一、前言：

　　懸掛鏈輸送線是根據(jù)用戶合理的工藝線路，以理想的速度實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)部、車間與車間之間連續(xù)輸送物品達(dá)到自動(dòng)化、半自動(dòng)化流水線作業(yè)的理想設(shè)備。可在三維空間作任意布置，能起到空中儲(chǔ)存作用，節(jié)省地面使用場(chǎng)地，懸掛輸送鏈以其輸送距離遠(yuǎn),運(yùn)行速度范圍大和轉(zhuǎn)彎、爬越、布置靈活等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于噴涂、烘干、表面清洗、電鍍、裝配和產(chǎn)品傳輸轉(zhuǎn)運(yùn)等領(lǐng)域.

　　鏈條是輸送機(jī)鏈的牽引部件，普通懸掛輸送鏈有兩種型式的鏈條，即模鍛可拆鏈和沖壓可拆鏈，以上兩種形式鏈條除了作直線運(yùn)動(dòng)外，均能在水平方向、垂直方向任意回轉(zhuǎn), 相比之下, 模鍛可拆鏈的吊掛能力較大。在輸送鏈較長，并且重載和爬越高度大、轉(zhuǎn)彎多等情況下,一般都分成幾個(gè)部分，由二臺(tái)或三臺(tái)或者更多電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)。

　　在輸送鏈分成幾個(gè)部分時(shí)，在每一部分都有1對(duì)張緊伸縮節(jié)（正常時(shí)約7至10厘米長），如這一部分的鏈條的速度小于其它部分的速度，張緊伸縮節(jié)的距離會(huì)被壓縮，如距離被壓縮完后鏈條會(huì)在某一點(diǎn)發(fā)生堆積產(chǎn)生冗余進(jìn)而造成輸送鏈停車，反之，如這一部分的鏈條的速度大于其它部分的速度，它的距離會(huì)增大，如超過一定程度甚至鏈條會(huì)被拉斷。因此，要保證輸送鏈能正常工作，每一部分輸送鏈的移動(dòng)速度必須相同,也就是同步,否則各個(gè)電機(jī)在所承擔(dān)的負(fù)荷畸輕畸重情況下速度差異很大,設(shè)備無法正常運(yùn)行。

　　前不久,我們承接了這樣一條輸送鏈（模鍛可拆鏈）驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)制作,在這里談一下PLC、變頻器及POD觸摸屏在懸掛輸送鏈電機(jī)同步控制中的應(yīng)用。

二、任務(wù)要求:

　　1.輸送鏈長度560米,比較高運(yùn)行速度6米/分.工作時(shí)間一星期七天,每天16小時(shí), 工作環(huán)境溫度0-40度。比較大吊掛重量100千克/80厘米, 整線比較大吊掛重量70噸。

　　2.輸送鏈整線分成3個(gè)部分,由三臺(tái)功率為3KW的電機(jī)分別驅(qū)動(dòng),要求3個(gè)部分的輸送鏈要同步運(yùn)行。

三、同步控制方案與論證

　　（一）方案

　　1.簡單的把要控制的三個(gè)電機(jī)的功率加起來乘一個(gè)1.2到1.5之間的系數(shù)，以此數(shù)值選一變頻器，用這一臺(tái)變頻器直接驅(qū)動(dòng)三臺(tái)電機(jī)。

　　2.用市面有售的同步控制器，用同步控制器發(fā)速度指令給三臺(tái)變頻器，每臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)。

　　3.用三臺(tái)變頻器，在一號(hào)電機(jī)上加PG卡及編碼器（增量式A、B相，PC、12/15v 1024p/r），

　　以1#電機(jī)為主電機(jī)，2#、3#電機(jī)以1#電機(jī)速度為基準(zhǔn);方向指令同時(shí)加到三臺(tái)變頻器。1#電機(jī)矢量控制方式閉環(huán)運(yùn)行，2#電機(jī)、3#電機(jī)開環(huán)v/f控制加轉(zhuǎn)差補(bǔ)償。

