生產(chǎn)線(xiàn)速度同步控制的幾種方式探析

艾清平

【摘 要】許多生產(chǎn)線(xiàn)由多組電機(jī)減速系統(tǒng)組成，但工藝上又往往要求各個(gè)工位的這些電機(jī)能夠以相同于基準(zhǔn)速度或者與基準(zhǔn)速度的某個(gè)比例系數(shù)同步運(yùn)行，同時(shí)也要求基準(zhǔn)速度變化時(shí)，其它隨動(dòng)電機(jī)能按預(yù)設(shè)的比例同步變化。本文將通過(guò)變頻器、變速器等不同設(shè)施方式對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)速度的同步控制進(jìn)行探討，契合各個(gè)不同工種的需要，滿(mǎn)足工作人員的需求，逐步提升工作效率，使之得到廣泛的推廣與應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】生產(chǎn)線(xiàn) 變頻器 同步控制

圖1某熱固性材料擠拉成型生產(chǎn)線(xiàn)的速度同步控制方式

如圖1所示： 2-下料電機(jī)1、3-下料電機(jī)2、8-切斷機(jī)為隨動(dòng)傳動(dòng)，6-牽引機(jī)為基準(zhǔn)傳動(dòng)，2、3、8的速度要隨6的速度上升而上升、下降而下降，且在升降時(shí)符合調(diào)節(jié)前預(yù)設(shè)的速比。為實(shí)現(xiàn)圖1 所要求的功能，可采用以下多種方式。

1 同步控制方式1

如圖2所示：由一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)電機(jī)方式。此方式具做法是：變頻器采用一臺(tái)，其功率大于所有要驅(qū)動(dòng)的各電機(jī)功率之和；基準(zhǔn)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)可以不用調(diào)速，其速度的變化由變頻器直接控制，其它所有隨動(dòng)電機(jī)和減速機(jī)之間采用機(jī)械式無(wú)極調(diào)速器聯(lián)接，這些無(wú)極調(diào)速器必須保證其調(diào)速范圍能滿(mǎn)足工藝的速度要求。

圖2由一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)電機(jī)方式

如圖2所示，各隨動(dòng)電機(jī)的無(wú)極變速器可配用多種型式的產(chǎn)品，但巿場(chǎng)上產(chǎn)品以下三種類(lèi)型較為常見(jiàn)用量較大，下文將闡述其特點(diǎn)。

1.1行星錐盤(pán)無(wú)極變速器特點(diǎn)

行星錐盤(pán)無(wú)極變速器強(qiáng)度高，在加沖擊負(fù)載或機(jī)器逆轉(zhuǎn)時(shí)，能精確轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)后坐力；變速范圍均為1：5；調(diào)速精度為1--0.5轉(zhuǎn)；性能運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低、壽命長(zhǎng)；同軸結(jié)構(gòu)體積小、重量輕；組合能力強(qiáng)可與各種類(lèi)型減速機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速，大扭規(guī)的變速效果；在允許負(fù)載的情況下，調(diào)定的轉(zhuǎn)速恒定；全機(jī)密封，可適用于潮濕、多塵、有輕度腐蝕性的工作環(huán)境。

1.2環(huán)錐行星無(wú)級(jí)變速機(jī)特點(diǎn)

環(huán)錐行星無(wú)級(jí)變速機(jī)變速范圍廣，配4極電機(jī)時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速為0～850/min。傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音低，過(guò)載保護(hù)性強(qiáng)，在滿(mǎn)負(fù)荷下可從“0”r/min開(kāi)始穩(wěn)步起動(dòng)?？刹煌C(jī)進(jìn)行調(diào)速，而調(diào)速方式可用手輪操縱、軟軸操縱（3米內(nèi)）及伺服電機(jī)自動(dòng)操縱。組合性好，輸出軸可匹配擺線(xiàn)針輪、齒輪、蝸輪蝸桿等減速機(jī)，可得到低速（0-100r/min）大扭矩傳動(dòng)的無(wú)級(jí)變速裝備。可取代電磁調(diào)速電機(jī)（滑差電機(jī)），在相同輸出扭矩下，輸入電機(jī)功率小40%，價(jià)格低30%，節(jié)能好效益高。

1.3齒鏈?zhǔn)綗o(wú)極變速器特點(diǎn)

