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| 多電機(jī)在自動(dòng)配料系統(tǒng)的應(yīng)用及研究 | 2020-03-09 |
| 摘要：介紹了利用CAS(ProgrammableComputerController)實(shí)現(xiàn)多電機(jī)同步傳動(dòng)智能自動(dòng)配料系統(tǒng)的原理與設(shè)計(jì)。首先設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速,然后通過(guò)模糊自動(dòng)配料系統(tǒng)算法調(diào)節(jié)達(dá)到同步的目的。的通信技術(shù)和模糊自動(dòng)配料系統(tǒng)的應(yīng)用加快了信號(hào)的響應(yīng)速度,提高了自動(dòng)配料系統(tǒng)精度和可靠性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)時(shí)間短、自動(dòng)配料精度高、同步效果好等特點(diǎn)。 1引言 在造紙、紡織、印染、冶金等多單元電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中,常采用多臺(tái)交流電機(jī)或直流電機(jī)作為拖動(dòng)裝置,而多電機(jī)的同步傳動(dòng)自動(dòng)配料技術(shù)則是配料系統(tǒng)的核心,它直接影響系統(tǒng)的可靠性和自動(dòng)配料精度。隨著電力電子技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及現(xiàn)代自動(dòng)配料系統(tǒng)理論的發(fā)展,采用由微機(jī)自動(dòng)配料系統(tǒng)的全數(shù)字同步傳動(dòng)自動(dòng)配料裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠性的同步自動(dòng)配料對(duì)我國(guó)工業(yè)發(fā)展有重要的意義。 本文采用基于CAS2005的分布式配料系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)多電機(jī)同步傳動(dòng)自動(dòng)配料。應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和通信技術(shù),上位機(jī)可以方便地實(shí)現(xiàn)與總線(xiàn)上任意一臺(tái)變頻器之間的串行通信:發(fā)送自動(dòng)配料信息、設(shè)定運(yùn)行參數(shù)、讀取運(yùn)行狀態(tài)、調(diào)節(jié)輸出頻率(即電機(jī)轉(zhuǎn)速)等；模糊自動(dòng)配料算法的使用,改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,解決了現(xiàn)場(chǎng)干擾以及電機(jī)慣性大、滯后時(shí)間長(zhǎng)等因素給傳動(dòng)系統(tǒng)帶來(lái)的自動(dòng)配料難題,提高了系統(tǒng)的可靠性。 2設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)為兩級(jí)計(jì)算機(jī)配料系統(tǒng),上級(jí)為監(jiān)督配料,用于計(jì)算機(jī)監(jiān)控操作,通過(guò)RS232總線(xiàn)相連；下級(jí)為CAS對(duì)變頻器配料,用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)配料,通過(guò)RS485總線(xiàn)相連,CAS通過(guò)對(duì)速度信號(hào)的采集、判斷和處理得到電機(jī)運(yùn)行速度的對(duì)應(yīng)數(shù)值,再由RS485總線(xiàn)寫(xiě)入變頻器執(zhí)行。 2.1CAS模塊化設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)由CAS來(lái)實(shí)現(xiàn)多電機(jī)同步傳動(dòng)自動(dòng)配料系統(tǒng)。在CAS的軟件編程環(huán)境AS(B&RAutomationStudio)建立一個(gè)工程,該工程包括四個(gè)任務(wù)模塊:電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋模塊、變頻器通訊模塊、上位機(jī)通訊模塊、Profibus通訊模塊。各模塊相互獨(dú)立,可單獨(dú)調(diào)節(jié),也可作為一個(gè)模塊導(dǎo)入或?qū)С瞿骋还こ獭?br>任務(wù)1負(fù)責(zé)完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集,通過(guò)查表進(jìn)行調(diào)節(jié),對(duì)實(shí)時(shí)性要求,應(yīng)具有的優(yōu)先級(jí); 任務(wù)2負(fù)責(zé)CAS與現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)配料系統(tǒng)設(shè)備之間的通信,是非常重要的任務(wù),對(duì)實(shí)時(shí)性要求也很高,應(yīng)放在較高的任務(wù)等級(jí)中;任務(wù)3完成數(shù)據(jù)顯示,對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高,但需要長(zhǎng)期運(yùn)行;任務(wù)4負(fù)責(zé)完成Profibus通信功能,實(shí)現(xiàn)CAS之間的通信,要求盡可能快。 