Profibus-DP總線技術在同步控制系統(tǒng)中的應用

　　Profibus總線控制技術及網絡同步控制是自動化領域的重要控制技術。Profibus-DP是一種堅固耐用、功能強大、開放性好的通訊總線．主要用于與現(xiàn)場設備的連接并快速、循環(huán)交換數據。多電動機同步網絡運動控制是指多個軸之間的運動協(xié)調控制．主要應用在需要有電子齒輪箱和電子凸輪功能的控制系統(tǒng)中。目前，許多工業(yè)生產領域同時涉及到Profibus總線和多電動機同步控制。本文將Profibus-DP總線運用于數控橫剪生產線，解決粗矯、圓盤剪和精矯機同步問題。提高系統(tǒng)的自動化程度和控制精度。

1 多電機同步網絡運動控制原理

　　1.1 多電機同步控制原理

　　同步運動控制是指多個軸之間的運動協(xié)調控制。其控制器控制算法常采用自適應前饋控制．通過自動調節(jié)控制量的幅值和相位。保證在輸入端加一個與干擾幅值相等、相位相反的控制作用。以抑制周期干擾，保證系統(tǒng)同步控制。對于多電機同步控制系統(tǒng)．要實現(xiàn)電機轉速跟隨，當受到擾動的電機轉速變化時。其他電機轉速隨該電機的轉速變化而變化，在系統(tǒng)受到擾動后的初始狀態(tài)，電機之間的轉速趨于同步，即應盡快消除轉速偏差；當電機之間的轉速趨于同步時。要盡量減小轉速發(fā)生超調。因此，對于多電機同步系統(tǒng)需通過同步控制使各受控量的控制過程相互協(xié)調配合，使各變量之間保持協(xié)調．從而使整個系統(tǒng)達到技術合理、經濟合算的協(xié)調工作狀態(tài)。目前使用的同步控制方法主要有：基于同一給定電壓的并聯(lián)運行方法、基于同一給定電壓的串聯(lián)運行方法、基于補償原理的控制方法以及基于現(xiàn)代控制理論的控制方法。本文采用基于同一給定電壓的并聯(lián)運行方法，其工作原理如圖1所示。

圖1基于同一給定電壓并聯(lián)運行同步控制

　　1.2 Profibus總線控制技術

　　Profibus現(xiàn)場總線是安裝在生產過程區(qū)域的現(xiàn)場設備、儀表與控制室內的自動控制裝置、系統(tǒng)之間的一種串行數字化、多點通訊的數據總線．根據應用特點分為Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA 3個兼容版本。其中，Profibus-DP是一種高速、經濟的設備級網絡．它主要用于現(xiàn)場控制器與分散I／O之間的通信離．滿足交直流調速系統(tǒng)快速響應的時間要求。標準現(xiàn)場總線Profibus-DP的硬件由主設備、從設備、網絡網路等3部分組成。其中主設備用以控制總線數據傳輸．且在無提供外部請求時發(fā)送信息和被授權可訪問總線。從設

　　備是相對于主設備而言較為筒單的外部設備，未被授權訪問總線；網絡網路如傳輸介質和網絡鏈接器，前者采用屏蔽雙絞電纜構成電氣網絡．采用塑料或玻璃纖維光纜構成的光纖網絡?；蚧趦煞N媒介之間由OLM轉換構成混合網絡；后者采用RS-485總線連接器、RS-485總線終端、RS-485中繼器、光鏈路模塊OLM等研。

2 多電機同步控制系統(tǒng)

　　數控橫剪生產線采用v1=v2=v3，同步關系，其控制系統(tǒng)組成通訊網絡：Profibus-DP；1個主站，主要設備PLC；10個從站，設備分別為2個觸摸屏、4個調速器、4個PLC遠程I／O端。整個控制系統(tǒng)由12個子系統(tǒng)組成。同步傳動子系統(tǒng)結構如圖2所示。

圖2同步控制系統(tǒng)結構

　　同步傳動子系統(tǒng)根據生產工藝要求，粗矯、圓盤剪和精矯機由3組4臺電動機共同拖到同一鋼板．要求4臺電動機是在線速度同步條件下運行。由于租矯、圓盤剪和精矯機3組系統(tǒng)與鋼板接觸的輥徑不同，要求的力矩也不同．所以各組的轉速比和電動機容量都不同。對實現(xiàn)同步運行的技術水平和技巧性要求較高。系統(tǒng)分為厚板(大于8 mm)和薄板2種模式。在厚板模式下，粗矯機與圓盤剪都跟隨精矯機，要求三者完全同步；在薄板模式下，只要求粗矯機與圓盤剪完全同步。以厚板模式為例，當粗矯機、圓盤剪及精矯機線速度相同時，其對應轉速比為：

　　在實際操作時。在觸摸屏上將粗矯機、圓盤剪和精矯機設置為同一給定速度．需要在調速器中對給定參數乘以同步系數詹，在此以圓盤剪作為標準(因為圓盤剪沒有高低速切換)。由于粗矯機、圓盤剪和精矯機由3組4臺電動機功率不同，此輪轉速比不同，輥徑不同．阻力力矩不同，存在多變量耦合問題。帶來電動機啟動和停止時的不同步。功率小的電動機慣性小，啟動、停止都快。而功率大的電動機啟動、停止都慢，即功率小的南、北圓盤剪電動機啟停都快，功率大的精矯輥電動機啟停都慢．對此可通過調整調節(jié)器的上升時間和下降時間來解決。