PLC编码器和变频器实现同步控制的一种方法

经验与技巧ExperiencesandSkillsA20|电气时代·2008年第1期·自动化系统工程专辑在纺织、纸张等行业中，经常遇到需要保证多台生产线或输送线成比例运转的场合，一般将这个问题称为同步，通过生产机械的同步控制，既可提高产品的生产质量，又可提高系统的生产效率。同步控制在现代工业生产中正愈来愈多地得到应用。实现同步控制的方法有很多种，链条控制是典型的同步控制方法之一，主要用于控制精度较低，动态性能要求不高的场合，由该方法演变出的齿形带同步控制则具有较高的控制精度和动态性能，但主要局限于局部应用。采用伺服控制系统具有很高的控制精度和良好的动态特性，但是成本相对又比较高，此外，目前多台电动机的同步器的价格都比较昂贵。本文即讨论采用PLC、编码器和变频器实现同步控制的一种控制方法。系统工作原理同步控制中一般采用主从控制，即改变主机的运转频率，从机运转频率自动来跟随主机速度，采取闭环控制的方式，从而达到同步，多个从机之间可采用级联或并联方式。本文以两条输送线为例，如图1模型所示，介绍如何利用PLC、编码器和变频器实现同步控制。该机械电气传动系统由两条输送线组成，两条输送线分别由两台三相异步电动机驱动，两台变频器分别来控制其转速，本系统采用的变频器是艾默生网络能源有限公司的EV1000系列小型变频器，体积小，采用独特的控制方式实现了高转矩、高精度、宽调速驱动的功能，同时在每个电动机的轴上分别安装了旋转编码器(选择1000p/r的旋转编码器，选择线数更高的旋转编码器，同步效果更好)，编码器的功能就是用来记录每台电动机单位时间内转的脉冲数(电动机转动一圈记1000个脉冲)即电动机的转速，系统工作时PLC分别在单位时间内(1ms)读取两个编码器的脉冲数并不停地进行比较，同时PLC将编码器的脉冲数通过三菱公司的FX－2DA数模转换模块转换成标准的0～5V标准信号，送入变频器的模拟量输入端(0～5V)，依据比较结果加减从变频器的频率，从而使从输送线的速度紧紧跟随主输送线速度，由于从输送线的当前速度是不停的和主输送线给定的速度进行比较(每1ms扫描一次)，它们之间组成了闭环控制系统，因此能保证两条输送线的同步运行。整个系统的控制核心是一台三菱FX1N－PLC。系统的结构框图如图2所示。系统的硬件设计本系统是一个模型系统，系统外围暂时没有其他外设，它的I/O点比较少，编码器的A、B相PLC、编码器和变频器实现同步控制的一种方法深圳职业技术学院机电工程学院潘锋图1模型系统外观图主变频器主电动机主编码器从变频器从电动机从编码器转速设定－图2系统结构框图自动化系统工程专辑·2008年第1期·电气时代|A21的两路高速计数通道，输出端的电动机正转和反转不仅在软件上要互锁，而且为保证安全，最好在硬件上也互锁，这样做的优点是即使在编写软件时不小心忘记互锁，也不会出现安全事故。模拟量输出模块采用三菱公司FX系列的FX－2DA模块，该模块将12位的数字值转换成相应的模拟量输出，综合精度0.2mA，FX－2DA模拟量模块的工作电源为DC24V，它的主要功能就是将编码器的数字量转换成标准的0～5V信号，从而控制变频器的输出频率。部分硬件接线图如图3所示。软件设计系统在软件的设计上，主要考虑以下两点：1)系统在低速时的运行效果。由于变频器在低频率时，电动机的输出转矩很小，会出现抖动和爬行现象，甚至出现输送线不能起动的现象。因此在变频器的参数设置上，需要设置转矩提升功能，否则，变频器当前显示频率为很小时，输送线不能起动，同时为了保证系统在低速时同步，需要对从变频器预先预值。因为从变频器是跟随主变频器运行的，如果不事先预值，当主变频器的频率增加到能起动输送线时，从变频器并不能立即跟随，需要一段时间调整，因此对从变频器事先预值就很好地解决了这个问题，保证了低速时的同步，预值的大小由试验得出。2)系统的稳定性。同步控制中的主从控制，即固定主机运转频率，微调从机频率来跟随主机速度，因此为了保证系统的稳定性，从机的跟随幅度不能太大，否则就会出现超调量太大，系统的振荡加剧，稳定性变差。结论在设计这个系统之前，笔者也尝试过开环控制试验，但不能消除系统的累积偏差，因此在系统刚开始运行时候还勉强同步，但是随着时间的推移，同步性能会越来越差。只有采用闭环控制，才能更好地消除系统的偏差。利用两个编码器分别检测两个输送线的速度，并不停地进行比较，理论与试验均证明是可行的。(收稿日期：2007.07.26)新闻&动态News&Trend2007年12月7日，北京莱姆电子推出一款微型集成电路传感器Minisens，用于高达100kHz的AC与DC绝缘电流测量。这种新元件提供无插入损耗的完全绝缘(无需光耦)和高灵敏度，可以直接安装在印刷电路板上。据介绍，Minisens在一个混合信号ASIC中集成了霍尔效应传感器和一个磁选机，无需附加的磁芯就可以作直接的电流测量。由于采用无接触式测量，电流不流过器件，因此可测的电流水平几乎不受限制。唯一的限制因素是初级导体的热容量。电流的载体可以是Minisens所在PCB上的一根走线(或多根走线)，也可以是IC上或下的一根电缆或总线。初级导体有无限的设计可能性，可以测量到70A甚至更高的电流。Minisens采用单5V电源。为减少功耗，用可选输入端能将Minisens切换到等待模式。传感器采用CMOS工艺制造，SO－8IC封装。片上的非易失存储器可以用于配置ASIC的许多参数：传感器增益、偏移、极性、温漂和增益算法的调整。有两种输出：一种带滤波，以限制噪声带宽；另一种不带滤波，响应时间小于3μs。CR－1CR－2CR－1CR－1图3系统的部分硬件接线图NL1L2ND/A模块CH2X12PG2M25WU2V2W2EV1000－4T0022GRSTX1FWDREVCOMVCIGNDCCIUVWP24COMX4X5TBTCY1COMINV－2E传送带2NL1L1NVOCTIOCTCOND/A模块CH1X12PG1M25WU1V1W1EV1000－4T0022GRSTX1FWDREVCOMVCIGNDCCIUVWP24COMX4X5TBTCY1COMINV－1E传送带1M2M1VOCTIOCTCON