东莞西门子模块代理商电源供应商
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产品描述

产品规格模块式包装说明全新



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1 前言

随着科学技术的发展及制造技术的进步,社会对产品多样化的需求越来越强烈,产品的新换代周期也越来越短,中小批量生产的比重明显增加,从而对制造设备提出了高的要求。为满足市场的需要,要求制造设备具有率、高质量、高柔性及的性能,数控机床作为一种自动化的加工设备而被广泛采用。同时,随着现代机械制造业向高层次的发展,数控机床也必将成为柔制造单元(FMC)、柔制造系统(FMS)以及计算机集成制造系统(CIMS)的基础装备。计算机数控系统作为制造形状复杂、高质量、产品所的基础设备,己成为当今制造技术的一个重要组成部分。

PLC(Programmable Logic Controller)可编程逻辑控制器是20世纪60年代末期逐步发展起来的一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置。PLC作为计算机技术应用于工业控制领域的崭新产品,也是开放式数控系统中不可缺少的重要组成部分。它在处理开关量的控制问题时起着重要作用。现代的数控机床一般可分为机床床体(MT)、NC和PLC三部分。数控机床中NC和PLC协调配合共同完成对数控机床的控制,其中NC主要完成管理调度及轨迹控制等“数字控制”工作,PLC主要完成与逻辑有关的一些动作,如的换、工件的夹紧及冷却液润滑液的开停。PLC技术在各种工业过程控制、生产自动线控制中得到为广泛的应用,成为工业自动化领域中的一项十分重要的应用技术。

在数控机床上有两类控制信息:一类是控制机床进给运动坐标轴的位置信息,如数控机床工作台的前、后、左、右移动;主轴箱的上、下移动和围绕某一直线轴的旋动位移量等。这些控制是用插补计算出的理论位置与实际反馈位置比较后得到的差值,对伺服进给电机进行控制而实现的。这种控制的作用就是保证实现加工零件的轮廓轨迹,除点位加工外,各个轴的运动之间随时随刻都保持严格的比例关系。这类数字信息是由CNC系统(计算机)进行处理的,即“数字控制”。另一类是数控机床运行过程中,以CNC系统内部和机床上各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关量信号的状态为条件,并按照预先规定的逻辑顺序,对诸如主轴的开停、换向,的换,工件的夹紧、松开,液压、冷却、润滑系系统的运行控制。这一类控制信息主要是开关量信号的顺序控制,一般由PLC来完成。

2 精密切割数控机床的功能分析

精密切割数控机床是通过数控系统以数字方式控制的运动以实现对工件的切削,在编写数控车削加工程序时,并不考虑。在加工前,用户将的X轴补偿量、Z轴补偿量、尖圆弧半径、尖形式共四种补偿参数输入数控系统,由数控系统根据程序,进行补偿运算。这四种参数中,尖形式按数控系统的规定予以确认,尖圆弧半径可由R规测量,而的X,Z轴补偿量的测量则相对困难一些,使用自动对仪能很好地解决这个问题,为此,数控机床及加工大多配置了各种不同类型的对装置,如机外对仪、机内光学对仪、接触式自动对装置等。由于车削对一般的数控车床夹持标准化程度不高,因此采用机外对仪的对精度相对较低,而且机外对仪成本较高,操作复杂,需要专门的操作空间,所以实用性较差。而采用机内接触式自动对装置无疑是一种简便、快捷的对方法,它能方便地自动测量的固定补值,大大减少对时间,提高机床的加工效率。所以本文旨在设计一种机内接触式的数控车床,实现数控车削前的精密对,提高生产率,降低加工成本。需要解决的问题主要有以下方面:自动对仪需有的电子测头(传感器),能够准确在触发点触发,有较快的反映时间;对仪的测头与尖刚性接触,需加缓冲装置,对测头表面保护,压力需控制在1~10MPa左右,这样才不会对传感器的测头造成损坏,形成凹坑;系统能利用机床本身的位置测量装置进行测量,通过对不同尖触发点坐标(X,Z)的记录,可以方便地得到一组坐标值,分析计算后便可确定各补值;安装和固定对仪的装置(联接臂)应达到相应精度要求,满足平行度与垂直度要求,且要有较好的刚度和易操作性。

