淺析ＰＬＣ控制的多電機(jī)同步系統(tǒng)

沈　博

摘要:通過(guò)對(duì)不同控制方法的分析,介紹了利用Omron系列PLC做為主控元件的多電機(jī)同步運(yùn)行系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞:PLC 同步 隨動(dòng) 閉環(huán) 電動(dòng)機(jī)

中圖分類號(hào):D035 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-8209(2009)5-0274-02

近年來(lái),隨著我國(guó)包裝,分切,印刷,涂層等行業(yè)的蓬勃發(fā)展,做為配套的電氣控制環(huán)節(jié)則對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量起著關(guān)鍵的作用,目前以PLC做為中心控制元件的設(shè)備占有相當(dāng)大的比重,并以其精確的控制,穩(wěn)定的工作狀態(tài)占據(jù)了十分重要的地位。而在這些控制系統(tǒng)中核心問(wèn)題便是各動(dòng)力驅(qū)動(dòng)軸的同步運(yùn)行,即各電機(jī)的同步運(yùn)行。

本文將介紹分析幾種以O(shè)MRON系列PLC作為主控元件來(lái)實(shí)現(xiàn)多電機(jī)同步運(yùn)行的方案。

1 系統(tǒng)控制方案

1.1 隨動(dòng)系統(tǒng)

隨動(dòng)系統(tǒng),即一臺(tái)電機(jī)作為主電機(jī),另外一臺(tái)或多臺(tái)作為隨動(dòng)電機(jī),隨動(dòng)電機(jī)緊跟著主電機(jī)運(yùn)行;控制系統(tǒng)的基本組如圖1所示。

在該系統(tǒng)中由PLC接受來(lái)自上位機(jī)發(fā)來(lái)的控制信號(hào),經(jīng)過(guò)一定的運(yùn)算轉(zhuǎn)換為執(zhí)行裝置的控制信號(hào),如變頻器的頻率,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)主電機(jī)運(yùn)行,通過(guò)編碼器監(jiān)測(cè)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度,并將這一信號(hào)作為隨動(dòng)電機(jī)的控制命令,隨動(dòng)電機(jī)緊隨這一速度便可實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)的同步運(yùn)行。

1.2 閉環(huán)系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng),即兩臺(tái)電機(jī)由同一控制器(PLC)發(fā)出控制信號(hào),然后再各自構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng),緊隨控制器發(fā)出的信號(hào),即可實(shí)現(xiàn)多電機(jī)的同步運(yùn)行;控制系統(tǒng)的基本組如圖2所示。

在這個(gè)系統(tǒng)中由PLC接受來(lái)自上位機(jī)發(fā)來(lái)的控制信號(hào),經(jīng)過(guò)運(yùn)算轉(zhuǎn)換為執(zhí)行裝置的控制信號(hào),同時(shí)發(fā)到兩臺(tái)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器中,由于控制命令是相同的, 通過(guò)編碼器監(jiān)測(cè)電機(jī)的實(shí)際速度,與控制命令進(jìn)行比較,構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng),這樣只要兩臺(tái)電機(jī)的都緊隨控制命令運(yùn)行便可實(shí)現(xiàn)同步。

1.3 隨動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)

隨動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng),綜合了隨動(dòng)系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn),在隨動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)成了閉環(huán)控制。

兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器由同一控制器(PLC)發(fā)出控制信號(hào),并各自構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng),將輔電機(jī)的實(shí)際速度實(shí)時(shí)的與主電機(jī)進(jìn)行比較,綜合調(diào)整,使輔電機(jī)緊隨主電機(jī)的運(yùn)行速度,即可實(shí)現(xiàn)多電機(jī)的同步運(yùn)行。控制系統(tǒng)的基本組如圖3所示。

2 控制方案分析

實(shí)際的控制系統(tǒng)中,每個(gè)電機(jī)所帶負(fù)載都不盡相同,因此在這些控制系統(tǒng)中都需根據(jù)速度設(shè)定值利用PLC計(jì)算得出具體的控制參數(shù)。

首先將上位機(jī)發(fā)出的線速度設(shè)定值進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換,根據(jù)電機(jī)所帶負(fù)載的實(shí)際卷徑,計(jì)算出對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速,然后利用三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式計(jì)算出這一轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的頻率值。并將這一計(jì)算值傳送控制器(變頻器)中,拖動(dòng)電機(jī)運(yùn)行,并利用編碼器實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)該電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。