齒鏈?zhǔn)綗o(wú)級(jí)變速器包括基本型、第一派生型、第二派生型和第三派生型。主要用于轉(zhuǎn)速要求穩(wěn)定又需無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的各種場(chǎng)合，例如化纖、紡織、造紙、印刷、食品，化工、電工、塑料、儀表、木材、電子、玻璃制品等行業(yè)，其特點(diǎn)是：平行軸對(duì)稱(chēng)調(diào)速；具有齒輪傳動(dòng)動(dòng)作可靠，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)；過(guò)載能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是中心距較大。使用條件為：

a） 入軸轉(zhuǎn)速：不大于 1500r/min（第一、第三派生型）；

b） 入軸轉(zhuǎn)速：不大于 760/min，（基本型和第二派生型）。

c） 調(diào)速范圍：Rb=2.8～6

d） 傳遞功率：P=0.75—22KW

e） 工作環(huán)境溫度為40-45℃。當(dāng)環(huán)境溫斗低于 0℃時(shí)，起動(dòng)前潤(rùn)滑油應(yīng)預(yù)熱。

機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)除了齒鏈?zhǔn)骄哂小皣Ш稀钡奶攸c(diǎn)外，幾乎都是依靠摩擦和拖動(dòng)油膜來(lái)傳遞載荷的，因而其傳動(dòng)效率便是很敏感的問(wèn)題，也是無(wú)級(jí)變速器重要的質(zhì)量指標(biāo)之一。因此.在選擇無(wú)級(jí)變速器時(shí)必須考慮其效率。尤其是在功率比較大、長(zhǎng)期工作的情況下，更應(yīng)選擇效率高的，以提高整體的經(jīng)濟(jì)效果。一般說(shuō)來(lái)，點(diǎn)、線(xiàn)接觸類(lèi)型的，如行星錐輪式、行星錐盤(pán)式、多盤(pán)式等教率偏低，一般為η=65%-80%，金屬帶式、鏈?zhǔn)叫瘦^高，可達(dá)到η=85%-93%。

采用無(wú)極調(diào)速器控制同步的方式組成簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，成本低，維護(hù)及調(diào)節(jié)方便，但同時(shí)也能看到，由于本方式采用的是開(kāi)環(huán)控制，各電機(jī)沒(méi)有速度反饋，全部電機(jī)采用同一個(gè)變頻器來(lái)控制，所以控制的同步速度精度不是特別高，特別是在頻繁大幅度速度變化和負(fù)載變化大時(shí)同步精度較差，也不能在控制操作臺(tái)對(duì)每個(gè)需要微調(diào)的隨動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，而需要在無(wú)極變速器安裝位置直接手動(dòng)操作，因此操作上稍顯繁鎖。

2同步控制方式2

如圖3所示：由多臺(tái)變頻器各自驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)。以其中一臺(tái)變頻器設(shè)為同步調(diào)節(jié)的基準(zhǔn)，將這臺(tái)變頻器設(shè)置為外部電位器輸入電壓作為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)，即模擬量電壓輸入。其它變頻器也都設(shè)為外接電位器的輸入電壓為頻率變化來(lái)源信號(hào)。接線(xiàn)時(shí)取基準(zhǔn)變頻器電位器的滑動(dòng)觸點(diǎn)與0V之間的電壓為所有隨動(dòng)電位器兩端的最高電壓，隨動(dòng)電位器的0V依然接入相應(yīng)隨動(dòng)變頻器的端子（一般為0V或GND等），隨動(dòng)電位器的中間滑動(dòng)端子接入相應(yīng)隨動(dòng)變頻器的AVI端子（或0-10V模擬量電壓輸入端子）。

接線(xiàn)時(shí)選用的電位器大小要根據(jù)變頻器說(shuō)明書(shū)要求并計(jì)算確保10V/R

當(dāng)所有變頻器接線(xiàn)和設(shè)置完成后并上電后，調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電位器時(shí)，隨動(dòng)電位器的電壓也隨之而產(chǎn)生比例變化，使得所有隨動(dòng)變頻器的頻率隨著基準(zhǔn)變頻器的頻率變化而變化，從而達(dá)到控制要求。

此方式的優(yōu)點(diǎn)是以隨動(dòng)變頻器取代了方式1中的機(jī)械無(wú)調(diào)速器，調(diào)節(jié)范圍更大更靈活，且能實(shí)現(xiàn)集中控制。缺點(diǎn)是接入的變頻器數(shù)量受上述額定電流的限制。