3 精密切割数控机床总体设计

对精密切割的功能,主要需保证切割精度,因此要求对数据机床的主要部件一一传感器的精度得到保证,传感器的作用是感知和检测某一形态的信息,并将其转换成另一形态的信息,将被测量(尖位置这个物理量)按照一定的规律转换成可用输出信号(电流、电压)表示的物理量。 精密切割的数控机床传感器由以下几部分组成:


图 一:数控机床传感器组成

在本文中,传感器的选用应有相当的精度,完成以下功能:1)、实现对X轴和Z轴两个方向的传感,对仪要得到X轴和Z轴的坐标值,使不同在相同的点触发传感器,进而运用机床数控系统的功能再结合编程实现该点坐标值的。实际上传感器要完成的功能是一个开关量,不同的在相同点触发即可。2)、由于偏角的不同,传感器不能做成X轴向和Z轴向相互垂直的两对传感器,这样对Z向坐标的时候,得到的尖点可能不是真实的尖点坐标。

本文采用的是机械式开关传感器,用机械触发的方式得到一个开关量的输出,当尖与传感器触发并行进到预设位置时,电路接通得到触发信号。机械式传感器相对来说精度是差一些,但只要设计合理,也能将误差控制在合理的范围内。另一方面,可自行设计以兼顾偏角的不同和传感器的大小及联接方式。此种传感器简单适用,成本较低,具有很大的市场推广。

4 PLC与数控系统编程

NUM1020/1040数控系统是NUM于1995年开发出的全新数控系统,是紧凑且功能完善的32位数控系统,并且和NUM1060系列系统兼容。它特别适合于1~6轴的数控机床,其硬件特点如下:采用CISC( 大规模集成电路)技术的GSP主板;主板上连接可插接(分离的)小模板,由于考虑到数控系统和系统外部的联系,NUM把和外界联系的功能模块制造成可插接小模块,便于用户将来的维护。具体分为轴模块、显示模块和通讯模块;NUM1020/1040采用+24VDC为其电源输入,由于数控系统是弱电电路,采用+24VDC为电源输入,可以大大降低其热源和不稳定因素的影响。用户可以把+24VDC稳压电源放在电气柜内,大大提高了整个数控系统的性;PLC功能的内部集成,PLC功能的内部集成化,提高了PLC和CNC的内部通讯能力,增强了数控机床的逻辑控制;PLC的32输入和24输出模块,NUM的32输入和24输出模块可以和外围的电路相连接,而这种模块通过NUM提供的电缆和NUM数控系统连接,提高了整个机床的性。(如果有问题,只能损坏这种模块,不会对数控系统造成损坏);光纤技术的通讯,PLC输入输出点的扩展,通过光纤进行连接,简化了线路的连接;轴转接模块,机床的编码器和到伺服的线路可以直接联到此模块上,并通过它和数控系统的轴板进行连接,提高了数控系统的性。另外,NU M的轴连接和其它数控系统不同,NUM的轴模块连接此轴的所有信息(如编码器、速度信号、回零开关)。如果机床的轴有问题,可以直接把轴模块上的插头相对换,就能很快地查出问题所在(系统内部或外部);轻巧实用的紧凑型操作面板。其上显示器和计算机的CRT有可兼容性,与NC相通的功能键共有47个,有6个用户自由定义键及串行通讯接口,可以连接PC的键盘(直接插拔)。

按照设计要求,当传感器检测到信号时,数控系统的程序并未监控,此时是不能记录尖坐标值进行数据处理的。先使进给电机停下来,等候操作者发出指令,然后进行下一步的操作。所以应该通过PLC的控制来实现这一功能,将Q001.0和Q001.1两个端子分别与两两个进给电机相连,实现单控制。其次,传感器共有四个测头,但对进给电机的控制都是一样的:任何一个传感器得到信号都使相应的电机同时停下来,然后进行相应的数据处理。

数控机床的传感器得信号后通过接口电路传给PLC,PLC将得到的信号通过交换区与CNC进行数据的传输,CNC将信息运算处理后再传递到PLC中,PLC控制X向电机和Z向电机运动。数控系统与传感器的接口电路如图2所示:

如图所示为PLC的接线示意图,将%I001.0、%I001.1、%I001.2、%I001.3 四个输入口分别与四个传感器相连,然后再与COM口连接。传感器得到信号后,相当于开关闭合,由原先的+24VDC电压跳变为零,从而给PLC的相应的输入端口一个信号。输出口%Q001.0控制X方向进给电机的使能,%Q001.1控制Y方向进给电机的使能。


