1 引言

　?。?） 三菱f系列變頻器外部端子調(diào)速可分為模擬量調(diào)速和多段速調(diào)速

　　模擬量調(diào)速可用電壓0~10vdc或電流4~20madc，進(jìn)行無級調(diào)速。本公司貨架組件（橫梁）冷彎設(shè)備機(jī)組便采用多段速閉環(huán)變頻器調(diào)速控制系統(tǒng);一般采用外部輸入端子sd、stf、str、rl、rm、rh，進(jìn)行三段速調(diào)速。rl、rm、rh是低﹑中﹑高三段速速度選擇端子，sd是輸入公共端，stf是啟動正轉(zhuǎn)信號，str是啟動反轉(zhuǎn)信號。當(dāng)y10，y11有輸出時(shí)，變頻器為低速運(yùn)行;當(dāng)y10，y12有輸出時(shí)，為中速運(yùn)行;當(dāng)y10，y13有輸出時(shí)為高速運(yùn)行。三段速分別設(shè)置為20hz、30hz、45hz。在模擬量調(diào)速時(shí)，通過編程，三菱fx2n系列可編程控制器根據(jù)操作臺發(fā)出的信號，選擇控制方式：模擬量調(diào)速或多段速調(diào)速。其控制系統(tǒng)還可以通過dos操作系統(tǒng)開發(fā)編程的微機(jī)作為上位機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能或結(jié)合觸摸屏技術(shù)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)動態(tài)適時(shí)控制或結(jié)合觸摸屏控制技術(shù)來操作控制實(shí)現(xiàn)有關(guān)功能。

　?。?） 三菱fx2n系列可編程控制器是小型化，高速度，高性能的產(chǎn)品，是fx系列中最高檔次的超小型程序裝置。

　　本文探討melsec fx2n-32mr在貨架組件（橫梁）冷彎機(jī)組中的應(yīng)用特點(diǎn)。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

　　2.1 工藝流程

　　工藝流程如圖1所示：

　　根據(jù)貨架組件（橫梁）的冷彎成型孔型設(shè)計(jì)及冷彎成型工藝要求，貨架組件（橫梁）冷彎機(jī)組共有12站牌樓構(gòu)成，鋼卷料由第一站牌樓前的帶料導(dǎo)引裝置將鋼帶穿入冷彎機(jī)組進(jìn)行冷彎成型加工，該冷彎機(jī)組主動力由22kw的三菱多功能矢量控制變頻器和異步變頻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成，各牌樓間的動力傳遞可采用鏈傳動或齒輪組來實(shí)現(xiàn);主控系統(tǒng)選用melsec

　　fx2n-32mr可編程控制器，閉環(huán)控制反饋信號由1200p/r的旋轉(zhuǎn)編碼器被動測量提供信號開關(guān)量并測長，根據(jù)所選的編碼器的線數(shù)以及要走的位置量，確定好對應(yīng)的計(jì)測脈沖數(shù)，然后設(shè)置plc，使其在計(jì)測到相應(yīng)的脈沖數(shù)時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的動作以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品定長切斷的精確控制，其基本長度控制精度可達(dá)±0.5mm以上，可重復(fù)長度控制誤差分布范圍最大不超過1mm。

　　2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的主要配置

　?。?） plc選用是fx2n-32mr，外加fx2n-232-bd通信模塊。各1只;

　?。?） 觸摸屏選用型號為：gp37w2-bg41-24v，或采用微機(jī)控制上位機(jī)系統(tǒng);

　?。?） koyo旋轉(zhuǎn)編碼器trd-nh1200-rz及測量輥、24v開關(guān)電源，各1臺;

　　（4） 三菱多功能矢量控制變頻器：fr-a540-22k-ch變頻器，1臺;

　?。?） 三相籠型交流異步電動機(jī)：y系列，4極，22kw，1臺;

　?。?） 其它電氣選配件。

3 電氣閉環(huán)控制系統(tǒng)原理

　　3.1 無極閉環(huán)系統(tǒng)的控制原理

　　要實(shí)現(xiàn)貨架組件（橫梁）的冷彎成型機(jī)組的閉環(huán)無級控制，必須根據(jù)變頻器和變頻電機(jī)的特性，即：在一定載荷下變頻器所存在的理想加速和減速特性曲線，或根據(jù)不同的品牌和規(guī)格的變頻器的特性參考資料、冷彎機(jī)組加工件的負(fù)荷特性、電機(jī)的負(fù)荷特性等進(jìn)行適時(shí)調(diào)整?；究刂圃砣鐖D2所示：