　　4. 用三臺(tái)變頻器，在每個(gè)電機(jī)上加PG卡及編碼器（規(guī)格同上），1#電機(jī)為主電機(jī)，2#、3#電機(jī)以1#電機(jī)速度、轉(zhuǎn)矩為基準(zhǔn);方向指令同時(shí)加到三臺(tái)變頻器。1#電機(jī)以速度控制方式閉環(huán)運(yùn)行，2#電機(jī)、3#電機(jī)以轉(zhuǎn)矩控制方式閉環(huán)運(yùn)行。

　　5.用PLC控制，控制轉(zhuǎn)速的指令由PLC的DA轉(zhuǎn)換模塊以直流0-10V形式向驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器發(fā)出，在每一個(gè)電機(jī)用編碼器或測(cè)速齒輪加接近開關(guān)測(cè)量其實(shí)際轉(zhuǎn)速并反饋給PLC，以第一電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)， PLC根據(jù)測(cè)量到的2#電機(jī)、3#電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速經(jīng)運(yùn)算處理后向控制2#電機(jī)和3#電機(jī)的變頻器發(fā)出修正指令，保證3臺(tái)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速趨于一致。

　　（二）分析：

　　在實(shí)際運(yùn)行中輸送鏈負(fù)載的變化是很大的，首先， 因?yàn)樵谳斔玩溨写嬖谵D(zhuǎn)彎、高度升降，即使在輸送鏈在空載時(shí)三個(gè)電機(jī)的負(fù)載也不是完全相等的，在生產(chǎn)過程中變化更大，尤其是在開始生產(chǎn)也就是向空線吊掛工件時(shí)（此時(shí)1#電機(jī)負(fù)載大于2#電機(jī)、而2#電機(jī)負(fù)載大于3#電機(jī)）以及生產(chǎn)結(jié)束開始也就是向輸送鏈不掛只卸工件時(shí)（此時(shí)3#電機(jī)負(fù)載大于2#電機(jī)、而2#電機(jī)負(fù)載大于1#電機(jī)）及在換品種（新工件與老工件重量有差異）也會(huì)發(fā)生以上的情況。

　　（三）論證

　　第一種方法和第二種方法均是開環(huán)控制。第一種方法只適用于各電機(jī)負(fù)載相同和同步要求不太高的場(chǎng)合，第二種方法實(shí)際上只是把同一個(gè)速度給定信號(hào)簡單復(fù)制幾份或者按比例復(fù)制幾份加到相應(yīng)變頻器上，它只適用于各電機(jī)負(fù)載相同或各電機(jī)負(fù)載不相同但負(fù)載不變而且同步要求不太高的場(chǎng)合。

　　第三種方法是半閉環(huán)控制，控制精度好于前兩種，但也只適用于各電機(jī)負(fù)載相同或各電機(jī)負(fù)載不相同但負(fù)載不變而且同步要求不太高的場(chǎng)合。

　　第四種控制方式和第五種控制方式均是閉環(huán)控制，都能滿足控制要求。比較起來，第四種控制方式以控制轉(zhuǎn)矩為主，追求各電機(jī)轉(zhuǎn)矩及速度同步，同步精度高一些，但配置價(jià)格較高;第五種控制方式以控制各電機(jī)速度為主，同步精度稍差一些，但配置價(jià)格較經(jīng)濟(jì)，因此，我們?cè)诮?jīng)反復(fù)比較和考慮后決定采用第五種控制方式。

