周璐

(廣州市華南橡膠輪胎有限公司，廣東 廣州 511400)

1#復(fù)合壓出線φ200供膠皮帶控制系統(tǒng)改造

周璐

(廣州市華南橡膠輪胎有限公司，廣東 廣州 511400)

原有1#復(fù)合壓出線多處用到SEW直流電機(jī)，現(xiàn)在難以買到備件，為此將Φ200原SEW直流電機(jī)改為交流變頻電機(jī)，將MENTORⅡ直流驅(qū)動(dòng)器改為MITSUBISHI交流變頻器。硬件上只是改變了電機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置，軟件上更改了一段程序。改造后達(dá)到良好的效果，降低了成本。

復(fù)合壓出；控制系統(tǒng)；變頻器；直流電機(jī)；交流電機(jī)；矢量控制

1#復(fù)合壓出生產(chǎn)線是我公司最早引進(jìn)的部件生產(chǎn)線，生產(chǎn)廠商為西德的TROESTER。該生產(chǎn)線至今已經(jīng)有將近20年的歷史，很多電氣部件難于買到備件，其中整條線上多處用到SEW直流電機(jī)，使用過程中，如果壞一臺(tái)電機(jī)，便無備件更換，因此會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

1 現(xiàn)控制系統(tǒng)與原控制系統(tǒng)比較

1.1 原控制系統(tǒng)簡介

1#復(fù)合壓出線的控制系統(tǒng)采用西門子S7-318 PLC進(jìn)行控制，應(yīng)用PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行PLC與各遠(yuǎn)程I/O站之間的通訊。供膠皮帶傳動(dòng)部分使用MENTORⅡ直流驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)SEW直流電機(jī)。驅(qū)動(dòng)器通過直流電機(jī)的測速電機(jī)反饋回的電壓信號(hào)以保證直流電機(jī)速度的穩(wěn)定性，直流電機(jī)的速度控制是全線主速度再結(jié)合供膠皮帶頂端的浮輥動(dòng)作輸出的模擬量信號(hào)，通過遠(yuǎn)程模擬量模塊傳到PLC，PLC結(jié)合全線的速度進(jìn)行PID運(yùn)算后，傳一個(gè)模擬量信號(hào)到驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度控制。原控制系統(tǒng)控制線路圖如圖1。

1.2 改造后控制系統(tǒng)與原控制系統(tǒng)比較

傳動(dòng)部分：將原SEW直流電機(jī)改為2.2 kW交流電機(jī)，同時(shí)將MENTORⅡ直流驅(qū)動(dòng)器改為MITSUBISHI的E500系列的交流變頻器。

控制部分：原控制系統(tǒng)為模擬量0～+/-10 V輸出控制直流驅(qū)動(dòng)器的模擬量調(diào)速端，通過反模擬量信號(hào)的極性，來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；現(xiàn)控制系統(tǒng)則為模擬量0～10 V來控制變頻器的頻率，從而控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)則是通過數(shù)字量信號(hào)來控制的，同時(shí)還修改了PLC的程序，對(duì)變頻器進(jìn)行控制。

圖1 原控制系統(tǒng)控制線路圖

圖2 改造后的控制系統(tǒng)的硬件配置

2 改造后控制系統(tǒng)的組成

2.1 硬件配置

改造后的控制系統(tǒng)的硬件配置如圖2。

當(dāng)浮輥動(dòng)作，則產(chǎn)生一個(gè)模擬量信號(hào)，該信號(hào)傳遞給遠(yuǎn)程AI模塊，再通過Profibus網(wǎng)絡(luò)傳遞給PLC，PLC結(jié)合全線傳過來的主速度進(jìn)行PID運(yùn)算，然后通過AO模塊輸出一個(gè)模擬量給變頻器作為頻率設(shè)定，通過DO 模塊輸出一個(gè)數(shù)字量信號(hào)給變頻器控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)變頻器接收到信號(hào)后，將控制電機(jī)動(dòng)作，電機(jī)動(dòng)作又會(huì)導(dǎo)致浮輥動(dòng)作，從而形成了一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。

改造后控制系統(tǒng)的控制線路圖如圖3。

從圖3中我們便可以清楚的看到，經(jīng)過改造后的系統(tǒng)接線簡便，便于查找故障。原系統(tǒng)是通過PLC的模擬量輸出模塊給出一個(gè)0～10 V的模擬量信號(hào)，用來設(shè)定驅(qū)動(dòng)器給直流電機(jī)的速度，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)是通過反模擬量給定來調(diào)節(jié)的。改造后的系統(tǒng)是通過PLC的模擬量輸出模塊給出一個(gè)0～10 V的模擬量信號(hào)用來設(shè)定變頻器的頻率，從而調(diào)節(jié)交流電機(jī)的速度，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)則是通過PLC給定的數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行選擇的，從而改變了原系統(tǒng)的控制方法。

