傳動(dòng)系統(tǒng)定位控制方式的研究

王貴亮，段繼明

(大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司裝卸機(jī)械設(shè)計(jì)院，遼寧 大連 116013)

0 引言

交流電機(jī)變頻調(diào)速已成為當(dāng)代電動(dòng)機(jī)調(diào)速的潮流，它以體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩大、精度高、功能強(qiáng)、可靠性高、操作簡(jiǎn)便、便于通信等功能優(yōu)于以往的任何調(diào)速方式，因而在鋼鐵、有色、石油、石化、化纖、紡織、機(jī)械、電力、電子、建材、煤炭、醫(yī)藥、造紙、注塑、卷煙、吊車、城市供水、中央空調(diào)及污水處理行業(yè)得到普遍應(yīng)用。

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式(VVVF變頻或矢量控制變頻)，先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)[1]。本文將結(jié)合西門子變頻器，對(duì)在交流變頻調(diào)速的系統(tǒng)中采用的一種新的速度給定方式作以介紹。

1 傳動(dòng)控制中速度模型建立

當(dāng)采用變頻器控制變頻電機(jī)作為設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法時(shí)，由于變頻驅(qū)動(dòng)與工頻驅(qū)動(dòng)不同，變頻驅(qū)動(dòng)的速度是根據(jù)加減速時(shí)間達(dá)到給定速度的，因此變頻驅(qū)動(dòng)的設(shè)備運(yùn)行中，要分為啟動(dòng)、運(yùn)行、減速停止三個(gè)過(guò)程[2－3]。

目前速度控制方式中，多為圖1所示，在各個(gè)過(guò)程中，速度階躍給定，主要存在以下幾點(diǎn)不足:

1)由于設(shè)備需要根據(jù)負(fù)載情況逐級(jí)速度給定才能達(dá)到最大速度，設(shè)備不能以最短時(shí)間達(dá)到滿速運(yùn)行，所以設(shè)備運(yùn)行的效率較低。

2)由于負(fù)載的多樣化，對(duì)于彈性負(fù)載及剛性連接負(fù)載，負(fù)載的沖擊及震蕩也會(huì)導(dǎo)致速度切換時(shí)設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定。長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)對(duì)設(shè)備造成一定的損害。

3)啟動(dòng)、減速停止過(guò)程中速度多次給定，邏輯控制復(fù)雜。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們?cè)谶@三個(gè)過(guò)程中，根據(jù)速度位移定律確定一種新的速度控制模式，為了計(jì)算出設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的速度模型。需要對(duì)如下變量設(shè)定數(shù)值。

Vmax:設(shè)備運(yùn)行中的最大速度;

a:設(shè)備運(yùn)行時(shí)加速度或減速度;

s:設(shè)備運(yùn)行到終點(diǎn)的位移量。

(1)啟動(dòng)過(guò)程

根據(jù)公式:

圖1 速度時(shí)間模型一

推出:tup=(Vt－V0)/a

(2)運(yùn)行過(guò)程

當(dāng) Vt＞Vmax時(shí)，設(shè)備將以 Vmax運(yùn)行。

此時(shí)t0=0

(3)減速停止過(guò)程:

根據(jù)公式:

推出:)

經(jīng)過(guò)上述運(yùn)算，得到的速度時(shí)間模型如圖2所示?？梢钥闯鋈缦聝?yōu)點(diǎn):

圖2 速度時(shí)間模型二

1)設(shè)備速度以一定的加減速度平穩(wěn)變換，設(shè)備能以最短時(shí)間達(dá)到滿速運(yùn)行，所以設(shè)備運(yùn)行的效率高。

2)對(duì)于不同的負(fù)載，由于設(shè)備啟動(dòng)及停止速度線性給定，設(shè)備能夠平穩(wěn)加減速。不會(huì)出現(xiàn)沖擊及震蕩現(xiàn)象，對(duì)設(shè)備是一種很好的保護(hù)。

