沈　博

摘要:通過對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同步運行系統(tǒng)。

關鍵詞:PLC 同步 隨動 閉環(huán) 電動機

中圖分類號:D035 文獻標識碼:A 文章編號:1673-8209(2009)5-0274-02

近年來,隨著我國包裝,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)則對產(chǎn)品的質(zhì)量起著關鍵的作用,目前以PLC做為中心控制元件的設備占有相當大的比重,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)中核心問題便是各動力驅(qū)動軸的同步運行,即各電機的同步運行。

本文將介紹分析幾種以OMRON系列PLC作為主控元件來實現(xiàn)多電機同步運行的方案。

1 系統(tǒng)控制方案

1.1 隨動系統(tǒng)

隨動系統(tǒng),即一臺電機作為主電機,另外一臺或多臺作為隨動電機,隨動電機緊跟著主電機運行;控制系統(tǒng)的基本組如圖1所示。

在該系統(tǒng)中由PLC接受來自上位機發(fā)來的控制信號,經(jīng)過一定的運算轉(zhuǎn)換為執(zhí)行裝置的控制信號,如變頻器的頻率,進而驅(qū)動主電機運行,通過編碼器監(jiān)測電機的實際運行速度,并將這一信號作為隨動電機的控制命令,隨動電機緊隨這一速度便可實現(xiàn)兩臺電機的同步運行。

1.2 閉環(huán)系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng),即兩臺電機由同一控制器(PLC)發(fā)出控制信號,然后再各自構成閉環(huán)系統(tǒng),緊隨控制器發(fā)出的信號,即可實現(xiàn)多電機的同步運行;控制系統(tǒng)的基本組如圖2所示。

在這個系統(tǒng)中由PLC接受來自上位機發(fā)來的控制信號,經(jīng)過運算轉(zhuǎn)換為執(zhí)行裝置的控制信號,同時發(fā)到兩臺電機的驅(qū)動器中,由于控制命令是相同的, 通過編碼器監(jiān)測電機的實際速度,與控制命令進行比較,構成閉環(huán)控制系統(tǒng),這樣只要兩臺電機的都緊隨控制命令運行便可實現(xiàn)同步。

1.3 隨動閉環(huán)系統(tǒng)

隨動閉環(huán)控制系統(tǒng),綜合了隨動系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點,在隨動控制系統(tǒng)的基礎上構成了閉環(huán)控制。

兩臺電機驅(qū)動器由同一控制器(PLC)發(fā)出控制信號,并各自構成閉環(huán)系統(tǒng),將輔電機的實際速度實時的與主電機進行比較,綜合調(diào)整,使輔電機緊隨主電機的運行速度,即可實現(xiàn)多電機的同步運行?？刂葡到y(tǒng)的基本組如圖3所示。

2 控制方案分析

實際的控制系統(tǒng)中,每個電機所帶負載都不盡相同,因此在這些控制系統(tǒng)中都需根據(jù)速度設定值利用PLC計算得出具體的控制參數(shù)。

首先將上位機發(fā)出的線速度設定值進行單位轉(zhuǎn)換,根據(jù)電機所帶負載的實際卷徑,計算出對應的電機轉(zhuǎn)速,然后利用三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式計算出這一轉(zhuǎn)速對應的頻率值。并將這一計算值傳送控制器(變頻器)中,拖動電機運行,并利用編碼器實時的監(jiān)測該電動機的實際轉(zhuǎn)速。

隨動控制系統(tǒng)中隨動電機將主電機的實際運行速度作為運行命令,利用兩臺電機負載的實際卷徑,計算出第二臺電機所需頻率,隨動電機緊隨主電機運行,便可實現(xiàn)兩臺電機的同步運行。第二臺電機緊緊的跟隨主電機運行,“第二臺”電機可以是一臺電機也可以是電機群,根據(jù)實際系統(tǒng)的大小來確定電機的臺數(shù);這種控制系統(tǒng)一般使用在控制精度要求不高的場合,只是簡單的同步而且對各個動力輥間的張力沒有特殊的要求,系統(tǒng)簡單易于實現(xiàn),成本較低。

閉環(huán)控制系統(tǒng)中由上位機發(fā)出控制命令后,根據(jù)各個電動機軸上的負載的半徑,計算出各個負載對應的轉(zhuǎn)速,再根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速公式實現(xiàn)到驅(qū)動器(變頻器)輸出頻率的轉(zhuǎn)換。這樣便可實現(xiàn)兩臺電機的同步運行。兩臺或多臺電動機具有各自的閉環(huán)控制系統(tǒng),對速度命令有較高的響應。該系統(tǒng)常出現(xiàn)在多動力牽引的系統(tǒng)中。

隨動閉環(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,控制精度較高,此方案是在隨動控制的基礎上,對主電機和隨動電機做閉環(huán)處理,即將兩臺電機的實際速度通過編碼器進行實時監(jiān)控,與各自的控制信號進行比較,構成獨立的閉環(huán)控制系統(tǒng),主電機的閉環(huán)系統(tǒng)主要實現(xiàn)對預設速度的準確響應,從動電機的閉環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)則是為更準確地跟隨主電機的實際速度而設置的。目前我國大多數(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)的設計成本。當然做為配套的電氣控制元件對最終產(chǎn)品的質(zhì)量也起著關鍵的作用。

3 PLC控制程序

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

利用CX-Programmer可將單個功能塊保存為一個獨立的文件,從而使該功能塊也適用于其它PLC的應用程序。當創(chuàng)建或調(diào)試程序時,反復的使用"成熟"的功能塊將節(jié)省程序開發(fā)時間,有效的減少人為的編碼錯誤,使程序結構簡明清晰,更易于理解。

多電機同步控制系統(tǒng)的部分PLC程序如圖4所示:

4 結語

PLC作為先進的自動控制裝置,可以應用于多種自動化控制系統(tǒng)中。對于同步性能要求較高的場合,可以采用PLC、矢量控制變頻器、三相異步電動機、脈沖編碼器等構成高性能調(diào)速系統(tǒng)。隨著計算機技術數(shù)字技術的廣泛應用,自動控制領域也隨之發(fā)生了巨大的變革,進一步提高拖動系統(tǒng)的控制精度及其穩(wěn)定性已是必然趨勢。

參考文獻

[1] 霍罡,樊曉兵.歐姆龍CP1H PLC應用基礎與編程實踐[M].北京.機械工業(yè)出版社.2009.

[2] 楊敏,劉丹潔.可編程序控制器應用技術及實訓[M].天津.天津大學出版社.2009.

[3] 何軍鋒,趙慶海.國內(nèi)分切機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].設備器材.2008.1:50.

[4] OMRON,SYSMAC CP系列 CP1H CPU單元 .編程手冊.2008.