圖3 控制系統(tǒng)的控制線路圖

2.2 軟件編程

在FC46功能塊中更改的程序段如下：

對(duì)于Φ200供膠皮帶速度設(shè)定PLC輸出為4D541模塊第一通道QW128。

2.3 參數(shù)設(shè)置

2.3.1 選擇變頻器的操作模式

接通電源時(shí)（出廠時(shí)設(shè)定值），為外部信號(hào)的操作。

除一部分參數(shù)之外，參數(shù)的設(shè)定僅在用Pr.79選擇PU操作模式時(shí)可以實(shí)施。故首先要更改Pr.79這個(gè)參數(shù)，使其變成PU模式操作。

外部信號(hào)操作改成PU模式的具體做法如下：

將Pr.79 “操作模式選擇”的設(shè)定值, 由“2”（外部操作模式）變更為“1”（PU操作模式）的情況。

2.3.2 設(shè)置參數(shù)

選擇好PU模式后，就可以用操作面板進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置了。參數(shù)設(shè)置的方法同設(shè)置PU模式的方法一樣。改造后的系統(tǒng)，變頻器主要設(shè)置的參數(shù)如下：

（1）正轉(zhuǎn)設(shè)定

（2）反轉(zhuǎn)設(shè)定

（3）模擬量頻率設(shè)定

（1）加減速時(shí)間：用于設(shè)定電機(jī)加減速時(shí)間。

Pr.7為加速時(shí)間：該參數(shù)設(shè)為5 s或6 s。

Pr.8為減速時(shí)間：該參數(shù)設(shè)為5 s或6 s。

（2）電子過電流保護(hù)

Pr.9為電子過電流保護(hù)：該參數(shù)設(shè)定為電機(jī)的額定電流5 A。

（3） 5 V（10 V）輸入時(shí)頻率：當(dāng)接于端子2～5間的旋鈕（頻率設(shè)定器）的頻率設(shè)定信號(hào)為DC 5 V（或DC10 V）時(shí)，可以設(shè)定頻率。

Pr.38為5 V（10 V）輸入時(shí)頻率：該參數(shù)設(shè)定為50 Hz。

（4）Pr.71為適用電機(jī)：將該參數(shù)設(shè)為3，即為標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)。

（5） 0～5 V/0～10 V選擇：可以根據(jù)頻率設(shè)定電壓信號(hào)，切換輸入（端子2）得規(guī)格。因?yàn)槌鰪S時(shí)設(shè)定為DC 0～5 V輸入，若輸入為DC 0～10 V時(shí)，請(qǐng)一定進(jìn)行此設(shè)定。

Pr.73為0～5 V/0～10 V選擇：該參數(shù)設(shè)定為1，即為DC 0～10 V輸入。

（6）通用磁通矢量控制

①電機(jī)容量：可以選擇通用磁通矢量控制。通用磁通矢量控制可以提供大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和充足的低速轉(zhuǎn)矩。電機(jī)常數(shù)雖有所不同，但不用設(shè)定特別的電機(jī)常數(shù)和調(diào)整，就可獲得安定的大的低速轉(zhuǎn)矩。

Pr.80——電機(jī)容量：該參數(shù)設(shè)為2.2，因電機(jī)的功率為2.2 kW。

②電機(jī)額定電壓：設(shè)定變頻器的額定電壓。

Pr.83——電機(jī)額定電壓：該參數(shù)設(shè)為380 V。

③電機(jī)額定頻率：設(shè)定變頻器的額定頻率。

Pr.84——電機(jī)額定頻率：該參數(shù)設(shè)為50 Hz。

④ 自動(dòng)調(diào)整設(shè)定/狀態(tài)：所謂自動(dòng)調(diào)整，即我們常說的變頻器的優(yōu)化。就是用通用磁通矢量控制時(shí)，使電機(jī)發(fā)揮出最大限度性能的運(yùn)行。

Pr.96—自動(dòng)調(diào)整設(shè)定/狀態(tài)：該參數(shù)設(shè)為1，即為自動(dòng)調(diào)整。

當(dāng)設(shè)為1后，按啟動(dòng)鍵啟動(dòng)變頻器，自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)參數(shù)被優(yōu)化后變頻器顯示3時(shí)，即為優(yōu)化成功。若顯示為9，則有故障。

3 現(xiàn)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)控制系統(tǒng)與原控制系統(tǒng)的主要區(qū)別在于傳動(dòng)部分進(jìn)行了改造，所以現(xiàn)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在傳動(dòng)部分優(yōu)于原控制系統(tǒng)的傳動(dòng)部分。