图 二 :数控机床接口电路

NUM1060CNC是一种多功能、多处理器的系统,它提供与数控机床连接的各种自动控制功能。用梯形图语言编制的自动控制功能包括安装在机床上的传感器和执行机械以及与CNC的数据交换。自动控制功能设置在处理单元之中,它包括一块或多块功能卡,CNC通过它们实现图形显示,自动控制和信息存储功能。CPU与系统的数据交换可以分为二种类型:通过交换区的通讯和通过协议的通讯。

自动控制功能由一个监督程序进行管理,它包括处理初始化,将输入/输出点分配到不同的框架以及输人输出接口和监视器的管理等多种基本任务。监控程序与用户程序一起对系统进行整体的监督管理。用户程序是在监督程序控制下受一个20ms周期的实时时钟(RTC)支配循环运行的。

机床处理器的存储器空间安排如下:

(1) 有备份功能(掉电保持)的32K静态RAM。
(2) 在电源接通是复位(清零)的32K动态RAM。
(3) 机床处理器(1MB V1)的用户程序使用的180KB动态RAM。
(4) 机床处理器(4MB V1)的用户程序使用的2.5MB动态RAM。
(5) 机床处理器(4MB V2)的用户程序使用的3.5MB动态RAM。
(6) UCSII模块上的用户程序使用的64KB动态RAM。

自动控制功能如下:

(1) 对DACs(12位)直接存取。
(2) 对ADCs和输入/输出点间接读和写存取,这种存取是经由虚拟存储空间(每20ms刷新)实现的。

5 点总结

本文的点是针对数控车床对切割中,对时间长、精度差这一问题,设计了精密切割数控车床,通过对尖位置的捕捉运用NUM数控系统自身的测量装置得到了尖点的坐标,经过计算将不同相对于标准的位置偏差得出并再存入数控系统,实现了自动对,有效地提高了对的效率和精度,具有可推广性。可为生产效率的提高,制造成本的降低起到积的作用。


在风力发电系统中,变桨距控制技术关系到风力发电机组的运行,影响风力机的使用寿命,通过控制桨距角使输出功率平稳、减小转矩振荡、减小机舱振荡,不但优化了输出功率,而且有效的降低的噪音,稳定发电机的输出功率,改善桨叶和整机的受力状况。变桨距风力发电机比定桨距风力发电机具有好的风能捕捉特性,现代的大型风力发电机大多采用变桨距控制。本文针对国外某风电公司液压变桨距风力机,采用可编程控制器(PLC)作为风力发电机的变桨距控制器。这种变桨控制器具有控制方式灵活,编程简单,抗干扰能力强等特点。本文介绍了液压变桨距系统的工作原理,设计了变桨控制器的软件系统。后在国外某风电公司风力发电机组上做了实验,验证了将该变桨距控制器可以在变桨距风力机上、稳定运行的。

随着风电技术的不断成熟与发展,变桨距风力发电机的优越性显得加:既能提高风力机运行的性,又能保证高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线。采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻,使整机的受力状况大为改善,使风电机组有可能在不同风速下始终保持转换效率,使输出功率大,从而提高系统性能。随着风电机组功率等级的增加,采用变桨距技术已是。目前变桨执行机构主要有两种:液压变桨距和电动变桨距,按其控制方式可分为统一变桨和立变桨两种。在统一变桨基础上发展起来的立变桨距技术,每支叶片根据自己的控制规律立地变化桨距角,可以有效解决桨叶和塔架等部件的载荷不均匀问题,具有结构紧凑简单、易于施加各种控制、性高等优势,越来越受到风电市场的欢迎。

在变桨距系统中需要具有高性的控制器,本文中采用了OMRON公司的CJ1M系列可编程控制器作为变桨距系统的控制器,并设计了PLC软件程序,在国外某风电公司风力发电机组上作了实验。

变桨距风力机及其控制方式

变桨距调速是现代风力发电机主要的调速方式之一,如图1所示为变桨距风力发电机的简图。调速装置通过增大桨距角的方式减小由于风速增大使叶轮转速加快的趋势。当风速增大时,变桨距液压缸动作,推动叶片向桨距角增大的方向转动使叶片吸收的风能减少,维持风轮运转在额定转速范围内。当风速减小时,实行相反操作,实现风轮吸收的功率能基本保持恒定。液压控制系统具有传动力矩大、重量轻、刚度大、定位、液压执行机构动态响应速度快等优点,能够保证加、准确地把叶片调节至预定节距。目前国内生产和运行的大型风力发电机的变距装置大多采用液压系统作为动力系统。


