一種基于PLC控制的可調速磁力聯軸器設計*

2015-11-23 03:05:10陳競

機械研究與應用 2015年2期

陳競

(河南工業和信息化職業學院，河南焦作 454000)

0 引言

傳統的機械式傳動結構主要包括各種齒輪結構［1］、皮帶輪結構、鏈結構還有渦輪蝸桿結構等。這些現行的裝置具有傳動比恒定、能實現較大功率的傳遞等優點。但是所有這些結構在傳動的過程中，都要求主動部件與從動部件相互接觸，因此都會存在磨損、振動和噪聲，另外還有潤滑要求，并且精度也會受到影響。永磁磁力聯軸器屬于磁耦合傳動的一種，可以實現非接觸的動力傳遞，它取消了傳統傳動裝置中的動密封，實現了靜密封、零泄漏。將永磁磁力聯軸器應用于傳動系統中，可以實現主動件與從動件的完全分離，并可以實現多種運動形式的組合，許多較為復雜傳動機構的結構形式會得到簡化。

1 磁力傳動原理

磁力傳動機構可以是通常狀況的力和轉矩的傳遞機構［2］，也可以是全密封裝置下的力和轉矩的傳動機構。

全密封動力傳遞機構主要由以下三部分組成:

(1)主動磁機械運動部件和從動磁機械運動部件，由主動磁組件和從動磁組件以及與之相配套的機械結構構成，其中包括用于配合運動行式轉換的導向裝置等。

(2)在主、從動磁運動部件之間工作氣隙中設置的隔離套部件以及工作狀態(如溫度、壓力等)測試監控機構等。

(3)運動的動力機構及控制系統。

磁力傳動機構運動系統簡圖如圖1所示。

圖1 磁力傳動機構運動系統示意圖

1．動力控制系統 2．動力機 3．主動磁組部件 4．隔離套5．負載傳動及導向機構 6．從動磁組部件 7．負載機構8．運動狀態檢測器 9．溫度檢測機構

其工作過程如下［3］:①動力控制系統控制指揮動力機工作。根據運行要求，動力機工作轉速可調，轉向可變換;②動力機帶動主動磁組件運行工作;③主、從動磁組件之間透過隔離套器壁相互磁耦合，當主動磁組件進行運動時，從動磁組件由于磁場的耦合作用開始運動;④從動磁組件帶動和控制負載運動;⑤件8主要檢測從動磁組件及件5、件7的工作運行狀態;件9主要檢測隔離套內部溫度、壓力等狀態;隔離套除了用作密封隔離外，還對主、從動磁組件起定位、支撐作用以及控制從動磁組件的定向運動作用。

2 調速磁力聯軸器的基本結構設計

結合磁力聯軸器傳動的優點，設計了一種新型的PLC控制調速的同軸型圓筒式磁力聯軸器，該磁力調速器控制裝置工作原理示意圖如圖2所示。它主要由氣隙調節器、PLC控制裝置、傳感器和控制臺等部分組成。

圖2 磁力調速器及控制裝置工作原理示意圖

(1)氣隙調節器氣隙調節器是調整永磁組件與導磁組件之間的工作氣隙(對于圓盤式磁力調速器)或相互作用面積(對于圓筒式磁力調速器)的機構。永磁組件與導磁組件之間的氣隙或相互作用面積發生變化時，氣隙減小(或作用面積增大)，傳遞的扭矩增大，永磁組件轉速也升高;氣隙增大(或作用面積減小)，傳遞的扭矩減小，永磁組件轉速也降低;永磁組件與導磁組件之間的氣隙達到一定值(或作用面積為零)，永磁組件轉速為零，即負載轉速為零。

(2)PLC控制裝置磁力調速器要求工作可靠，并可根據所驅動負載要求實現自動調速。為了實現上述控制任務，本系統采用三菱FX1N PLC作為系統的控制器。PLC實時檢測電動機輸出軸速度、負載輸入軸速度、以及壓力、流量或其它控制信號量，通過PID控制算法，輸出信號控制，驅動氣隙調節器，使磁力調速器的工作氣隙變化，實現調速目的。磁力調速器的整個控制裝置應為全自動，可直接由PLC進行遠程操控。當自動控制裝置出現故障時，也可就地操縱控制裝置手動調節工作氣隙。

(3)傳感器傳感器是把被測量［4］(如壓力、流量等)變換為另一種與之有確定對應關系，并且容易測量的量(通常為電學量)的裝置。它是一種獲得信息的重要手段，它所獲得信息的正確與否，關系到整個控制系統的精度。

(4)操作臺(人機界面) 通過操作臺的按鈕、開關，可以設置控制裝置工作方式。本控制裝置具備“手動/自動”兩種工作方式。當自動方式有故障時，可就地操縱控制裝置手動調節工作氣隙。利用液晶顯示屏顯示設備運行狀態，輸出軸速度及相關參數。

3 PLC控制電路設計

3．1 PLC 選型

FX1N系列是功能很強大的微PLC［5］，可擴展到多達128 I/O點，并且能增加特殊功能模塊或擴展板。通信和數據鏈接功能選項使得FX1N在體積、通信和特殊功能模塊等重要的應用方面非常完美。該型號PLC具備定位和脈沖輸出功能:一個PLC單元能同時輸出2點100 kHz脈沖，PLC配備有7條特殊的定位指令，包括零返回、絕對位置讀出、絕對或相對驅動以及特殊脈沖輸出控制。

根據系統功能，本設計項目選擇FX1N－24MT型PLC，其具體技術參數見表1。