摘 要：本文基于PLC、變頻器、編碼器組成汽車輸送主、副線主從控制的雙閉環(huán)隨動控制系統(tǒng)，采用主輸送線的實際運行速度作為副輸送線的設定值，實現(xiàn)汽車輸送主副線的傳動速度同步、高精度穩(wěn)速控制；該系統(tǒng)可有效抑制外部干擾，消除速度偏差，穩(wěn)定程度高；實際應用效果達到設計要求。

關鍵詞：雙閉環(huán)控制；隨動控制；汽車輸送生產(chǎn)線；主、副線同步

中圖分類號：TP275 文獻標識碼：A

1 引言

汽車流水線作業(yè)中常采用懸掛鏈輸送在各工序間連續(xù)輸送工件，完成各種工藝過程。汽車輸送線生產(chǎn)規(guī)模大，生產(chǎn)線距離長，加工工序和線上負載變化多，一般采用主、副線組合的輸送加工形式。如對主、副線的運行速度進行同步控制，可以把節(jié)奏不同的生產(chǎn)過程組合成一個有節(jié)奏的生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)流水生產(chǎn)和輸送的自動化，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

2 系統(tǒng)控制方案的確定

鏈式控制是實現(xiàn)汽車輸送主、副線同步控制經(jīng)常采用的方法，但由于輸送線各個坡段牽引力的不均衡以及負載的不斷變化，輸送線上負載變化、傳送鏈輪摩擦的變化和鏈條磨損拉伸，會出現(xiàn)主、副線行進速度的變化，從而產(chǎn)生位置累計誤差，系統(tǒng)理想的同步狀態(tài)消失，導致控制精度較低，動態(tài)性能較差。嚴重時會造成鏈條堆積損壞張緊裝置或使鏈條受力過大以至被拉斷，使輸送線全線癱瘓，不能正常工作。[1]

為克服以上不足，進一步提高系統(tǒng)的控制精度，本系統(tǒng)采取閉環(huán)控制方式，而要實現(xiàn)主、副線的同步，則需采用主從控制的隨動系統(tǒng)。系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成示意圖

某汽車廠焊裝項目輸送由主、副兩條鏈式輸送線組成，汽車焊裝工件承載掛車由A點離開主線，進入到副線B點時要求與副線推頭同步，如此可避免在A點的工件積存和工件在B點的等待時間，不打亂生產(chǎn)線節(jié)奏，提高生產(chǎn)效率。

該系統(tǒng)主、副兩條輸送線分別由兩臺三相異步電動機驅(qū)動，PLC通過兩臺變頻器分別來控制電動機轉速以達到主、副線運行同步。主、副線各使用兩個編碼器，分別測定驅(qū)動電動機的轉速和對應輸送線的實際傳送線速度，位置傳感器則用于工件掛車的初始定位。

編碼器是將信號或數(shù)據(jù)進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備，按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。

主輸送線中，主編碼器、主線速編碼器作為內(nèi)外環(huán)反饋元件與PLC組成了一個雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 主輸送線控制原理框圖

外環(huán)由主線速編碼器測定主輸送線的實際運行速度，與設定值比較后由PLC的主調(diào)節(jié)器驅(qū)動內(nèi)環(huán)，內(nèi)環(huán)中主編碼器測定主電動機轉速，與主調(diào)節(jié)器輸出比較后驅(qū)動主變頻器控制主電動機的轉速，保證主電動機的轉速穩(wěn)定，并克服主輸送線由于摩擦和磨損等引發(fā)的擾動，消除主線的運行速度偏差。

副輸送線控制系統(tǒng)結構與主輸送線相類似，系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 副輸送線控制原理框圖

副輸送線中同樣以副編碼器、副線速編碼器作為內(nèi)外環(huán)反饋元件與PLC組成了一個雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，由PLC控制，抑制擾動、提高副輸送線運行的穩(wěn)定度。與主輸送線不同的是，副輸送線外環(huán)是以主輸送線的實際運行速度即主線速編碼器的輸出為設定值，也即是說副輸送線的運行速度是跟隨主輸送線的實際運行速度而變化的，副輸送線的控制實際上就是一個以主輸送線的實際運行速度為輸入值的隨動系統(tǒng)[2]。而因為主輸送線的雙閉環(huán)控制保證了主線速度的穩(wěn)定性，作為隨動系統(tǒng)的副輸送線也可避免因跟隨幅度太大而引發(fā)超調(diào)量太大加劇系統(tǒng)振蕩、導致穩(wěn)定性變差的后果[3]。

