摘 要：介紹了永磁式同步電機(jī)、變頻器、PLC組成的伺服系統(tǒng)，并指出了該系統(tǒng)需要關(guān)注的幾個(gè)問題。

關(guān)鍵詞：永磁式電機(jī)；變頻器；PLC

永磁式同步電機(jī)組成的伺服系統(tǒng)常用于快速、準(zhǔn)確、精密的位置控制場合，電機(jī)體積小、質(zhì)量輕、效率高，轉(zhuǎn)子無發(fā)熱問題。洛陽石化短纖維車間絲束落桶裝置，采用兩臺(tái)永磁式同步電機(jī)，分別拖動(dòng)輥輪架小車左右往復(fù)和輥輪前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使落到輥輪上絲桶里的絲束鋪放均勻。本文將對(duì)采用西門子6FK型永磁式同步電機(jī)，西門子6SE70系列小型交一直一交變頻器，S7—300PLC組成的系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的介紹，并指出運(yùn)行維護(hù)中出現(xiàn)的問題，以供大家參考。

1 基本情況

落桶裝置的簡單示意圖如圖1所示。

整個(gè)生產(chǎn)區(qū)域分為三個(gè)區(qū)：進(jìn)桶區(qū)、卸桶區(qū)、運(yùn)行區(qū)。在運(yùn)行區(qū)，小車左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，B8接近開關(guān)是它的行程中心校準(zhǔn)點(diǎn)。輪輥前后運(yùn)動(dòng)，B15接近開關(guān)是它的行程中心校準(zhǔn)點(diǎn)。進(jìn)桶區(qū)，空桶用搬運(yùn)車放至進(jìn)桶位時(shí)，B2接近開關(guān)點(diǎn)亮，人桶電機(jī)啟動(dòng)，空桶進(jìn)行至B1接近開關(guān)后人桶電機(jī)停止。絲束落桶選擇的周期時(shí)間到時(shí)后，小車快速校準(zhǔn)于中間位置制動(dòng)靜止；輥輪變速拖動(dòng)滿桶向前運(yùn)行，到達(dá)向前運(yùn)動(dòng)設(shè)定最遠(yuǎn)行程后，人桶電機(jī)啟動(dòng)，空桶上輪架。輪輥向后運(yùn)動(dòng)時(shí)拖動(dòng)滿、空兩桶，B13光電開關(guān)激活時(shí)，出桶電機(jī)啟動(dòng)，引導(dǎo)滿桶至卸桶區(qū)。B13光電開關(guān)檢測到滿、空桶兩者之間的空隙時(shí)，輪輥電機(jī)制動(dòng)開始向后運(yùn)動(dòng)。滿桶至B3接近開關(guān)后，出、人桶電機(jī)同時(shí)停止運(yùn)行。一個(gè)完整的生產(chǎn)循環(huán)周期結(jié)束，重新計(jì)時(shí)開始。

2 伺服系統(tǒng)的硬件組成

該系統(tǒng)的人機(jī)端面采用西門子OP27操作面板，它與西門子S7—300PLC交換信息，并向其發(fā)出控制指令。PLC軌架上組合有西門子S7—315型CPU，兩塊FM350計(jì)數(shù)模塊，數(shù)字輸人、輸出模塊，通訊模塊等。S7—300CPU與兩臺(tái)西門子6SE70系列小型交一直一交變頻器串級(jí)通訊聯(lián)接，完成對(duì)輪輥、小車電機(jī)運(yùn)動(dòng)的方向、速度變化的控制。計(jì)數(shù)模塊接收6SE70變頻器端子排414上的脈沖信號(hào)，收集計(jì)算同步電機(jī)的方向、速度值。PLC輸人模塊引人信號(hào)有該系統(tǒng)的自動(dòng)／手動(dòng)選擇按鈕，接近開關(guān)、光電開關(guān)反饋的信號(hào)等。輸出模塊發(fā)出指令，控制總開關(guān)，變頻器的輸出接觸器，人、出桶電機(jī)接觸器的閉斷等。

3 永磁式同步電機(jī)的自控方式

永磁式同步電機(jī)在變頻器的作用下，逐漸升頻完成啟動(dòng)，其自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)功能圖如圖2所示。該系統(tǒng)把來自測速機(jī)的信號(hào)進(jìn)行分析，判明同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的真實(shí)位置和轉(zhuǎn)速后，控制變頻器輸出三相電壓、電流的頻率，幅值和初始相位，達(dá)到同步轉(zhuǎn)速跟蹤轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的目的。

3.1 測速機(jī)的信號(hào)