图1 变桨距风力发电机简图

如图2所示为变桨距控制器的原理框图。在发动机并入电网之前由速度控制器根据发动机的转速反馈信号进行变桨距控制,根据转速及风速信号来确定桨叶处于待机或顺桨位置;发动机并入电网之后,功率控制器起作用,功率调节器通常采用PI(或PID)控制,功率误差信号经过PI运算后得到桨距角位置。


图2 变桨距风力机控制框图

当风力机在停机状态时,桨距角处于90°的位置,这时气流对桨叶不产生转矩;当风力机由停机状态变为运行状态时,桨距角由90°以一定速度(约1°/s)减小到待机角度(本系统中为15°);若风速达到并网风速,桨距角继续减小到3°(桨距角在3°左右时具有风能吸收系数);发电机并上电网后,当风速小于额定风速时,使桨距角保持在3°不变;当风速额定风速时,根据功率反馈信号,控制器向比例阀输出-10V-+10V电压,控制比例阀输出流量的方向和大小。变桨距液压缸按比例阀输出的和方向来操纵叶片的桨距角,使输出功率维持在额定功率附近。若出现故障或有停机命令时,控制器将输出顺桨命令,使得风力机能快速停机,顺桨速度可达20°/s。

变桨控制器的设计

◆系统的硬件构成

本文实验中采用国外某风电公司风力发电机组作为实验对象,其额定功率550KW,采用液压变桨系统,液压变桨系统原理图如图3所示。从图3中可以看出,通过改变液压比例阀的电压可以改变进桨或退桨速度,在风力机出现故障或紧急停机时,可控制电磁阀J-B闭合、J-A和J-C打开,使储压罐1中的液压油进入变桨缸,推动桨叶达到顺桨位置(90°)。


图3 液压变桨距控制系统原理图

本系统中采用OMRON公司的CJ1M系列PLC。发电机的功率信号由高速功率变送器以模拟量的形式(0~10V对应功率0~800KW)输入到PLC,桨距角反馈信号(0~10V对应桨距角0~90°)以模拟量的形式输入到PLC的模拟输入单元;液压传感器1、2也要以模拟量的形式输入。在这里选用了4路模拟量的输入单元CJ1W-AD041;模拟量输出单元选用CJ1W-DA021,输出信号为-10V~+10V,将信号输出到比例阀来控制进桨或退桨速度;为了测量发电机的转速,选用高速计数单元CJW-CT021,发电机的转速是通过与发电机相连的光电码盘,每转输出10个脉冲,输入给计数单元CJW-CT021。

◆系统的软件设计

本系统的主要功能都是由PLC来实现的,当满足风力机起动条件时,PLC发出指令使叶片桨距角从90°匀速减小 ;当发电机并网后PLC根据反馈的功率进行功率调节,在额定风速之下保持较高的风能吸收系数,通过调整桨距角使输出功率保持在额定功率上。在有故障停机或急停信号时,PLC控制电磁阀J-A和J-C打开,J-B关闭,使得叶片变到桨距角为90°的位置。

风力机起动时变桨控制程序流程如图4所示。当风速起动风速时PLC通过模拟输出单元向比例阀输出1.8V电压,使叶片以0.9°/s的速度变化到15°。此时,若发电机的转速大于800r/min或者转速持续一分钟大于700r/min,则桨叶继续进桨到3°位置。PLC到高速计数单元的转速信号大于1000r/min时发出并网指令。若桨距角在到达3°后2分钟未并网则由模拟输出单元给比例阀输出-4.1V电压,使桨距角退到15°位置。


图4 风力机起动变桨控制程序流图

发电机并上电网后通过调节桨距角来调节发电机输出功率,功率调节程序流程图如图5所示。当实际功率大于额定功率时,PLC的模拟输出单元CJ1W-DA021输出与功率偏差成比例的电压信号,并采用LMT指令使输出电压限制在-4.1V(对应变桨速度4.6°/s)以内。当功率偏差小于零时需要进桨来增大功率,进桨时给比例阀输出的大电压为1.8V(对应变桨速度0.9°/s)。为了防止频繁的往复变桨,在功率偏差在±10kW时不进行变桨。