圖3多臺(tái)變頻器各自驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)

3同步控制方式3

采用同步控制器集中控制的同步控制方式3是一種性能高，系統(tǒng)配置簡(jiǎn)捷，功能強(qiáng)大的同步控制模式，它將所有的變頻器的所因工藝要求的同步比例系數(shù)預(yù)設(shè)進(jìn)控制器，當(dāng)主調(diào)電位器的基準(zhǔn)頻率變化時(shí)，所有隨動(dòng)變頻器步率隨之而按比例變化。由于電機(jī)、負(fù)載、安裝、生產(chǎn)工藝等相關(guān)特性影響，實(shí)際生產(chǎn)上同步效果會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，為了彌補(bǔ)這一問(wèn)題，同步控制器設(shè)有傳感器或電位器反饋回路。如圖4.

圖4同步控制器集中控制圖

當(dāng)所有反饋均采用電位器手動(dòng)操作模式，當(dāng)隨動(dòng)單元速度出現(xiàn)偏差或漂移時(shí)，手動(dòng)微調(diào)對(duì)應(yīng)的電位器，使傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際速度達(dá)到當(dāng)前工況所要求的速度。在很多情況下，為了使控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整同步偏差，降低勞動(dòng)強(qiáng)度及人為因素對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)生不良影響，可將電位器反饋改為傳感器反饋，即將生產(chǎn)線(xiàn)所需的位移、張力、速度、流量等傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為同步控制器可接收的反饋信號(hào)后接入對(duì)應(yīng)端子。

一般同步控制器所控制的電機(jī)小于8臺(tái)，當(dāng)控制同步的電機(jī)超過(guò)8臺(tái)時(shí)，可采用多臺(tái)同步控制器聯(lián)接。如使用N臺(tái)控制器。依次稱(chēng)一號(hào)～N號(hào)同步控制器。由于每臺(tái)控制器每個(gè)單元輸出完全相同，因此，可選擇一號(hào)控制器的任一單元用來(lái)控制主電機(jī)，將該單元的輸出作為二號(hào)控制器的主給定，接于二號(hào)控制器的外給定一或外給定二。此時(shí)須將該單元的比例系數(shù)設(shè)為1.00并設(shè)該單元沒(méi)有反饋。

例如選用2臺(tái)控制器聯(lián)接，如圖5所示，一臺(tái)8單元同步控制器與一臺(tái)4單元同步控制器組合方式，此種方式最多可控制11臺(tái)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。把8單元同步控制器稱(chēng)為一號(hào)控制器，另1臺(tái)稱(chēng)為二號(hào)控制器，一號(hào)的第一單元輸出用來(lái)控制主電機(jī)。同時(shí)將該單元輸出作為下級(jí)電機(jī)同步控制器的外部給定一的輸入。一號(hào)控制器的第一單元的輸入源設(shè)為9（外部給定一），輸出比例系數(shù)需1.00，即可將一號(hào)控制器的外部給定一輸入的電壓不變地傳送到二號(hào)控制器，作為二號(hào)控制器的外部給定。以此類(lèi)推，按此方法可聯(lián)接多臺(tái)同步控制器。

圖5 2臺(tái)控制器聯(lián)接圖

除一號(hào)控制器的第一單元輸出用來(lái)控制主電機(jī)外，其余各控制器的第一單元一般不用來(lái)控制電機(jī)，否則，被控電機(jī)的輸入電壓永遠(yuǎn)與主機(jī)相同，其轉(zhuǎn)速也與主機(jī)保持一致。

4結(jié)語(yǔ)

上述同步控制的方式都是簡(jiǎn)易式的，現(xiàn)在許多較復(fù)雜的生產(chǎn)線(xiàn)都采用了PLC可編程控制器+HMI人機(jī)界面，且應(yīng)用越來(lái)越多。它可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)等通訊技術(shù)和其他設(shè)備進(jìn)行連接和操作。但對(duì)許多工藝相對(duì)簡(jiǎn)單的生產(chǎn)線(xiàn)及工廠來(lái)說(shuō)，以上幾種同步控制方式可完全能滿(mǎn)足他們的要求，且由于操作及維護(hù)很簡(jiǎn)單，一般工廠維護(hù)人員均可掌握。因此，仍會(huì)在很多場(chǎng)合有其廣泛應(yīng)用價(jià)值。

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