多電機(jī)速度同步控制的實(shí)現(xiàn)

在傳統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，要保證多個(gè)執(zhí)行元件間速度的一定關(guān)系，其中包括保證其間的速度同步或具有一定的速比，常采用機(jī)械傳動(dòng)剛性聯(lián)接裝置來實(shí)現(xiàn)。但有時(shí)若多個(gè)執(zhí)行元件間的機(jī)械傳動(dòng)裝置較大，執(zhí)行元件間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，就只得考慮采用獨(dú)立控制的非剛性聯(lián)接傳動(dòng)方法。下面以兩個(gè)例子分別介紹利用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)間速度同步和保持速度間一定速比的控制方法。

1、利用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)速度同步控制

　　薄膜吹塑及印刷機(jī)組的主要功能是，利用擠出吹塑的方法進(jìn)行塑料薄膜的加工，然后經(jīng)過凹版印刷機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的印刷，印刷工藝根據(jù)要求不同可以采用單面單色、單面多色、雙面單色或雙面多色等方法。在整個(gè)機(jī)組中，有多個(gè)電機(jī)的速度需要進(jìn)行控制，如擠出主驅(qū)動(dòng)電機(jī)、薄膜拉伸牽引電機(jī)、印刷電機(jī)以及成品卷繞電機(jī)等。電機(jī)間的速度有一定的關(guān)系，如：擠出主電機(jī)的速度由生產(chǎn)量要求確定，但該速度確定之后，根據(jù)薄膜厚度，相應(yīng)的牽引速度也就確定，因此擠出速度和牽引速度之間有一確定的關(guān)系；同時(shí)，多組印刷膠轆必須保證同步，印刷電機(jī)和牽引電機(jī)速度也必須保持同步，否則，將影響薄膜的質(zhì)量、印刷效果以及生產(chǎn)的連續(xù)性；卷繞電機(jī)的速度受印刷速度的限制，作相應(yīng)變化，以保證經(jīng)過印刷的薄膜能以恒定的張力進(jìn)行卷繞。


　　在上述機(jī)組的傳動(dòng)系統(tǒng)中，多組印刷膠轆的同步驅(qū)動(dòng)可利用剛性的機(jī)械軸聯(lián)接，整個(gè)印刷膠轆的驅(qū)動(dòng)由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這樣就保證了它們之間的同步。印刷電機(jī)的速度必須保證與牽引電機(jī)的速度同步，否則，在此兩道工藝之間薄膜會(huì)出現(xiàn)過緊或過松的現(xiàn)象，影響印刷質(zhì)量和生產(chǎn)的連續(xù)性。但是印刷生置與牽引裝置相距甚遠(yuǎn)，無法采用機(jī)械剛性聯(lián)接的方法。為實(shí)現(xiàn)牽引與印刷間的同步控制，牽引電機(jī)和印刷電機(jī)各采用變頻器進(jìn)行調(diào)速，再用PLC對(duì)兩臺(tái)變頻器直接控制。
牽引電機(jī)和印刷電機(jī)采用變頻調(diào)速，其控制框圖如圖1所示。在這個(gè)閉環(huán)控制中，以牽引轆的速度為目標(biāo)，由印刷電機(jī)變頻器調(diào)節(jié)印刷轆速度來跟蹤牽引轆的速度。利用旋轉(zhuǎn)編碼器1和旋轉(zhuǎn)編碼器2分別采集上述兩個(gè)電機(jī)的脈沖信號(hào)（編碼器位置參見圖3），并送到PLC的高速計(jì)數(shù)口或接在CPU的IR00000~IR00003。以這兩個(gè)速度信號(hào)數(shù)據(jù)為輸入量，進(jìn)行比例積分（PI）控制算法，運(yùn)算結(jié)果作為輸出信號(hào)送PLC的模擬量模塊，以控制印刷電機(jī)的變頻器。這樣，就可以保證印刷速度跟蹤牽引速度的變化而發(fā)生變化，使兩個(gè)速度保持同步。