图5 变桨调功程序流程图

在变桨距控制系统中,高风速段的变桨距调节功率是非常重要的部分,若退桨速度过慢则会出现过功率或过电流现象,甚至会烧毁发电机;若桨距调节速度过快,不但会出现过调节现象,使输出功率波动较大,而且会缩短变桨缸和变桨轴承的使用寿命。会影响发电机的输出功率,使发电量降低。在本系统中在过功率退桨和欠功率进桨时采用不同的变桨速度。退桨速度较进桨速度大,这样可以防止在大的阵风时出现发电机功率过高现象。


系统主要配置如下:

● 主控制器:Q00CPU:速度和牵伸比给定,通过I/O模块,现场各机台急停,限位等开关量及模拟量信号,完成连锁控制及报警功能。
● 输入模块:QX40:完成现场的开关量控制采集,
● 输出模块:QY10:完成开关量输出。
● 模块量输入:Q64AD:以完成现场的模拟量检测。
● 串行通讯模块:QJ71C24N-R4:构成变频器通迅链路。
● 传动驱动单元:艾默生公司的EV2000系列变频器。

鉴于篇幅的原因,本文主要描述系统控制的关键设计和实现,即保证导丝、一牵、二牵、三牵、卷曲五台电机的速度同步。客户基于成本的因素,传动驱动单元选用艾默生公司的EV2000系列变频器,并要求主控制器和其构成一个以RS485为通讯介质的低速廉价通讯链路。尽管导丝、一牵、二牵、三牵、卷曲5台变频器采用共用直流母线运行方式,并安装增量式编码器构成转速闭环以提高速度精度,卷曲机变频器还外加张力传感器以稳定控制拉伸张力,提高纤维质量,但是在设备起停过程特别是在运行过程中调整运行速度和牵伸比等工艺参数时低速通讯链路的实时性的问题就表现出来了。

在设计上,虽然一个通讯模块可以组成485网络,但因为通信量很大,我们实时发送电机的速度指令及起停信息,同时还要不断读取变频器的工作电压、电流、频率等参数,所以如果采用一块模块的话,通信周期将增大,也就达不到实时的作用。所以我们选用两块485通讯模块,即四个通讯口同时对一牵、二牵、三牵、卷曲四台变频进行通讯,而导丝和一牵共用一个通讯口,在下一周期通讯。考虑到通讯协议帧长度长为18个字节,在19200Bit/s传输速率下,各速度指令响应的大时差为20ms左右,当大车速为200M/Min时,尽管导丝略有滞后,但在工艺上是可以接受的。该方案可以有效地解决速度指令的同步能力,实现开车起步和停车过程中按指令同步升降速以及运行中速度调整时五台电机速度的同步和纤维拉伸张力的均匀。

4.调试情况和体会

在实际调试过程中,系统基本符合我们预想。但在通讯调试中,我们发现Q系列PLC在搭载多通讯模块系统时,通讯的稳定性和PLC的扫描周期的长短有关。随着功能的不断增强,程序的不断完善,扫描周期也随之加大,当大扫描周期大于25ms时,通讯开始有不稳定现象出现。

现象:我们用QJ71C24的通讯指令来接受通讯数据,当扫描周期大于25ms时,在同时通讯的4个口中,排在程序的后一个口偶尔会有通讯错误,当接受标志位已跳变为ON,表示数据已接受完毕,但接受数据区中却无数据。我们对同时通讯的四个口的程序次序颠倒过来发现情况依旧,错误只发生在次序排在后的一个口。

分析原因:我们认为是通讯时序出现了问题,系统接受标志位的跳变和系统数据的传递不同步,即系统内部通讯标志建立时,通讯缓冲区的数据尚未来得及传送完毕。故我们判断扫描周期延长会影响系统通讯的时序。 解决办法:精简程序来缩短扫描周期或换高速PLC 。但由于本系统程序量较大,后为了保证系统的性我们将CPU从Q00换为Q02,提高了系统处理速度,把扫描周期降低至10ms以下,问题得以解决。

5.用户的反馈

本系统已正常投产三个多月,目前系统运行非常稳定、,技术指标达到了设计效果。 (end)


1 前言

煤矿胶带机系统运行与否直接影响矿井的经济效益。为提高系统的性和性,实施集中监控,实现系统的综合保护和集中监控,是十分必要的。

唐山开诚电器有限责任公司生产的智能皮带机集中控制与监测系统是应用于矿山皮带运输自动化的高科技产品,本系统是以《煤矿规程》为依据,总结矿山运输过程中所出现的事故,本着性高、实用性强、具有性的特点而研制开发的新一代综合控制系统。