由CAS的多任務(wù)處理原理可知,高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)應(yīng)該中斷低優(yōu)先級(jí)的任務(wù),保證了較為重要的任務(wù)能夠首先被完成。在配料系統(tǒng)完成之后,如果需要增加新的任務(wù),只要把新的任務(wù)增加到該工程中即可。 2.2串行通訊的實(shí)現(xiàn) 稱(chēng)重配料系統(tǒng)相繼推出了帶有標(biāo)準(zhǔn)接口的通用變頻器,為用戶(hù)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需求的配料系統(tǒng)帶來(lái)了極大方便,但仍有很多公司的變頻器具有自己的通信協(xié)議。Micr．ｍａｓｔｅｒ6SE3115變頻器是較早的產(chǎn)品,它不支持標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議,但實(shí)際自動(dòng)配料系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)要求與該變頻器進(jìn)行通信,而普通的PLC不具有與第三方產(chǎn)品通信的能力,造成系統(tǒng)集成巨大困難,讓開(kāi)發(fā)人員從底層開(kāi)發(fā)通信協(xié)議是一項(xiàng)復(fù)雜且工作量相當(dāng)大的工作,而且配料系統(tǒng)的可靠性也難以得到保證?；谏鲜鰡?wèn)題,某2000系列CAS產(chǎn)品除了支持標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議之外,還向用戶(hù)提供了用于與第三方產(chǎn)品通信的協(xié)議開(kāi)發(fā)工具———幀驅(qū)動(dòng)器,用戶(hù)只需要了解第三方產(chǎn)品的通信協(xié)議(包括信息幀格式的組成等),并用幀驅(qū)動(dòng)器寫(xiě)出與第三方產(chǎn)品通信協(xié)議一樣的通信規(guī)約,就可以方便地實(shí)現(xiàn)CAS與第三方產(chǎn)品之間的通信。本系統(tǒng)利用CAS的幀驅(qū)動(dòng)器,成功地實(shí)現(xiàn)了CAS對(duì)多臺(tái)變頻器的通訊自動(dòng)配料。配料系統(tǒng)的串行通信程序是用B&RAutomationBasic來(lái)開(kāi)發(fā)的,作為完整的任務(wù)模塊可以添加到任何其它復(fù)雜任務(wù)中,不僅能夠提高系統(tǒng)的可靠性,而且可以提高代碼的可重用性,縮短項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)周期。 CAS與變頻器通過(guò)RS-485相連,每臺(tái)變頻器被設(shè)置各自獨(dú)立的地址碼(0-31)用來(lái)識(shí)別各自的身份,這樣,CAS便能通過(guò)RS-485接口,對(duì)掛接在總線(xiàn)的所有變頻器進(jìn)行自動(dòng)配料系統(tǒng)操作。 2.3基于PVI的上位機(jī)串行通信 PVI(ProcessVisualizationInterface過(guò)程可視化接口)是基于Win32平臺(tái)的軟件模塊,它負(fù)責(zé)管理應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之間的數(shù)據(jù)交換。PVI應(yīng)用程序都使用PVICOM.DLL接口來(lái)實(shí)現(xiàn)和PVI管理器之間的通信。當(dāng)PVI管理器的數(shù)據(jù)有變化時(shí),PVICOM接口通過(guò)Windows消息(或回調(diào)函數(shù))來(lái)通知應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。PVICOM接口為用戶(hù)提供了大量用來(lái)實(shí)現(xiàn)串行通信的函數(shù),利用這些函數(shù)可以非常容易地編寫(xiě)RS232、RS485、CAN、PROFIBUS等通信程序,且程序的可移植性強(qiáng),針對(duì)不同的通信介質(zhì)和通信協(xié)議,只需要修改相應(yīng)的PVI參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)通信任務(wù),極大地縮短了項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)周期,提高了應(yīng)用程序的可重用性。 把上述實(shí)現(xiàn)通信的過(guò)程進(jìn)行封裝,通過(guò)VB、VC或Delphi軟件編程提供給用戶(hù)自動(dòng)配料系統(tǒng)界面,用戶(hù)只需對(duì)界面進(jìn)行直觀地操作就可實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、頻率設(shè)定(速度設(shè)定)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、連接任務(wù)設(shè)定、連接參數(shù)設(shè)定等,從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)自動(dòng)配料系統(tǒng)。