隨動(dòng)控制系統(tǒng)中隨動(dòng)電機(jī)將主電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度作為運(yùn)行命令,利用兩臺(tái)電機(jī)負(fù)載的實(shí)際卷徑,計(jì)算出第二臺(tái)電機(jī)所需頻率,隨動(dòng)電機(jī)緊隨主電機(jī)運(yùn)行,便可實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)的同步運(yùn)行。第二臺(tái)電機(jī)緊緊的跟隨主電機(jī)運(yùn)行,“第二臺(tái)”電機(jī)可以是一臺(tái)電機(jī)也可以是電機(jī)群,根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的大小來(lái)確定電機(jī)的臺(tái)數(shù);這種控制系統(tǒng)一般使用在控制精度要求不高的場(chǎng)合,只是簡(jiǎn)單的同步而且對(duì)各個(gè)動(dòng)力輥間的張力沒(méi)有特殊的要求,系統(tǒng)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn),成本較低。

閉環(huán)控制系統(tǒng)中由上位機(jī)發(fā)出控制命令后,根據(jù)各個(gè)電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載的半徑,計(jì)算出各個(gè)負(fù)載對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速,再根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式實(shí)現(xiàn)到驅(qū)動(dòng)器(變頻器)輸出頻率的轉(zhuǎn)換。這樣便可實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)的同步運(yùn)行。兩臺(tái)或多臺(tái)電動(dòng)機(jī)具有各自的閉環(huán)控制系統(tǒng),對(duì)速度命令有較高的響應(yīng)。該系統(tǒng)常出現(xiàn)在多動(dòng)力牽引的系統(tǒng)中。

隨動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)是目前采用較多的一種控制方案,它綜合前兩種方案的優(yōu)點(diǎn),控制精度較高,此方案是在隨動(dòng)控制的基礎(chǔ)上,對(duì)主電機(jī)和隨動(dòng)電機(jī)做閉環(huán)處理,即將兩臺(tái)電機(jī)的實(shí)際速度通過(guò)編碼器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,與各自的控制信號(hào)進(jìn)行比較,構(gòu)成獨(dú)立的閉環(huán)控制系統(tǒng),主電機(jī)的閉環(huán)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)設(shè)速度的準(zhǔn)確響應(yīng),從動(dòng)電機(jī)的閉環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)則是為更準(zhǔn)確地跟隨主電機(jī)的實(shí)際速度而設(shè)置的。目前我國(guó)大多數(shù)包裝,分切,印刷,涂層行業(yè)的張力開環(huán)控制系統(tǒng)都采用此控制方案,由于其速度控制精度較高,利用速度差實(shí)現(xiàn)的張力控制就能滿足要求,這便大大降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本。當(dāng)然做為配套的電氣控制元件對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量也起著關(guān)鍵的作用。

3 PLC控制程序

PLC的程序可以采用梯形圖、語(yǔ)句表、功能塊等形式表示。omron公司的PLC提供了大量的PLC功能塊,功能塊是一個(gè)包含標(biāo)準(zhǔn)處理功能的基本單元,該標(biāo)準(zhǔn)處理功能事先定義好,由于具有標(biāo)準(zhǔn)處理功能,故功能塊不包含實(shí)際的地址,只有變量,用戶可以在變量中設(shè)置地址和常數(shù)。

利用CX-Programmer可將單個(gè)功能塊保存為一個(gè)獨(dú)立的文件,從而使該功能塊也適用于其它PLC的應(yīng)用程序。當(dāng)創(chuàng)建或調(diào)試程序時(shí),反復(fù)的使用"成熟"的功能塊將節(jié)省程序開發(fā)時(shí)間,有效的減少人為的編碼錯(cuò)誤,使程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明清晰,更易于理解。

多電機(jī)同步控制系統(tǒng)的部分PLC程序如圖4所示:

4 結(jié)語(yǔ)

PLC作為先進(jìn)的自動(dòng)控制裝置,可以應(yīng)用于多種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。對(duì)于同步性能要求較高的場(chǎng)合,可以采用PLC、矢量控制變頻器、三相異步電動(dòng)機(jī)、脈沖編碼器等構(gòu)成高性能調(diào)速系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用,自動(dòng)控制領(lǐng)域也隨之發(fā)生了巨大的變革,進(jìn)一步提高拖動(dòng)系統(tǒng)的控制精度及其穩(wěn)定性已是必然趨勢(shì)。

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