生產線速度同步控制的幾種方式探析

艾清平

(上海多凱復合材料有限公司,上海 200435)

生產線速度同步控制的幾種方式探析

艾清平

(上海多凱復合材料有限公司,上海 200435)

許多生產線由多組電機減速系統組成,但工藝上又往往要求各個工位的這些電機能夠以相同于基準速度或者與基準速度的某個比例系數同步運行,同時也要求基準速度變化時,其它隨動電機能按預設的比例同步變化。本文將通過變頻器、變速器等不同設施方式對生產線速度的同步控制進行探討,契合各個不同工種的需要,滿足工作人員的需求,逐步提升工作效率,使之得到廣泛的推廣與應用。

生產線 變頻器 同步控制

如圖1所示:2-下料電機1、3-下料電機2、8-切斷機為隨動傳動，6-牽引機為基準傳動，2、3、8的速度要隨6的速度上升而上升、下降而下降，且在升降時符合調節前預設的速比。為實現圖1所要求的功能，可采用以下多種方式。

1　同步控制方式1

如圖2所示:由一臺變頻器帶多臺電機方式。此方式具做法是:變頻器采用一臺，其功率大于所有要驅動的各電機功率之和;基準電機傳動系統可以不用調速，其速度的變化由變頻器直接控制，其它所有隨動電機和減速機之間采用機械式無極調速器聯接，這些無極調速器必須保證其調速范圍能滿足工藝的速度要求。

如圖2所示，各隨動電機的無極變速器可配用多種型式的產品，但巿場上產品以下三種類型較為常見用量較大，下文將闡述其特點。

1.1行星錐盤無極變速器特點

行星錐盤無極變速器強度高，在加沖擊負載或機器逆轉時，能精確轉動，無后坐力;變速范圍均為1:5;調速精度為1--0.5轉;性能運行平穩、噪音低、壽命長;同軸結構體積小、重量輕;組合能力強可與各種類型減速機組合，實現低轉速，大扭規的變速效果;在允許負載的情況下，調定的轉速恒定;全機密封，可適用于潮濕、多塵、有輕度腐蝕性的工作環境。

1.2環錐行星無級變速機特點

圖2　由一臺變頻器帶多臺電機方式

圖3　多臺變頻器各自驅動一臺電機傳動系統

環錐行星無級變速機變速范圍廣，配4極電機時，輸出轉速為0～850/min。傳動平穩、噪音低，過載保護性強，在滿負荷下可從“0”r/min開始穩步起動。可不停機進行調速，而調速方式可用手輪操縱、軟軸操縱(3米內)及伺服電機自動操縱。組合性好，輸出軸可匹配擺線針輪、齒輪、蝸輪蝸桿等減速機，可得到低速(0-100r/min)大扭矩傳動的無級變速裝備。可取代電磁調速電機(滑差電機)，在相同輸出扭矩下，輸入電機功率小40%，價格低30%，節能好效益高。

1.3齒鏈式無極變速器特點

齒鏈式無級變速器包括基本型、第一派生型、第二派生型和第三派生型。主要用于轉速要求穩定又需無級調節的各種場合，例如化纖、紡織、造紙、印刷、食品，化工、電工、塑料、儀表、木材、電子、玻璃制品等行業，其特點是:平行軸對稱調速;具有齒輪傳動動作可靠，運動穩定，使用壽命長等優點;過載能力強。缺點是中心距較大。使用條件為:

a)入軸轉速:不大于1500r/min(第一、第三派生型);

b)入軸轉速:不大于760/min，(基本型和第二派生型)。

c)調速范圍:Rb=2.8～6

d)傳遞功率:P=0.75—22KW

e)工作環境溫度為40-45℃。當環境溫斗低于0℃時，起動前潤滑油應預熱。

機械無級變速器的傳動除了齒鏈式具有“嚙合”的特點外，幾乎都是依靠摩擦和拖動油膜來傳遞載荷的，因而其傳動效率便是很敏感的問題，也是無級變速器重要的質量指標之一。因此.在選擇無級變速器時必須考慮其效率。尤其是在功率比較大、長期工作的情況下，更應選擇效率高的，以提高整體的經濟效果。一般說來，點、線接觸類型的，如行星錐輪式、行星錐盤式、多盤式等教率偏低，一般為η=65%-80%，金屬帶式、鏈式效率較高，可達到η=85%-93%。

采用無極調速器控制同步的方式組成簡單，可操作性強，成本低，維護及調節方便，但同時也能看到，由于本方式采用的是開環控制，各電機沒有速度反饋，全部電機采用同一個變頻器來控制，所以控制的同步速度精度不是特別高，特別是在頻繁大幅度速度變化和負載變化大時同步精度較差，也不能在控制操作臺對每個需要微調的隨動速度進行調節，而需要在無極變速器安裝位置直接手動操作，因此操作上稍顯繁鎖。