本文采用Delphi編程,其用戶(hù)操作界面。 3速度反饋?zhàn)詣?dòng)配料回路的設(shè)計(jì) 在造紙、印染工業(yè)中,由于產(chǎn)品的不可延展性,所以為防止其出現(xiàn)斷裂、卷曲、壓痕,必須對(duì)各傳動(dòng)部分進(jìn)行速度上的自動(dòng)配料。本系統(tǒng)對(duì)速度的自動(dòng)配料原理是采用光電編碼器反饋速度信號(hào),由CAS的NC150模塊計(jì)脈沖個(gè)數(shù),形成一個(gè)閉環(huán)自動(dòng)配料回路。速度的實(shí)際值與速度設(shè)定值進(jìn)行比較,通過(guò)模糊自動(dòng)配料算法反饋到執(zhí)行結(jié)構(gòu)中。為了克服電機(jī)慣性大、輸入調(diào)節(jié)滯后時(shí)間長(zhǎng)、超調(diào)量大等因素引起的時(shí)間延長(zhǎng),在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,通過(guò)軟硬件結(jié)合,選擇了一種智能自動(dòng)配料方法。實(shí)驗(yàn)證明,模糊自動(dòng)配料算法的使用,對(duì)電機(jī)因負(fù)載變化、電壓波動(dòng)、外界干擾等引起的速度波動(dòng)能夠發(fā)揮精確、快速調(diào)節(jié)的作用,同時(shí)又可減小電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間,提高對(duì)多臺(tái)電機(jī)同步傳動(dòng)的自動(dòng)配料精度。 4智能自動(dòng)配料系統(tǒng)原理 由于對(duì)象模型難以精確化,系統(tǒng)又是非線(xiàn)性的,同時(shí),慣性大、滯后時(shí)間長(zhǎng)等因素的存在,使得采用傳統(tǒng)的PID自動(dòng)配料難以滿(mǎn)足要求,決定采用模糊自動(dòng)配料系統(tǒng)。要提高模糊自動(dòng)配料系統(tǒng)的精度和跟蹤性能,必須對(duì)語(yǔ)言變量取更多的語(yǔ)言值,分檔越細(xì),性能越好。本文所應(yīng)用的模糊自動(dòng)配料系統(tǒng)為典型的雙輸入單輸出二維模糊自動(dòng)配料,變量有三個(gè),即偏差E、偏差變化EC和自動(dòng)配料量f。 4.1模糊化過(guò)程 模糊化是指將輸入變量的精確值轉(zhuǎn)化成適當(dāng)論域上的語(yǔ)言變量值(模糊輸入值),針對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏差范圍大,精度要求高的特點(diǎn),取3個(gè)語(yǔ)言變量的量化等級(jí)為15,即{-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,+1,+2,+3,+4,+5,+6,+7},為設(shè)計(jì)計(jì)算方便,輸入輸出模糊子集的隸屬度函數(shù)采用三角形曲線(xiàn),語(yǔ)言變量取值七種,即“正大”(PB),“正中”(PM)“,正小”(PS)“,零”(ZE)“,負(fù)小”(NS)“,負(fù)中”(NM)“,負(fù)大”(NB)。 4.2模糊自動(dòng)配料規(guī)則的確定和推理 稱(chēng)重配料系統(tǒng)模糊自動(dòng)配料規(guī)則是專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和操作者的技能加以總結(jié)而得出的一條模糊條件語(yǔ)句的集合。確定模糊自動(dòng)配料規(guī)則必須保證自動(dòng)配料器輸出能夠使系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性達(dá)到。這里采用人工的配料經(jīng)驗(yàn)得出模糊自動(dòng)配料規(guī)則表。 5結(jié)論 通過(guò)對(duì)多電機(jī)同步傳動(dòng)配料系統(tǒng)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究,在多電機(jī)同步傳動(dòng)中應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和通信技術(shù),大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)配料系統(tǒng)精度;模糊自動(dòng)配料系統(tǒng)算法,在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中表現(xiàn)出強(qiáng)大的性,使系統(tǒng)具有良好的智能自動(dòng)配料效果。實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果表明,本系統(tǒng)具有可靠性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、調(diào)節(jié)時(shí)間短、同步效果好、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。該自動(dòng)配料系統(tǒng)方案具有性,將其與具體的被控對(duì)象(如紡織、印染、軋鋼等)相結(jié)合,可適用于任何需要實(shí)現(xiàn)同步傳動(dòng)的配料。 | |
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