系统与调度电话系统、工业电视系统一起,构成一个完整的操作、调度、监视网络,实现对整个系统的遥测、遥信、遥控。该系统可实现提高生产效率、降低事故率,减少故障处理时间、减少现场操作人员、提高经济效益。

§2 系统的描述

目前,PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场,为各种各样的自动化控制设备提供了非常的控制应用。其主要原因,在于它能够为自动化控制应用提供和比较完善的解决方案,适合于当前工业企业对自动化的需要。

在工业计算机控制领域,围绕开放式过程控制系统、开放式过程控制软件、开放式数据通信协议,已经发生变革。随着PLC(SoftPLC)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展,安装有SoftPLC组态软件和基于工业PC过程控制系统正在逐步得到发展。对于控制软件来讲,是PLC控制器的,向工业用户提供开放式的编程组态工具软件。此外,开放式通信网络技术也得到了突破,其结果是将PLC融入加开放的工业自动化控制。

本系统采用全分布式控制结构。由井下控制站和综合操作台构成。综合操作位于地面控制室。系统采用日本菱电公司的 AnS和FX系列PLC,控制主站与控制分站之间采用菱电开放的网络总线结构CC-bbbb,控制分站与传感器之间采用距阵结构联接,控制主站与综合操作台的监控上位机之间通过CC-bbbb总线网络联接。控制分站负责现场设备的数据采集和控制,通过监控,可对整个系统的设备进行监视和集中控制。

可编程计算机控制器,简称PCC(programmable computer controller),作为一个全新的概念于90年代中期在工控界提出,它是一种不同于可编程逻辑控制器PLC(program logic controller)及工业控制机IPC(industry personal computer)的新一代可编程计算机控制器,代表了当今工业控制技术的发展趋势。

PCC是在PLC的基础上发展起来的,它不但吸取了PLC的全点和IPC的长处,而且它自身的优势非常明显。PCC中采用了分时多任务操作系统,这样编程者可以十分灵活地利用操作系统调度管理整个系统,摆脱了PLC中单个程序对硬件的依赖,这对整个系统的运行,维护都有重要的意义。PCC模式比IPC模式同样具有优势,虽然IPC功能强大,界面友好,但IPC模式开发周期长、现场布线不够灵活、安装体积大和扩展性差,而且IPC模式主要是通过接口板转换各种信号,干扰也是一个很大的问题。

PCC中集成了PLC、IPC和大型计算机的各自优点,为工控界提供了高水平的控制平台。设计时能提供面向工业的化、标准化并符合软件及硬件的模块化的设计,PCC能够方便地处理设计中开关量、模拟量,能够灵活地进行回路调节,而且能够使用语言编程。PCC技术,在世界上以奥地利大的跨国公司贝加莱(B&R)作为代表,在其产品中已经成功地应用了PCC技术。其他跨国大公司,如西门子(SIEMENS)、通用电气(GE)、欧姆龙(OMRON)等,近也提出将在其新产品中发展、跟踪PCC技术。(end)

摘要:本文介绍了三台电机同步控制的几种方案,分析了 PLC及变频器在悬挂输送链电机同步控制中的应用。由于使用了位置与速度双闭环控制及触摸屏显示,系统具有、功能完善、操作简便等优点,了良好的经济效益。
关键词: “同步控制” 、“ 悬挂输送链”、“可编程控制器PLC”、“变频器”、“触摸屏POD”。

一、前言:

悬挂链输送线是根据用户合理的工艺线路,以理想的速度实现车间内部、车间与车间之间连续输送物品达到自动化、半自动化流水线作业的理想设备。可在三维空间作任意布置,能起到空中储存作用,节省地面使用场地,悬挂输送链以其输送距离远,运行速度范围大和转弯、爬越、布置灵活等优点而广泛应用于喷涂、烘干、表面清洗、电镀、装配和产品传输等领域。

链条是输送机链的牵引部件,普通悬挂输送链有两种型式的链条,即模锻可拆链和冲压可拆链,以上两种形式链条除了作直线运动外,均能在水平方向、垂直方向任意回转, 相比之下, 模锻可拆链的吊挂能力较大。在输送链较长,并且重载和爬越高度大、转弯多等情况下,一般都分成几个部分,由二台或三台或者多电机分别驱动。