2　同步控制方式2

如圖3所示:由多臺變頻器各自驅動一臺電機傳動系統。以其中一臺變頻器設為同步調節的基準，將這臺變頻器設置為外部電位器輸入電壓作為頻率調節信號，即模擬量電壓輸入。其它變頻器也都設為外接電位器的輸入電壓為頻率變化來源信號。接線時取基準變頻器電位器的滑動觸點與0V之間的電壓為所有隨動電位器兩端的最高電壓，隨動電位器的0V依然接入相應隨動變頻器的端子(一般為0V或GND等)，隨動電位器的中間滑動端子接入相應隨動變頻器的AVI端子(或0-10V模擬量電壓輸入端子)。

接線時選用的電位器大小要根據變頻器說明書要求并計算確保10V/R＜I0，總電阻:1/R=1/R0+1/R1+1/R2+1/R3+…+1/ Rn，I0為基準變頻器模擬量電壓輸入時端子的額定電流。

當所有變頻器接線和設置完成后并上電后，調節基準電位器時，隨動電位器的電壓也隨之而產生比例變化，使得所有隨動變頻器的頻率隨著基準變頻器的頻率變化而變化，從而達到控制要求。

此方式的優點是以隨動變頻器取代了方式1中的機械無調速器，調節范圍更大更靈活，且能實現集中控制。缺點是接入的變頻器數量受上述額定電流的限制。

3　同步控制方式3

圖4　同步控制器集中控制圖

圖5　2臺控制器聯接圖

采用同步控制器集中控制的同步控制方式3是一種性能高，系統配置簡捷，功能強大的同步控制模式，它將所有的變頻器的所因工藝要求的同步比例系數預設進控制器，當主調電位器的基準頻率變化時，所有隨動變頻器步率隨之而按比例變化。由于電機、負載、安裝、生產工藝等相關特性影響，實際生產上同步效果會出現一定的偏差，為了彌補這一問題，同步控制器設有傳感器或電位器反饋回路。如圖4。

當所有反饋均采用電位器手動操作模式，當隨動單元速度出現偏差或漂移時，手動微調對應的電位器，使傳動系統的實際速度達到當前工況所要求的速度。在很多情況下，為了使控制系統能實現自動調整同步偏差，降低勞動強度及人為因素對生產線產生不良影響，可將電位器反饋改為傳感器反饋，即將生產線所需的位移、張力、速度、流量等傳感器信號轉換為同步控制器可接收的反饋信號后接入對應端子。

一般同步控制器所控制的電機小于8臺，當控制同步的電機超過8臺時，可采用多臺同步控制器聯接。如使用N臺控制器。依次稱一號～N號同步控制器。由于每臺控制器每個單元輸出完全相同，因此，可選擇一號控制器的任一單元用來控制主電機，將該單元的輸出作為二號控制器的主給定，接于二號控制器的外給定一或外給定二。此時須將該單元的比例系數設為1.00并設該單元沒有反饋。

例如選用2臺控制器聯接，如圖5所示，一臺8單元同步控制器與一臺4單元同步控制器組合方式，此種方式最多可控制11臺電機的運轉。把8單元同步控制器稱為一號控制器，另1臺稱為二號控制器，一號的第一單元輸出用來控制主電機。同時將該單元輸出作為下級電機同步控制器的外部給定一的輸入。一號控制器的第一單元的輸入源設為9(外部給定一)，輸出比例系數需1.00，即可將一號控制器的外部給定一輸入的電壓不變地傳送到二號控制器，作為二號控制器的外部給定。以此類推，按此方法可聯接多臺同步控制器。

除一號控制器的第一單元輸出用來控制主電機外，其余各控制器的第一單元一般不用來控制電機，否則，被控電機的輸入電壓永遠與主機相同，其轉速也與主機保持一致。

4　結語

上述同步控制的方式都是簡易式的，現在許多較復雜的生產線都采用了PLC可編程控制器+HMI人機界面，且應用越來越多。它可以通過現場總線等通訊技術和其他設備進行連接和操作。但對許多工藝相對簡單的生產線及工廠來說，以上幾種同步控制方式可完全能滿足他們的要求，且由于操作及維護很簡單，一般工廠維護人員均可掌握。因此，仍會在很多場合有其廣泛應用價值。

[1]《HZ環錐行星無級變速機》.上海聯銘傳動機械有限公司.

[2]《機械設計手冊單行本減速器和變速器》.(2007年第四版機械工業出版社).

[3《]SLC08C22A同步控制器使用說明書》.中達電通股份有限公司.

[4]曹湧.自動化生產線中速度的同步控制原理及應用《.制造業自動化》,2004年03期.