3 系統(tǒng)硬件設置

整個系統(tǒng)的設備層控制核心是一臺美國Rockwell Allen-Bradley公司的1769-L35E CompactLogix5335E PLC。CompactLogix平臺包含有基于Logix平臺的優(yōu)點-通用的編程環(huán)境，通用的網(wǎng)絡，通用的控制引擎，結構緊湊，有極高的性能和可擴展性。

控制電動機的變頻器選用Rockwell Allen-Bradley公司的PowerFlex 70變頻器。PowerFlex系列變頻器是包含電源、控制和操作員界面的緊湊型設備，易于集成和配置，可與Logix平臺進行無縫集成，大大節(jié)省配置和故障診斷時間。

主、副編碼器為SEW電機自帶；主、副線線速編碼器采用德國P+F公司的脈沖數(shù)為1000 p/r增量型旋轉編碼器，RVI58N-011ABR61N-01000。各編碼器的A、B相分別接入PLC高速計數(shù)通道，由PLC讀取并進行運算比較，同時將調(diào)節(jié)信號送入變頻器控制電動機的轉速，保證主副兩條輸送線的同步穩(wěn)定運行。

系統(tǒng)相關信號通過Devicenet現(xiàn)場總線傳輸。

4 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試主要考慮主、副位傳感器即鏈條之間轉載傳感器位置的調(diào)試、高速計數(shù)模塊配置和編碼器數(shù)據(jù)的采集處理等問題。

兩條輸送線的同步運行，要考慮到工件的順利轉接，不能造成頻繁的故障停線。即工件從主線進入副線時、工件到達B點時，能夠順利與推頭嚙合進入副線鏈條運行，這需要設置同步基點位置。主、副兩條輸送線各設定一位置傳感器作為同步檢測開關。

初次啟動時，主、副輸送線分別單獨運行，此時主、副線編碼器不參與同步調(diào)節(jié)控制，系統(tǒng)為單閉環(huán)控制。當主、副輸送線各自運行感應到相應的主、副位傳感器（同步檢測開關）時，單一輸送線停止運行[4]。只有當兩輸送線同步檢測開關同時感應時，即主、副線鏈條完成同步調(diào)整后，系統(tǒng)才滿足同步起動需求，進入聯(lián)動模式，兩輸送線同頻率起動，主、副線編碼器參與調(diào)解控制，形成雙閉環(huán)控制，兩輸送線進入同步運行。

主、副兩輸送線之間的轉載通過摩擦輪來過渡。如果出現(xiàn)摩擦輪打滑，就可能出現(xiàn)轉載不成功及鏈條滿量停止，此時兩條鏈條同時停止，需要通過人為干預消除故障。

高速計數(shù)模塊的配置過程中要注意可能由于個別參數(shù)設置有誤而導致無法采集數(shù)據(jù)。

在運行過程中可能由于機械等原因而出現(xiàn)累計誤差過大，主、副線編碼器反饋差值過大，系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。每次鏈條觸發(fā)同步檢測信號時，都給編碼器清零一次，這樣可以避免長時間運行時誤差的累積。

在系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，超出可調(diào)控范圍時，PLC根據(jù)主、副線編碼器差值反饋信號，對系統(tǒng)進行重新同步啟動。

5 結束語

對于鏈式雙輸送線的同步控制，采用開環(huán)或者單閉環(huán)控制都很難獲得良好的控制精度，不能消除系統(tǒng)隨時間增加的累積偏差。而采用雙閉環(huán)及隨動控制系統(tǒng)，利用編碼器分別檢測主、副兩條輸送線的實際運行速度，并由PLC進行實時調(diào)節(jié)控制，保證了響應的穩(wěn)定性和快速性，能夠獲得令人滿意的控制效果。在某汽車廠的運行結果表明，該同步控制系統(tǒng)運行正常、性能良好，完全達到系統(tǒng)的控制要求。

參考文獻

[1] 李香娜，尤文強.汽車輸送線雙機同步自動控制系統(tǒng)的研究

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[2] 張寧，馮禹.家禽加工懸掛輸送線的同步控制[J].肉類工業(yè)，

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[3] 潘峰.PLC、編碼器和變頻器實現(xiàn)同步控制的一種方法[J].電

氣時代，2008，01：A20-A21.

[4] 黃建春，等.基于PLC的牲豬屠宰生產(chǎn)線三線同步控制[A].測

控技術，2012，08：43-45.

作者簡介：

孫 偉（1967-），男，本科，講師/工程師.研究領域：過程控制技

術.