在输送链分成几个部分时,在每一部分都有1对张紧伸缩节(正常时约7至10厘米长),如这一部分的链条的速度小于其它部分的速度,张紧伸缩节的距离会被压缩,如距离被压缩完后链条会在某一点发生堆积产生冗余进而造成输送链停车,反之,如这一部分的链条的速度大于其它部分的速度,它的距离会增大,如过一定程度甚至链条会被拉断。因此,要保证输送链能正常工作,每一部分输送链的移动速度相同,也就是同步,否则各个电机在所承担的负荷畸轻畸重情况下速度差异很大,设备无法正常运行。

前不久,我们承接了这样一条输送链(模锻可拆链)驱动的设计制作,在这里谈一下PLC、变频器及POD触摸屏在悬挂输送链电机同步控制中的应用。

二、 任务要求:

1.输送链长度560米,运行速度6米/分.工作时间一星期七天,每天16小时, 工作环境温度0-40度。大吊挂重量100千克/80厘米, 整线大吊挂重量70吨。

2.输送链整线分成3个部分,由三台功率为3KW的电机分别驱动,要求3个部分的输送链要同步运行。

三、同步控制方案与论证

(一)方案

1.简单的把要控制的三个电机的功率加起来乘一个1.2到1.5之间的系数,以此数值选一变频器,用这一台变频器直接驱动三台电机。

2.用市面有售的同步控制器,用同步控制器发速度指令给三台变频器,每台变频器驱动一台电机。

3.用三台变频器,在一号电机上加PG卡及编码器(增量式A、B相,PC、12/15v 1024p/r),以1#电机为主电机,2#、3#电机以1#电机速度为基准;方向指令同时加到三台变频器。1#电机矢量控制方式闭环运行,2#电机、3#电机开环v/f控制加转差补偿。

4. 用三台变频器,在每个电机上加PG卡及编码器(规格同上),1#电机为主电机,2#、3#电机以1#电机速度、转矩为基准;方向指令同时加到三台变频器。1#电机以速度控制方式闭环运行,2#电机、3#电机以转矩控制方式闭环运行。

5.用PLC控制,控制转速的指令由PLC的DA转换模块以直流0-10V形式向驱动电机的变频器发出,在每一个电机用编码器或测速齿轮加接近开关测量其实际转速并反馈给PLC,以电机实际转速为基准, PLC根据测量到的2#电机、3#电机的实际转速经运算处理后向控制2#电机和3#电机的变频器发出修正指令,保3台电机实际转速趋于一致。

(二)分析:

在实际运行中输送链负载的变化是很大的,, 因为在输送链中存在转弯、高度升降,即使在输送链在空载时三个电机的负载也不是相等的,在生产过程中变化大,尤其是在开始生产也就是向空线吊挂工件时(此时1#电机负载大于2#电机、而2#电机负载大于3#电机)以及生产结束开始也就是向输送链不挂只卸工件时(此时3#电机负载大于2#电机、而2#电机负载大于1#电机)及在换品种(新工件与老工件重量有差异)也会发生以上的情况。

(三)论证

种方法和二种方法均是开环控制。种方法只适用于各电机负载相同和同步要求不太高的场合,二种方法实际上只是把同一个速度给定信号简单复制几份或者按比例复制几份加到相应变频器上,它只适用于各电机负载相同或各电机负载不相同但负载不变而且同步要求不太高的场合。

三种方法是半闭环控制,控制精度好于前两种,但也只适用于各电机负载相同或各电机负载不相同但负载不变而且同步要求不太高的场合。

四种控制方式和五种控制方式均是闭环控制,都能满足控制要求。比较起来,四种控制方式以控制转矩为主,追求各电机转矩及速度同步,同步精度高一些,但配置价格较高;五种控制方式以控制各电机速度为主,同步精度稍差一些,但配置价格较经济,因此,我们在经反复比较和考虑后决定采用五种控制方式。

由于560米长的悬挂输送链是由1000多节40厘米长的链条联接而成,在吊挂工件后链条会有一些伸长,在悬挂输送链有两段温度高达摄氏150度以上,还有几段凉水喷淋或强迫风冷的地方,温度因数也会造成链条伸长或收缩,由于链条节数较多,即使每节微小长度的变化累积起来也会使三台实际转速同步的电机驱动的三部分链条的移动速度不相同。为此,对同步控制作一些修正,我们在每一个张紧伸缩节处安装了四个接近(限位)开关(稍,很快, 稍慢,很慢),PLC根据每一个张紧伸缩节处的开关接通状况发出相应的修正指令。严格地说三电机同步实际上也不是同步,只是三电机趋向同步,是一个差异调整再差异再调整的过程。

