dian)機(ji)及(ji)減(jian)速(su)機(ji)是(shi)訂(ding)購(gou)的(de)成(cheng)品(pin)，在(zai)電(dian)機(ji)軸(zhou)上(shang)安(an)裝(zhuang)編(bian)碼(ma)器(qi)時(shi)同(tong)軸(zhou)度(du)很(hen)難(nan)達(da)到(dao)規(gui)定(ding)要(yao)求(qiu)，不(bu)得(de)已(yi)，選(xuan)用(yong)測(ce)速(su)齒(chi)輪(lun)加(jia)接(jie)近(jin)開(kai)關(guan)這(zhe)種(zhong)測(ce)速(su)方(fang)式(shi)，經(jing)測(ce)算(suan)測(ce)速(su)齒(chi)輪(lun)齒(chi)數(shu)為(wei)60齒接近開關的最大應答頻率應大於1.5Khz，我們采用了OMRON的E2E係列的接近開關，其最大應答頻率為2Khz，可以滿足使用要求。
控製係統原理圖見 圖1 控製係統原理圖
圖1 控製係統原理圖
控製係統流程圖見 圖2 控製係統流程圖。
五、係統實現的功能
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，為了減少衝擊力，電機緩慢起動後，先在低速運行3秒，然後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製電機的變頻器的速度指令是相同的，之後，PLC每0.5秒對三個電機采集一次實際轉速數據，以第一台為基準對其他兩台電機轉速進行比較，算出差額，經CPU處理後，再向控製第二台和第三台電機的變頻器發出修正後的速度指令，使其的速度與第一台的速度趨於一致。
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,那麼以後每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,那麼以後每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,那麼以後每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,那麼以後每0.5秒將相應的電機轉速減少3%，直至信號消失。
懸xuan掛gua輸shu送song鏈lian的de幾ji個ge部bu分fen速su度du不bu同tong步bu或huo由you於yu機ji械xie原yuan因yin造zao成cheng鏈lian條tiao滑hua輪lun卡ka死si會hui造zao成cheng張zhang緊jin伸shen縮suo節jie處chu拉la伸shen或huo壓ya縮suo過guo度du，從cong而er引yin起qi機ji械xie故gu障zhang，為wei此ci，我wo們men在zai每mei一yi個ge張zhang緊jin伸shen縮suo節jie處chu安an裝zhuang了le一yi個ge極ji限xian位wei開kai關guan，它ta可ke在zai張zhang緊jin伸shen縮suo節jie處chu拉la伸shen或huo壓ya縮suo達da到dao一yi定ding程cheng度du時shi停ting止zhi整zheng線xian的de運yun行xing，另ling外wai，如ru果guo三san台tai變bian頻pin器qi的de一yi台tai報bao警jing，整zheng線xian的de運yun行xing也ye將jiang停ting止zhi，這zhe樣yang可ke有you效xiao地di避bi免mian引yin起qi機ji械xie故gu障zhang。
輸送鏈在非正常情況下(指輸送鏈隻有半條線掛工件時)停車,此時由於嚴重受力不均，有的部分鏈條會被拉伸,有的則被壓縮, 使shi張zhang緊jin伸shen縮suo節jie處chu於yu報bao警jing狀zhuang態tai，筆bi者zhe見jian過guo的de同tong類lei型xing的de懸xuan掛gua輸shu送song鏈lian碰peng到dao此ci類lei情qing況kuang是shi靠kao人ren工gong幹gan預yu後hou才cai能neng重zhong新xin起qi動dong。我wo在zai程cheng序xu中zhong編bian了le一yi個ge子zi程cheng序xu，首shou先xian
識別報警是否在運行中發生，如是，則需在人工幹預查出故障後才能重新起動，如不是，則PLC根gen據ju得de到dao張zhang緊jin伸shen縮suo節jie處chu的de狀zhuang況kuang指zhi示shi，先xian調tiao整zheng各ge個ge電dian機ji的de啟qi動dong次ci序xu和he轉zhuan速su，消xiao除chu報bao警jing，再zai轉zhuan入ru正zheng常chang運yun行xing，這zhe樣yang一yi來lai既ji保bao證zheng了le設she備bei的de安an全quan運yun行xing，又you避bi免mian了le設she備bei無wu故gu停ting產chan。
在觸摸屏上可設定第一電機的轉速（隻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），顯示報警狀況並提示檢修部位。
六、結語:
台達PLC及變頻器和觸摸屏在懸掛輸送鏈電機同步控製的應用使塗裝生產線高效、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. 鍾福金 吳曉梅 可編程序控製器. 南京:東南大學出版社 2002年8月
2. 顧繩穀 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係 高工 從事研究方向 工業自動化控製
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