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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.
liantiaoshishusongjiliandeqianyinbujian，putongxuanguashusonglianyouliangzhongxingshideliantiao，jimoduankechailianhechongyakechailian，yishangliangzhongxingshiliantiaochulezuozhixianyundongwai，junnengzaishuipingfangxiang、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、高gao度du升sheng降jiang，即ji使shi在zai輸shu送song鏈lian在zai空kong載zai時shi三san個ge電dian機ji的de負fu載zai也ye不bu是shi完wan全quan相xiang等deng的de，在zai生sheng產chan過guo程cheng中zhong變bian化hua更geng大da，尤you其qi是shi在zai開kai始shi生sheng產chan也ye就jiu是shi向xiang空kong線xian吊diao掛gua工gong件jian時shi（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)。
disanzhongfangfashibanbihuankongzhi，kongzhijingduhaoyuqianliangzhong，danyezhishiyongyugedianjifuzaixiangtonghuogedianjifuzaibuxiangtongdanfuzaibubianerqietongbuyaoqiubutaigaodechanghe。
disizhongkongzhifangshihediwuzhongkongzhifangshijunshibihuankongzhi，dounengmanzukongzhiyaoqiu。bijiaoqilai，disizhongkongzhifangshiyikongzhizhuanjuweizhu，zhuiqiugedianjizhuanjujisudutongbu，tongbujingdugaoyixie，danpeizhijiagejiaogao；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M係xi列lie變bian頻pin器qi具ju有you較jiao好hao的de性xing能neng價jia格ge比bi，對dui環huan境jing適shi應ying能neng力li強qiang，可ke靠kao性xing較jiao高gao，並bing且qie也ye考kao慮lv變bian頻pin器qi長chang期qi運yun行xing，其qi功gong率lv應ying留liu有you一yi定ding的de餘yu量liang，決jue定ding采cai用yong台tai達daVFD037M43B，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wei60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。
xuanguashusongliandejigebufensudubutongbuhuoyouyujixieyuanyinzaochengliantiaohualunkasihuizaochengzhangjinshensuojiechulashenhuoyasuoguodu，congeryinqijixieguzhang，weici，womenzaimeiyigezhangjinshensuojiechuanzhuangleyigejixianweikaiguan，takezaizhangjinshensuojiechulashenhuoyasuodadaoyidingchengdushitingzhizhengxiandeyunxing，lingwai，ruguosantaibianpinqideyitaibaojing，zhengxiandeyunxingyejiangtingzhi，zheyangkeyouxiaodibimianyinqijixieguzhang。
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PLCgenjudedaozhangjinshensuojiechudezhuangkuangzhishi，xiantiaozhenggegedianjideqidongcixuhezhuansu，xiaochubaojing，zaizhuanruzhengchangyunxing，zheyangyilaijibaozhengleshebeideanquanyunxing，youbimianleshebeiwugutingchan。
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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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 工業自動化控製
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