3.1 交流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)控制系統(tǒng)為交流調(diào)速系統(tǒng)，原控制系統(tǒng)為直流調(diào)速系統(tǒng)。交流調(diào)速系統(tǒng)較直流調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)在于交流電動(dòng)機(jī)較直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。以前，我們常說直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能好，控制簡單等優(yōu)點(diǎn)，卻往往掩蓋或者很少提及直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)，而這些缺點(diǎn)又是直流電動(dòng)機(jī)固有的，它們限制了直流電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用。其主要缺點(diǎn)是：

（1）直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械性能換向器由很多銅片組成，銅片之間用云母片隔離絕緣，因此工藝復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)料，增加了直流電動(dòng)機(jī)的技術(shù)，降低了功率/重量比值。與同等重量的鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)要貴幾倍，單位重量的功率要少一倍。且銅頭使用一段時(shí)間后，就要進(jìn)行維護(hù)，保證其銅片和云母片的絕緣性。

（2）直流電動(dòng)機(jī)的大部分功率（除勵(lì)磁外）都是通過換向器流入電樞的，轉(zhuǎn)子發(fā)熱多，電機(jī)效率低。由于轉(zhuǎn)子散熱條件差，直流電機(jī)需要強(qiáng)迫風(fēng)冷或者水冷。

（3）換向器和電刷的磨損，降低了可靠性，增加了維修和保養(yǎng)的工作量。

與此相應(yīng)，交流電動(dòng)機(jī)雖然控制比較復(fù)雜，但其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝環(huán)境要求低，適于易燃、易爆、多塵的條件，尤其是在大容量、高轉(zhuǎn)速應(yīng)用領(lǐng)域。

改造后的控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)也就在于交流電機(jī)相對(duì)于直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）交流電機(jī)沒有直流電機(jī)的銅頭，所以就節(jié)省了時(shí)間和人力去維護(hù)銅頭，并且交流電機(jī)的成本較低。

（2）現(xiàn)系統(tǒng)的交流電機(jī)不需要散熱風(fēng)機(jī)，節(jié)約了電力資源。

（3）現(xiàn)系統(tǒng)的交流電機(jī)無碳刷，減少了維修和保養(yǎng)的工作量。

3.2 交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

交流電動(dòng)機(jī)雖然機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，但它是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合、多變量的控制對(duì)象，調(diào)速控制復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)高精度控制較為困難。所以一直以來直流電機(jī)在傳動(dòng)系統(tǒng)中一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。但是隨著科技的進(jìn)步，多種交流調(diào)速的先進(jìn)理論和技術(shù)的采用，能夠彌補(bǔ)了交流電動(dòng)機(jī)相對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)的這一弱點(diǎn)，并且使交流調(diào)速系統(tǒng)的性能達(dá)到直流調(diào)速的水平，而且系統(tǒng)成本、損耗大大降低。

改造后，我們用測速儀測量了供膠皮帶的速度，該速度穩(wěn)定且能夠達(dá)到系統(tǒng)所要求的值。交流電機(jī)的控制系統(tǒng)能夠達(dá)到原直流電機(jī)的控制效果，其主要原因是采用了變頻器的矢量控制方法，矢量控制使得交流調(diào)速系統(tǒng)的性能可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。

4 結(jié)論

跟蹤改造后的供膠皮帶控制系統(tǒng)一段時(shí)間，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，變頻改造能達(dá)到直流調(diào)速效果。在達(dá)到直流調(diào)速的效果后，將有刷的直流電機(jī)改造成無刷的交流電機(jī)，不僅降低了維修成本，而且提高了維修效率。并且變頻器的接線簡單，維修起來較驅(qū)動(dòng)器容易很多。改造后，維修效率有明顯提高，進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率。

Improvement of φ200 rubber belt control system in 1 # composite extruding line

Improvement of φ200 rubber belt control system in 1 # composite extruding line

Zhou Lu
(Guangzhou south China rubber tyre co., LTD., guangzhou ,511400 ,Guangdong)

the original1# composite extruding line use SEW DC motor in many palce,but it is hard to buy spare parts now. It will soon be change the SEW DC motor to AC frequency motor for Φ200 , change MENTOR Ⅱ DC driver to MITSUBISHI AC driver. It is only changed the motor and drive device in hardware and a program in software. After modifcation, the system can achieved good effect and reduced the cost.

composite extruding;control system;inverter;DC motor;AC motor;vector control

TQ330.493

：1009-797X(2015)03-0048-05

BDOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.03.009

（XS-02）

周璐（1986-），女，學(xué)士，畢業(yè)于北京化工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事硫化工序及成型工序設(shè)備等電氣管理和維修工作。

2014-04-28