　　采用PI控制算法進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，程序設(shè)計(jì)框圖見圖2。圖中取自編碼器采集的脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電機(jī)的速度數(shù)據(jù)，經(jīng)上下限處理后，存儲(chǔ)于某個(gè)DM區(qū)中，以作為運(yùn)算中的y值。計(jì)算后的p值，送到模擬量輸出通道，經(jīng)過上下限標(biāo)定后，換算成變頻器能接受的電流或電壓信號(hào)，以控制印刷電機(jī)的變頻器。
　　為確保薄膜在牽引和印刷兩道工序間保持恒定的張力，在這兩個(gè)裝置之間增加一組浮動(dòng)轆調(diào)節(jié)裝置，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
　　上面的浮動(dòng)轆調(diào)節(jié)裝置，也用于減少因電源系統(tǒng)波動(dòng)等因素引起的外來干擾。但波動(dòng)引起的速度差別，經(jīng)過一段時(shí)間后，會(huì)使兩個(gè)浮動(dòng)轆位置升得太高或降得太低。因此在設(shè)計(jì)PI控制算法時(shí)，考慮了這些干擾因素的影響，利用積分環(huán)節(jié)I來調(diào)節(jié)累積誤差，使得牽引轆和印刷轆能進(jìn)行同步控制，并且同步精度較高，從而確保這個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。



2、利用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定速比的控制

　　在聚丙烯（PP）紡絲設(shè)備中，經(jīng)過預(yù)拉伸的纖維需要進(jìn)行熱拉伸。熱拉伸在兩個(gè)經(jīng)過加熱的轆筒與預(yù)拉伸轆之間進(jìn)行，各轆筒由電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)。原有的電機(jī)調(diào)速是采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由電位器調(diào)節(jié)的。在生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)速度波動(dòng)現(xiàn)象，速比不能穩(wěn)定，加工過程易出現(xiàn)“纏轆”現(xiàn)象，成品纖維出現(xiàn)“毛絲”和“硬頭絲”，影響化纖成品的質(zhì)量。在紡絲時(shí)，預(yù)拉伸轆的速度受PP原料、分子線形取向等工藝要求的變化，應(yīng)能方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)。確定了拉伸比后，熱拉伸轆的速度要快速地進(jìn)行眼蹤和變化。采用可編程控制器（PLC）和變頻器進(jìn)行控制，能較好地穩(wěn)定兩個(gè)熱拉伸轆與預(yù)拉伸轆之間的速比。





　　圖4是PP紡絲機(jī)中熱拉伸的結(jié)構(gòu)原理圖。預(yù)拉伸棍和兩個(gè)熱拉伸轆由3臺(tái)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，熱拉伸兩轆速度相同，化纖無拉伸，起穩(wěn)定纖維性能作用；熱拉伸輯與預(yù)拉伸輾間具有一定的速比，某一個(gè)速度發(fā)生變化時(shí)，另一個(gè)也需要根據(jù)速比同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的變化。由旋轉(zhuǎn)編碼器采集的脈沖信號(hào)，送PLC的高速計(jì)數(shù)口或接CPU的IR00000~IR00003，轉(zhuǎn)換成速度數(shù)據(jù)后，作為比例積分（PI）控制算法的輸入?yún)?shù)。運(yùn)算結(jié)果作為輸出參數(shù)，經(jīng)PLC的模擬量輸出模塊標(biāo)定后，以電流或電壓形成控制各電機(jī)的調(diào)速變頻器。控制算法中，預(yù)拉伸轆速度數(shù)據(jù)V1乘上某個(gè)速比u后（速比可調(diào)），作為目標(biāo)值，使熱拉伸輯的速度數(shù)據(jù)V2跟蹤（V1 加速度計(jì)相關(guān)文章:加速度計(jì)原理