浅析ＰＬＣ控制的多电机同步系统

沈　博

摘要:通过对不同控制方法的分析,介绍了利用Omron系列PLC做为主控元件的多电机同步运行系统。

关键词:PLC 同步 随动 闭环 电动机

中图分类号:D035 文献标识码:A 文章编号:1673-8209(2009)5-0274-02

近年来,随着我国包装,分切,印刷,涂层等行业的蓬勃发展,做为配套的电气控制环节则对产品的质量起着关键的作用,目前以PLC做为中心控制元件的设备占有相当大的比重,并以其精确的控制,稳定的工作状态占据了十分重要的地位。而在这些控制系统中核心问题便是各动力驱动轴的同步运行,即各电机的同步运行。

本文将介绍分析几种以OMRON系列PLC作为主控元件来实现多电机同步运行的方案。

1 系统控制方案

1.1 随动系统

随动系统,即一台电机作为主电机,另外一台或多台作为随动电机,随动电机紧跟着主电机运行;控制系统的基本组如图1所示。

在该系统中由PLC接受来自上位机发来的控制信号,经过一定的运算转换为执行装置的控制信号,如变频器的频率,进而驱动主电机运行,通过编码器监测电机的实际运行速度,并将这一信号作为随动电机的控制命令,随动电机紧随这一速度便可实现两台电机的同步运行。

1.2 闭环系统

闭环控制系统,即两台电机由同一控制器(PLC)发出控制信号,然后再各自构成闭环系统,紧随控制器发出的信号,即可实现多电机的同步运行;控制系统的基本组如图2所示。

在这个系统中由PLC接受来自上位机发来的控制信号,经过运算转换为执行装置的控制信号,同时发到两台电机的驱动器中,由于控制命令是相同的, 通过编码器监测电机的实际速度,与控制命令进行比较,构成闭环控制系统,这样只要两台电机的都紧随控制命令运行便可实现同步。

1.3 随动闭环系统

随动闭环控制系统,综合了随动系统和闭环控制系统的特点,在随动控制系统的基础上构成了闭环控制。

两台电机驱动器由同一控制器(PLC)发出控制信号,并各自构成闭环系统,将辅电机的实际速度实时的与主电机进行比较,综合调整,使辅电机紧随主电机的运行速度,即可实现多电机的同步运行。控制系统的基本组如图3所示。

2 控制方案分析

实际的控制系统中,每个电机所带负载都不尽相同,因此在这些控制系统中都需根据速度设定值利用PLC计算得出具体的控制参数。

首先将上位机发出的线速度设定值进行单位转换,根据电机所带负载的实际卷径,计算出对应的电机转速,然后利用三相异步电动机的转速公式计算出这一转速对应的频率值。并将这一计算值传送控制器(变频器)中,拖动电机运行,并利用编码器实时的监测该电动机的实际转速。

随动控制系统中随动电机将主电机的实际运行速度作为运行命令,利用两台电机负载的实际卷径,计算出第二台电机所需频率,随动电机紧随主电机运行,便可实现两台电机的同步运行。第二台电机紧紧的跟随主电机运行,“第二台”电机可以是一台电机也可以是电机群,根据实际系统的大小来确定电机的台数;这种控制系统一般使用在控制精度要求不高的场合,只是简单的同步而且对各个动力辊间的张力没有特殊的要求,系统简单易于实现,成本较低。

闭环控制系统中由上位机发出控制命令后,根据各个电动机轴上的负载的半径,计算出各个负载对应的转速,再根据电机的转速公式实现到驱动器(变频器)输出频率的转换。这样便可实现两台电机的同步运行。两台或多台电动机具有各自的闭环控制系统,对速度命令有较高的响应。该系统常出现在多动力牵引的系统中。

随动闭环控制系统是目前采用较多的一种控制方案,它综合前两种方案的优点,控制精度较高,此方案是在随动控制的基础上,对主电机和随动电机做闭环处理,即将两台电机的实际速度通过编码器进行实时监控,与各自的控制信号进行比较,构成独立的闭环控制系统,主电机的闭环系统主要实现对预设速度的准确响应,从动电机的闭环系统系统则是为更准确地跟随主电机的实际速度而设置的。目前我国大多数包装,分切,印刷,涂层行业的张力开环控制系统都采用此控制方案,由于其速度控制精度较高,利用速度差实现的张力控制就能满足要求,这便大大降低了系统的设计成本。当然做为配套的电气控制元件对最终产品的质量也起着关键的作用。

3 PLC控制程序

PLC的程序可以采用梯形图、语句表、功能块等形式表示。omron公司的PLC提供了大量的PLC功能块,功能块是一个包含标准处理功能的基本单元,该标准处理功能事先定义好,由于具有标准处理功能,故功能块不包含实际的地址,只有变量,用户可以在变量中设置地址和常数。

利用CX-Programmer可将单个功能块保存为一个独立的文件,从而使该功能块也适用于其它PLC的应用程序。当创建或调试程序时,反复的使用"成熟"的功能块将节省程序开发时间,有效的减少人为的编码错误,使程序结构简明清晰,更易于理解。

多电机同步控制系统的部分PLC程序如图4所示:

4 结语

PLC作为先进的自动控制装置,可以应用于多种自动化控制系统中。对于同步性能要求较高的场合,可以采用PLC、矢量控制变频器、三相异步电动机、脉冲编码器等构成高性能调速系统。随着计算机技术数字技术的广泛应用,自动控制领域也随之发生了巨大的变革,进一步提高拖动系统的控制精度及其稳定性已是必然趋势。

参考文献

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