　　由于560米長的懸掛輸送鏈?zhǔn)怯?000多節(jié)40厘米長的鏈條聯(lián)接而成，在吊掛工件后鏈條會(huì)有一些伸長,在懸掛輸送鏈有兩段溫度高達(dá)攝氏150度以上,還有幾段涼水噴淋或強(qiáng)迫風(fēng)冷的地方,溫度因數(shù)也會(huì)造成鏈條伸長或收縮,由于鏈條節(jié)數(shù)較多,即使每節(jié)微小長度的變化累積起來也會(huì)使三臺(tái)實(shí)際轉(zhuǎn)速同步的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三部分鏈條的移動(dòng)速度不相同。為此，必須對(duì)同步控制作一些修正，我們?cè)诿恳粋€(gè)張緊伸縮節(jié)處安裝了四個(gè)接近（限位）開關(guān)（稍快,很快, 稍慢,很慢），PLC根據(jù)每一個(gè)張緊伸縮節(jié)處的開關(guān)接通狀況發(fā)出相應(yīng)的修正指令

　　嚴(yán)格地說三電機(jī)同步實(shí)際上也不是完全同步，只是三電機(jī)趨向同步，是一個(gè)差異調(diào)整再差異再調(diào)整的過程。

四、硬件配置：

　　1. 變頻器選擇：考慮到臺(tái)達(dá)M系列變頻器具有較好的性能價(jià)格比，對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可靠性較高，并且也考慮變頻器長期運(yùn)行，其功率應(yīng)留有一定的余量，決定采用臺(tái)達(dá)VFD037M43B，其輸入電壓為三相380V，輸出功率為3.7千瓦。

　　2. PLC選擇：為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制三臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，PLC必須有三路高速計(jì)數(shù)輸入（同時(shí)占用3個(gè)輸入點(diǎn)）和模擬量輸出，“自動(dòng)運(yùn)行”、“停止” 占用2個(gè)輸入點(diǎn)，三段輸送鏈張緊伸縮節(jié)位置指示占用15個(gè)輸入點(diǎn)， 三臺(tái)變頻器報(bào)警要占用3個(gè)輸入點(diǎn)，三臺(tái)變頻器使能控制及報(bào)警輸出要占用5個(gè)輸出點(diǎn)，因此PLC必須具有3點(diǎn)或3點(diǎn)以上的高速計(jì)數(shù)輸入通道，具有23個(gè)以上的輸入點(diǎn)和五個(gè)輸出點(diǎn)，臺(tái)達(dá)EH系列PLC具有較高的性能價(jià)格比,它采用CPU+ASIC（高速運(yùn)算處理晶片）雙處理器，分工運(yùn)算處理技術(shù)，基本指令速度可達(dá)0.24微秒，有四組計(jì)數(shù)頻率可達(dá)200Khz的高速計(jì)數(shù)器，可帶8個(gè)擴(kuò)展模塊，功能強(qiáng)，能滿足要求， 比較后采用的是臺(tái)達(dá)EH系列PLC的DVP20EH00R+DVP08H11N+ DVP08H11N+DVP04DA-H，其輸入點(diǎn)為28點(diǎn)，輸出點(diǎn)為8點(diǎn)，有四路模擬量輸出。輸入和輸出點(diǎn)的地址分配見下表。

表1 地址分配表

　　1 POD采用臺(tái)達(dá)的DOP-A57CSTD（屏幕為5.7?），用于設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速，顯示三臺(tái)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速及張緊伸縮節(jié)的狀況。

　　2 由于在電機(jī)及減速機(jī)是訂購的成品，在電機(jī)軸上安裝編碼器時(shí)同軸度很難達(dá)到規(guī)定要求，不得已，選用測(cè)速齒輪加接近開關(guān)這種測(cè)速方式，經(jīng)測(cè)算測(cè)速齒輪齒數(shù)為60齒接近開關(guān)的比較大應(yīng)答頻率應(yīng)大于1.5Khz，我們采用了OMRON的E2E系列的接近開關(guān)，其比較大應(yīng)答頻率為2Khz，可以滿足使用要求。