3)一旦控制模型建立好，既不需要實(shí)時(shí)調(diào)整，控制方法簡(jiǎn)單。

圖3 斜坡函數(shù)發(fā)生器

在變速傳動(dòng)裝置中，周期型通道的數(shù)據(jù)被定義為參數(shù)過(guò)程數(shù)據(jù)(PPO)(見圖4)[5]。在通過(guò)使用過(guò)程數(shù)據(jù)區(qū)(PZD)實(shí)現(xiàn)控制字和設(shè)定值或狀態(tài)字和實(shí)際值的傳輸，只有這些字按照規(guī)定的路徑連接時(shí)，數(shù)據(jù)的傳輸就會(huì)有效。

2 速度模型在變頻控制中的實(shí)現(xiàn)

2.1 速度模型在變頻控制中的建立

為了使變頻器能夠按照新建立的速度模型工作，需要對(duì)變頻器相關(guān)參數(shù)進(jìn)行理解和設(shè)定。本文以西門子變頻器為例，在MasterDrives矢量控制使用大全中，根據(jù)斜坡函數(shù)發(fā)生器框圖(圖3)[5－6]，對(duì)如下參數(shù)進(jìn)行設(shè)置:

P462:當(dāng)速度從0加速到100%所用的時(shí)間。

P464:當(dāng)速度從100%減速到0所用的時(shí)間。

將參數(shù)P462設(shè)置為tup，P464設(shè)置為tdn，則使斜坡函數(shù)發(fā)生器的速度模型與建立的速度模型一致。

2.2 速度模型建立后與變頻器的數(shù)據(jù)傳輸

當(dāng)變頻器速度模型建立完成后，如何將PLC計(jì)算的模型加減速時(shí)間根據(jù)不同的工藝段在線調(diào)整，需要通過(guò)西門子的DP總線技術(shù)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給變頻器。

圖4 參數(shù)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象(PPO型)

圖5 PZD地址分配

本例中采用PPO5類型，PZD分配如下:

PZD1控制字

PZD2主設(shè)定值

PZD3加速時(shí)間

PZD4減速時(shí)間

PZD5最大速度

在MasterDrives DP通訊協(xié)議中，當(dāng)報(bào)文由主站送往變頻器時(shí)，PZD的地址分配如圖5所示。

根據(jù)上表，可將變頻參數(shù)設(shè)置如下:

P462=3 003，P463=0，P464=3 004，P465=0

2.3 新的速度控制方式在實(shí)際設(shè)備中的應(yīng)用

圖6 傳動(dòng)設(shè)備速度曲線

通過(guò)此控制方式，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行曲線如圖6所示，圖中8個(gè)傳動(dòng)設(shè)備的速度曲線非常一致，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，沖擊小，對(duì)位準(zhǔn)確。取得了非常好的效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)變頻器傳動(dòng)的速度給定進(jìn)行了深入研究，建立了新的速度模型、參數(shù)總線傳輸和遠(yuǎn)程設(shè)定環(huán)節(jié)等問(wèn)題，為更好地使設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)和設(shè)備定位精確提供了一些理論依據(jù)。這種速度控制方式已經(jīng)成功投入使用，并經(jīng)受住了長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的考驗(yàn)，運(yùn)行效果與用戶反饋意見都比較理想。并達(dá)到了設(shè)備預(yù)期的運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性和高效性。

[1]許大中.交流電機(jī)調(diào)速理論[M].杭州:浙江大學(xué)出版社.1994.3.

[2]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2000.6.

[3]馬小亮.大功率交－交變頻調(diào)速及矢量控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.1996.

[4]SIEMENS.SIMOVERT MASTERDRIVES[K].天津:西門子電氣傳動(dòng)有限公司，2003.

[5]胡學(xué)林.可編程控制器教程(提高篇)[K].北京:電子工業(yè)出版社.2005.8.

[6]崔堅(jiān).西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南[K].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2005.6.