四、硬件配置:

1. 变频器选择:考虑到台达M系列变频器具有较好的性能价格比,对环境适应能力强,性较高,并且也考虑变频器长期运行,其功率应留有一定的余量,决定采用台达VFD037M43B,其输入电压为三相380V,输出功率为3.7千瓦。

2. PLC选择:为了实时监测和控制三台电机的转速,PLC有三路高速计数输入(同时占用3个输入点)和模拟量输出,“自动运行”、“停止” 占用2个输入点,三段输送链张紧伸缩节位置指示占用15个输入点, 三台变频器报警要占用3个输入点,三台变频器使能控制及报警输出要占用5个输出点,因此PLC具有3点或3点以上的高速计数输入通道,具有23个以上的输入点和五个输出点,台达EH系列PLC具有较高的性能价格比,它采用CPU+ASIC(高速运算处理晶片)双处理器,分工运算处理技术,基本指令速度可达0.24微秒,有四组计数频率可达200Khz的高速计数器,可带8个扩展模块,功能强,能满足要求, 后采用的是台达EH系列PLC的DVP20EH00R+DVP08H11N+ DVP08H11N+DVP04DA-H,其输入点为28点,输出点为8点,有四路模拟量输出。输入和输出点的分配见下表。

五、系统实现的功能

当把“自动运行”按钮按下时,三个电机同时启动,输送链开始移动,为了减少冲击力,电机缓慢起动后,先在低速运行3秒,然后加速至设定速度运行。在运行过程中,开始时,PLC的模拟量输出单元给每个控制电机的变频器的速度指令是相同的,之后,PLC每0.5秒对三个电机采集一次实际转速数据,以台为基准对其他两台电机转速进行比较,算出差额,经CPU处理后,再向控制二台和三台电机的变频器发出修正后的速度指令,使其的速度与台的速度趋于一致。

PLC在某一部分的“稍快”开关接通时,即将相应的电机的转速以设定转速为基准增加3%,如果这个信号未消失,那么以后每0.5秒将相应的电机转速增加1%;PLC在某一部分的“很快”开关接通时,即将相应的电机转速以设定转速为基准增加9%,如果这个信号未消失,那么以后每0.5秒将相应的电机转速增加3%,直至信号消失。反之,PLC在某一部分的“稍慢”开关接通时,即将相应的电机转速以设定转速为基准减少3%,如果这个信号未消失,那么以后每0.5秒将相应的电机转速减少1%;PLC在某一部分的“很慢”开关接通时,即将相应的电机转速以设定转速为基准减少9%,如果这个信号未消失,那么以后每0.5秒将相应的电机转速减少3%,直至信号消失。

悬挂输送链的几个部分速度不同步或由于机械原因造成链条滑轮卡死会造成张紧伸缩节处拉伸或压缩过度,从而引起机械故障,为此,我们在每一个张紧伸缩节处安装了一个限位开关,它可在张紧伸缩节处拉伸或压缩达到一定程度时停止整线的运行,另外,如果三台变频器的一台报警,整线的运行也将停止,这样可有效地避免引起机械故障。

输送链在非正常情况下(指输送链只有半条线挂工件时)停车,此时由于严重受力不均,有的部分链条会被拉伸,有的则被压缩, 使张紧伸缩节处于报警状态,笔者见过的同类型的悬挂输送链碰到此类情况是靠人工干预后才能重新起动。我在程序中编了一个子程序,识别报警是否在运行中发生,如是,则需在人工干预查出故障后才能重新起动,如不是,则PLC根据得到张紧伸缩节处的状况指示,先调整各个电机的启动次序和转速,报警,再转入正常运行,这样一来既保证了设备的运行,又避免了设备无故停产。

在触摸屏上可设定电机的转速(只有特定人员可进行此操作),如不重新设定,每次开机时执行上次已设定的转速。在触摸屏上可显示每个电机的实际转速,显示每一个张紧伸缩节处的状况(正常,稍,很快, 稍慢,很慢),显示报警状况并提示检修部位。

六、结语:

台达PLC及变频器和触摸屏在悬挂输送链电机同步控制的应用使涂装生产线、持久、平稳、地运转,产生了良好的经济效益,受到了广泛的。




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