　　控制系統(tǒng)原理圖見 圖1 控制系統(tǒng)原理圖

圖1 控制系統(tǒng)原理圖

　　控制系統(tǒng)流程圖見 圖2 控制系統(tǒng)流程圖。

五、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

　　當(dāng)把“自動(dòng)運(yùn)行”按鈕按下時(shí)，三個(gè)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，輸送鏈開始移動(dòng)，為了減少?zèng)_擊力，電機(jī)緩慢起動(dòng)后，先在低速運(yùn)行3秒，然后加速至設(shè)定速度運(yùn)行。在運(yùn)行過程中，開始時(shí)，PLC的模擬量輸出單元給每個(gè)控制電機(jī)的變頻器的速度指令是相同的，之后，PLC每0.5秒對(duì)三個(gè)電機(jī)采集一次實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，以第一臺(tái)為基準(zhǔn)對(duì)其他兩臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，算出差額，經(jīng)CPU處理后，再向控制第二臺(tái)和第三臺(tái)電機(jī)的變頻器發(fā)出修正后的速度指令，使其的速度與第一臺(tái)的速度趨于一致。

　　PLC在某一部分的“稍快”開關(guān)接通時(shí),即將相應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速以設(shè)定轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)增加3%,如果這個(gè)信號(hào)未消失,那么以后每0.5秒將相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速增加1%;PLC在某一部分的“很快”開關(guān)接通時(shí)，即將相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速以設(shè)定轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)增加9%，如果這個(gè)信號(hào)未消失,那么以后每0.5秒將相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速增加3%，直至信號(hào)消失。反之，PLC在某一部分的“稍慢”開關(guān)接通時(shí),即將相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速以設(shè)定轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)減少3%,如果這個(gè)信號(hào)未消失,那么以后每0.5秒將相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速減少1%;PLC在某一部分的“很慢”開關(guān)接通時(shí)，即將相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速以設(shè)定轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)減少9%，如果這個(gè)信號(hào)未消失,那么以后每0.5秒將相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速減少3%，直至信號(hào)消失。

　　懸掛輸送鏈的幾個(gè)部分速度不同步或由于機(jī)械原因造成鏈條滑輪卡死會(huì)造成張緊伸縮節(jié)處拉伸或壓縮過度，從而引起機(jī)械故障，為此，我們?cè)诿恳粋€(gè)張緊伸縮節(jié)處安裝了一個(gè)極限位開關(guān)，它可在張緊伸縮節(jié)處拉伸或壓縮達(dá)到一定程度時(shí)停止整線的運(yùn)行，另外，如果三臺(tái)變頻器的一臺(tái)報(bào)警，整線的運(yùn)行也將停止，這樣可有效地避免引起機(jī)械故障。

　　輸送鏈在非正常情況下（指輸送鏈只有半條線掛工件時(shí)）停車,此時(shí)由于嚴(yán)重受力不均，有的部分鏈條會(huì)被拉伸,有的則被壓縮, 使張緊伸縮節(jié)處于報(bào)警狀態(tài)，筆者見過的同類型的懸掛輸送鏈碰到此類情況是靠人工干預(yù)后才能重新起動(dòng)。我在程序中編了一個(gè)子程序，首先識(shí)別報(bào)警是否在運(yùn)行中發(fā)生，如是，則需在人工干預(yù)查出故障后才能重新起動(dòng)，如不是，則PLC根據(jù)得到張緊伸縮節(jié)處的狀況指示，先調(diào)整各個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)次序和轉(zhuǎn)速，消除報(bào)警，再轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行，這樣一來既保證了設(shè)備的安全運(yùn)行，又避免了設(shè)備無故停產(chǎn)。

　　在觸摸屏上可設(shè)定第一電機(jī)的轉(zhuǎn)速（只有特定人員可進(jìn)行此操作），如不重新設(shè)定,每次開機(jī)時(shí)執(zhí)行上次已設(shè)定的轉(zhuǎn)速。在觸摸屏上可顯示每個(gè)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，顯示每一個(gè)張緊伸縮節(jié)處的狀況（正常，稍快,很快, 稍慢,很慢），顯示報(bào)警狀況并提示檢修部位。