PLC编码器和变频器实现同步控制的一种方法

经验与技巧 Experiences and Skills A20 | 电气时代·2008年第1期·自动化系统工程专辑 在纺织、纸张等行业中，经常遇到需要保证多台生产线或输送线成比例运转的场合，一般 将这个问题称为同步，通过生产机械的同步控制， 既可提高产品的生产质量，又可提高系统的生产效 率。同步控制在现代工业生产中正愈来愈多地得到 应用。 实现同步控制的方法有很多种，链条控制是典 型的同步控制方法之一，主要用于控制精度较低， 动态性能要求不高的场合，由该方法演变出的齿形 带同步控制则具有较高的控制精度和动态性能，但 主要局限于局部应用。采用伺服控制系统具有很高 的控制精度和良好的动态特性，但是成本相对又比 较高，此外，目前多台电动机的同步器的价格都比 较昂贵。本文即讨论采用PLC、编码器和变频器实 现同步控制的一种控制方法。 系统工作原理 同步控制中一般采用主从控制，即改变主机的 运转频率，从机运转频率自动来跟随主机速度，采 取闭环控制的方式，从而达到同步，多个从机之间 可采用级联或并联方式。本文以两条输送线为例， 如图1模型所示，介绍如何利用PLC、编码器和变 频器实现同步控制。 该机械电气传动系统由两条输送线组成，两 条输送线分别由两台三相异步电动机驱动，两台 变频器分别来控制其转速，本系统采用的变频器 是艾默生网络能源有限公司的EV1000系列小型变 频器，体积小，采用独特的控制方式实现了高转 矩、高精度、宽调速驱动的功能，同时在每个电 动机的轴上分别安装了旋转编码器(选择1 000 p/r 的旋转编码器，选择线数更高的旋转编码器，同 步效果更好)，编码器的功能就是用来MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714142770718_1每台电 动机单位时间内转的脉冲数(电动机转动一圈记1 000个脉冲)即电动机的转速，系统工作时PLC分 别在单位时间内(1 ms)读取两个编码器的脉冲数 并不停地进行比较，同时PLC将编码器的脉冲数 通过三菱公司的FX－2DA数模转换模块转换成标 准的0～5 V 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 信号，送入变频器的模拟量输入 端(0～5 V)，依据比较结果加减从变频器的频率， 从而使从输送线的速度紧紧跟随主输送线速度， 由于从输送线的当前速度是不停的和主输送线给 定的速度进行比较(每1 ms扫描一次)，它们之间组 成了闭环控制系统，因此能保证两条输送线的同 步运行。整个系统的控制核心是一台三菱FX1N－ PLC。系统的结构框图如图2所示。 系统的硬件设计 本系统是一个模型系统，系统外围暂时没有 其他外设，它的I/O点比较少，编码器的A、B相 PLC、编码器和变频器实现同步控制的 一种方法 深圳职业技术学院机电工程学院 潘 锋 图1 模型系统外观图 主变 频器 主电 动机 主编 码器 从变 频器 从电 动机 从编码器 转速设定 － 图2 系统结构框图 www.plcworld.cn 经验与技巧 Experiences and Skills 自动化系统工程专辑·2008年第1期·电气时代 | A21www.eage.com.cn 分别接入PLC的两路高速计数通道，输出端的电 动机正转和反转不仅在软件上要互锁，而且为保 证安全，最好在硬件上也互锁，这样做的优点是 即使在编写软件时不小心忘记互锁，也不会出现 安全事故。 模拟量输出模块采用三菱公司F X系列的 FX－2DA模块，该模块将12位的数字值转换成相 应的模拟量输出，综合精度0.2 mA，FX－2DA 模拟量模块的工作电源为DC 24 V，它的主要功 能就是将编码器的数字量转换成标准的0～5 V信 号，从而控制变频器的输出频率。部分硬件接线 图如图3所示。 软件设计 系统在软件的设计上，主要考虑以下两点： 1) 系统在低速时的运行效果。由于变频器在低 频率时，电动机的输出转矩很小，会出现抖动和爬 行现象，甚至出现输送线不能起动的现象。因此在 变频器的参数设置上，需要设置转矩提升功能，否 则，变频器当前显示频率为很小时，输送线不能起 动，同时为了保证系统在低速时同步，需要对从变 频器预先预值。因为从变频器是跟随主变频器运行 的，如果不事先预值，当主变频器的频率增加到能 起动输送线时，从变频器并不能立即跟随，需要一 段时间调整，因此对从变频器事先预值就很好地解 决了这个问题，保证了低速时的同步，预值的大小 由试验得出。 2) 系统的稳定性。同步控制中的主从控制， 即固定主机运转频率，微调从机频率来跟随主机速 度，因此为了保证系统的稳定性，从机的跟随幅度 不能太大，否则就会出现超调量太大，系统的振荡 加剧，稳定性变差。 结论 在设计这个系统之前，笔者也尝试过开环控制 试验，但不能消除系统的累积偏差，因此在系统刚 开始运行时候还勉强同步，但是随着时间的推移， 同步性能会越来越差。只有采用闭环控制，才能更 好地消除系统的偏差。利用两个编码器分别检测两 个输送线的速度，并不停地进行比较，理论与试验 均证明是可行的。 (收稿日期：2007.07.26) 新闻&动态 News & Trend 2007年12月7日，北京莱姆电子推出一款微型集成电路传感器Minisens，用于高达100 kHz的AC与DC绝缘电 流测量。这种新元件提供无插入损耗的完全绝缘(无需光耦)和高灵敏度，可以直接安装在印刷电路板上。 据介绍，Minisens 在一个混合信号 ASIC 中集成了霍尔效应传感器和一个磁选机，无需附加的磁芯就可以 作直接的电流测量。由于采用无接触式测量，电流不流过器件，因此可测的电流水平几乎不受限制。唯一的限 制因素是初级导体的热容量。电流的载体可以是 Minisens 所在PCB上的一根走线(或多根走线)，也可以是 IC 上 或下的一根电缆或总线。初级导体有无限的设计可能性，可以测量到 70 A 甚至更高的电流。 Minisens采用单5 V电源。为减少功耗，用可选输入端能将 Minisens 切换到等待模式。传感器采用 CMOS 工 艺制造，SO－8 IC 封装。片上的非易失存储器可以用于配置 ASIC 的许多参数：传感器增益、偏移、极性、温漂 和增益算法的调整。有两种输出：一种带滤波，以限制噪声带宽；另一种不带滤波，响应时间小于 3 μs。 CR－1 CR－2 CR－1 CR－1 图3 系统的部分硬件接线图 N L1 L2 N D/A模块 CH2 X12 PG2 M 25 W U2 V2 W2 EV1000－4T0022G R S T X1 FWD REV COM VCI GND CCI U V W P24 COM X4 X5 TB TC Y1 COM INV－2 E 传送带2 N L1 L1 N VOCT IOCT CON D/A模块 CH1 X12 PG1 M 25 W U1 V1 W1 EV1000－4T0022G R S T X1 FWD REV COM VCI GND CCI U V W P24 COM X4 X5 TB TC Y1 COM INV－1 E 传送带1 M2M1 VOCT IOCT CON www.plcworld.cn