測速機(jī)的轉(zhuǎn)子與同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸連結(jié)，定子上激磁線圈上施加10V（2—10KZ）的電源，二組輸出線圈的信號(hào)分別稱作為sinψ、cosψ信號(hào)，兩者即時(shí)值的正切值即為同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的真實(shí)位置指示。

3.2 雙閉環(huán)控制中速度信號(hào)的作用

西門子6SE70系列小型交一直一交變頻器CU—VC控制板上選插用了resolver模板，該模板收集測速機(jī)的兩組信號(hào)，經(jīng)分析、計(jì)算，直接作用于速度、電流雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)中。計(jì)算出的轉(zhuǎn)速值與輸入速度值比較放大作為給定值；測量計(jì)算出的轉(zhuǎn)子位置瞬間值作用于電流環(huán)三相電流的瞬間相位值給定。

3.3 PLC程度中速度信號(hào)的作用

模板計(jì)算出的速度脈沖值同時(shí)輸出連接到了S7—300PLC系統(tǒng)中的計(jì)數(shù)模板FM350。PLC與計(jì)數(shù)模塊的數(shù)據(jù)通訊，可在數(shù)據(jù)塊中實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的運(yùn)行位置、位移的計(jì)算記錄。組態(tài)在PLC的上一級(jí)OP操作面板上顯示小車、輥?zhàn)拥奈恢煤退俣龋奖悴僮鞴みx擇恰當(dāng)?shù)妮斎脒x擇值。

3.4 GRAPH編程語言實(shí)現(xiàn)的順序控制

在STEP7組態(tài)的軟硬件系統(tǒng)中，功能塊FB61應(yīng)用了GRAPH編程語言實(shí)現(xiàn)了對(duì)小車及輥?zhàn)拥捻樞蚩刂?，GRAPH編程語言可以很方便地選擇設(shè)定每個(gè)步驟的啟動(dòng)條件。在功能塊FB61中，換桶順序控制大致可分為4個(gè)階段：①判斷無急停、聯(lián)鎖，建立換桶順序控制的起始標(biāo)志；②小車左右往復(fù)，輥?zhàn)忧昂笸鶑?fù)位移；③小車快速校準(zhǔn)于中間位；④輥?zhàn)幼兯龠\(yùn)動(dòng)，入、出桶電機(jī)啟停。

4 該系統(tǒng)運(yùn)行中需關(guān)注的兩個(gè)問題

4.1 測速機(jī)的準(zhǔn)確定位安裝

測速機(jī)的定子固定卡緊鏍絲的安裝位置可以是任意的。但在檢修打開同步電機(jī)時(shí)，必須精確標(biāo)記測速機(jī)定子碼盤在同步電機(jī)定子上的安裝角度。定子碼盤的安裝角度不準(zhǔn)確，測速兩組輸出信號(hào)發(fā)生畸變，同步電機(jī)會(huì)因此速度波動(dòng)，溫度升高。嚴(yán)重時(shí)速度失控或者電機(jī)因溫度過高而匝間短路燒毀。

4.2 運(yùn)行周期時(shí)間的選擇限制

理論上講，該系統(tǒng)的運(yùn)行周期時(shí)間設(shè)定選擇可以是任意無間斷的。實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，我們被迫采用43～46min、54～56min等時(shí)間段內(nèi)選擇設(shè)定運(yùn)行周期時(shí)間，來保證換桶時(shí)小車從左側(cè)向中間變速靠近制動(dòng)定位，從而使換桶過程平穩(wěn)完成。這是因?yàn)槿胪半姍C(jī)采用鏈條驅(qū)動(dòng)，電機(jī)在啟動(dòng)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，鏈條的張緊度不一樣，從而使空桶向運(yùn)行區(qū)的路線變直線稍偏離中心線，進(jìn)而造成空桶不能順利跟桶上至小車輪架上，撞擊小車輪架聯(lián)鎖停車。我們發(fā)現(xiàn)，空桶用拖運(yùn)車放到進(jìn)桶區(qū)時(shí)斜線置放，可以緩解進(jìn)桶電機(jī)驅(qū)動(dòng)變線的缺陷；但同時(shí)輪架小車從左側(cè)和右側(cè)向中間位準(zhǔn)確制動(dòng)定位時(shí)也存在制動(dòng)位有允許的偏差變化；因此我們被迫限制了運(yùn)行時(shí)間周期的選擇，來保證輪架小車從左側(cè)位向中間變速靠近制動(dòng)定位，進(jìn)而確保空桶平穩(wěn)運(yùn)行至小車輪架上。

綜上所述，同步電機(jī)有著異步電機(jī)無可比擬的優(yōu)越性，隨著微電子控制的快速發(fā)展，其應(yīng)用將更加廣泛。

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