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進化編程

在傳統的傳動系統中,要保證多個執行機構之間有壹定的速度關系,包括保證速度同步或有壹定的速比,往往采用機械傳動剛性耦合裝置來實現。但有時,如果多個執行器之間的機械傳動裝置較大,執行器之間的距離較遠,就不得不考慮獨立控制的非剛性耦合傳動方式。下面舉兩個例子來介紹利用PLC和變頻器實現兩臺電機速度同步,並保持速度之間壹定速比的控制方法。

1,利用PLC和變頻器實現速度同步控制。

薄膜吹塑印刷機組的主要作用是將塑料薄膜進行擠出吹塑加工,然後用凹印機印刷薄膜。印刷工藝可根據不同要求采用單面單色、單面多色、雙面單色或雙面多色。在整個機組中,需要控制幾個電機的速度,如擠出主驅動電機、薄膜拉伸牽引電機、印刷電機、成品卷繞電機等。電動機的速度之間有壹定的關系。比如主擠壓電機的速度是由生產要求決定的,但速度確定後,相應的牽引速度也是根據薄膜厚度決定的,所以擠壓速度和牽引速度之間有壹定的關系;同時,多組印刷輥必須同步,印刷電機和牽引電機的速度也必須同步,否則會影響薄膜的質量、印刷效果和生產的連續性;卷繞電機的速度受到印刷速度的限制,並相應地改變,以確保印刷的薄膜能夠以恒定的張力卷繞。

在上述機組的傳動系統中,多組印刷膠輥的同步傳動可以用剛性機械軸連接,整個印刷膠輥由壹個電機驅動,保證了它們之間的同步。印刷電機的速度必須與牽引電機的速度同步,否則兩個工序之間的薄膜會過緊或過松,影響印刷質量和生產的連續性。而印刷機離牽引裝置較遠,無法采用機械剛性連接的方法。為了實現牽引和印刷的同步控制,牽引電機和印刷電機分別由變頻器調節,然後由PLC直接控制兩臺變頻器。

牽引電機和印刷電機采用變頻調速,其控制框圖如圖1所示。在這種閉環控制中,針對牽引輥的速度,通過印刷電機的變頻器來調節印刷輥的速度,以跟蹤牽引輥的速度。利用旋轉編碼器1和旋轉編碼器2分別采集上述兩個電機的脈沖信號(編碼器位置見圖3)並發送到PLC的高速計數口或連接CPU的IR00000~IR00003。以這兩個速度信號數據為輸入,進行比例積分(PI)控制算法,運算結果送到PLC的模擬模塊作為輸出信號控制印刷電機的變頻器。這樣可以保證印刷速度隨著牽引速度的變化而變化,從而使兩個速度同步。

采用PI控制算法調節速度,程序設計框圖如圖2所示。圖中編碼器采集的脈沖信號轉換成電機的速度數據,經過上下限處理後作為運算中的Y值存儲在壹個DM區。計算出的P值送入模擬輸出通道,經過上下限校準後,轉換成變頻器可接受的電流或電壓信號,控制印刷電機的變頻器。

為了保證薄膜在拉伸和印刷過程中保持恒定的張力,在這兩個裝置之間增加了壹套浮動輥調節裝置,其結構如圖3所示。

上面的浮輥調節裝置也是為了減少電力系統波動等因素造成的外界幹擾。但波動產生的速度差會使兩個浮動輥的位置在壹段時間後上升過高或下降過低。因此,在設計PI控制算法時,考慮了這些幹擾因素的影響,並利用積分環節I對累積誤差進行調整,使牽引輥和印刷輥同步控制,具有較高的同步精度,從而保證了這壹控制系統的穩定性。

2.利用PLC和變頻器實現穩定速比控制。

在聚丙烯(PP)紡絲設備中,預拉伸纖維需要進行熱拉伸。熱拉伸在兩個加熱滾筒和壹個預拉伸滾筒之間進行,每個滾筒分別由壹個電機驅動。原電機調速由DC電機驅動,由電位器調節。生產中經常出現速度波動,速比不穩定,加工過程中容易出現“纏繞”現象,成品纖維出現“毛”和“硬頭”,影響成品化纖質量。在紡絲過程中,預拉伸輥的速度因PP原料和分子線性取向的工藝要求而變化,因此應易於調節。拉伸比確定後,熱拉伸輥的速度應跟蹤並快速變化。采用可編程控制器(PLC)和變頻器控制,可以很好地穩定兩個熱拉伸輥和預拉伸輥之間的速比。

圖4是PP紡絲機中熱拉伸的結構示意圖。預拉伸桿和兩個熱拉伸輥分別由三個電機驅動,兩個熱拉伸輥的速度相同,因此化纖沒有拉伸,起到穩定纖維性能的作用;熱拉伸系列和預拉伸軋制之間存在壹定的速度比。當壹個速度變化時,另壹個需要根據速比變化。旋轉編碼器采集的脈沖信號送到PLC的高速計數口或與CPU相連的IR00000~IR00003,轉換成速度數據,作為比例積分(PI)控制算法的輸入參數。計算結果作為輸出參數,經PLC的模擬輸出模塊校準後,由電流或電壓構成控制各電機的調速變頻器。在控制算法中,預拉伸輥V1的速度數據乘以壹定的速比U(可調速比)作為目標值,使熱拉伸系列的速度數據V2跟蹤(V1 u)的變化。

3.結束語

隨著變頻器技術的成熟和應用範圍的擴大,可以用可編程控制器(PLC)進行控制,以滿足傳動系統對速度控制靈活性、準確性和可靠性的不同要求。以上兩個例子是在實際生產中利用PLC和變頻器進行速度控制的例子,都達到了同步或給定速比控制的預期要求。

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