　　3.2 基本控制思想

　?。?）據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器測量反饋的當(dāng)前速度信號適時(shí)調(diào)整變頻器的輸出驅(qū)動頻率值，從而保證變頻電機(jī)能以要求的速度平穩(wěn)運(yùn)行;其還表現(xiàn)在必須根據(jù)具體冷彎產(chǎn)品的成型工藝要求、負(fù)荷波動規(guī)律等選擇相應(yīng)的速度控制模式，即初時(shí)運(yùn)動加速度與加速控制時(shí)間、平穩(wěn)運(yùn)行速度與距離、減速運(yùn)動加速度與控制時(shí)間等進(jìn)行變頻器的適時(shí)調(diào)整，確保主機(jī)運(yùn)行及控制反饋運(yùn)行過程的平穩(wěn)，消除不穩(wěn)定形成的系統(tǒng)超差故障;

　?。?）據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖測量數(shù)反饋當(dāng)前冷彎機(jī)組主電機(jī)的位移信號及預(yù)先設(shè)定的控制方案適時(shí)調(diào)整變頻器的輸出驅(qū)動頻率值，使變頻電機(jī)先以較高的速度運(yùn)行到接近冷彎產(chǎn)品控制切斷長度的位置后將速度平穩(wěn)降到較低的速度下工作，并在切斷控制處準(zhǔn)確制動停準(zhǔn)，必要時(shí)可采取機(jī)械抱閘系統(tǒng)來輔助快速定位，再通過輸出控制點(diǎn)發(fā)出切斷控制信號實(shí)現(xiàn)液壓停剪;plc控制系統(tǒng)在工作過程中實(shí)時(shí)采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，并不斷地與存放在軟件控制數(shù)據(jù)塊里的標(biāo)準(zhǔn)位置參數(shù)進(jìn)行比較和控制決策，從而達(dá)到快速準(zhǔn)確定位、提高作業(yè)效率的目的，并與監(jiān)控系統(tǒng)交換工作信息以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的全面動態(tài)管理。

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4 負(fù)載機(jī)械特性和變頻器的選型

　　該系統(tǒng)的電氣拖動主要是驅(qū)動冷彎軋輥運(yùn)動，其阻力矩tl取決于冷彎軋輥與鋼卷料之間的摩擦力fl與冷彎軋輥半徑r的乘積，即tl=fl×r。在這里，冷彎軋輥的半徑r是恒定不變的，摩擦力fl的大小與相應(yīng)的冷彎產(chǎn)品的孔型設(shè)計(jì)工藝水平、機(jī)組的傳動效率和相關(guān)材料與軋輥間的摩擦系數(shù)等有關(guān)，與轉(zhuǎn)速高低關(guān)系不大。這是典型的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載機(jī)械特性?？沙醪竭x用三菱fr-a540系列變頻器。

　　4.1 三菱fr-a540系列變頻器具有的特性

　　（1）采用先進(jìn)的磁通矢量控制。由于采用了精簡指令集計(jì)算機(jī)risc微處理芯片，使之具有全新的在線自動調(diào)整功能，使電機(jī)在不影響啟動速度的情況下迅速得到調(diào)整。

　　（2）具有多段速度選擇功能：它有高速rh、中速rm、低速rl、第二加/減速時(shí)間選擇rt、漏型公共輸入端sd等端子，可以通過plc的輸出點(diǎn)直接控制輸入端子的on/off狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)變頻器速度的上升、下降和精確停車。每檔速度的大小可由變頻器功能預(yù)置來設(shè)定。

　?。?）運(yùn)用了三菱首創(chuàng)“柔性脈寬調(diào)制”（soft-pwm）開關(guān)方式，實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行，并能減少對外射頻干擾，有利于鄰近的plc、旋轉(zhuǎn)編碼器的可靠運(yùn)行。

　?。?）調(diào)速范圍：1:120（0.5hz~60hz運(yùn)行時(shí)），且低頻運(yùn)行性能穩(wěn)定可靠，采用自動調(diào)整后，可以在不同的品牌的電機(jī)上實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)行。

　　4.2 變頻器的選型

　　貨架組件（橫梁）冷彎機(jī)組的主要功耗包括：用于貨架組件（橫梁）彎曲變形功率、克服輥?zhàn)优c工件之間的摩擦阻力及輥?zhàn)虞S承摩擦阻力、克服機(jī)組傳動阻力及功率損耗，一般采用經(jīng)驗(yàn)測算方法與簡單公式計(jì)算后放大倍數(shù)的方法共同核算，通常還根據(jù)冷彎成型的成功案例進(jìn)行類比測算，并依此確定具體型號變頻器的實(shí)際功率。

　　綜合多種因素，筆者選定了三菱fr-a540-22kw-ch變頻器。經(jīng)試驗(yàn)證明：針對貨架組件（橫梁）的冷彎成型機(jī)組采用pgl板反而會出現(xiàn)較大的定位誤差，故取消了pgl板設(shè)計(jì)，僅利用變頻器的多段速選擇和fr-a540的高性能來實(shí)現(xiàn)貨架組件（橫梁）的冷彎成型的定位控制。

5 外部接口設(shè)計(jì)

　　三菱fx2n型plc內(nèi)置多個(gè)高速計(jì)數(shù)器。經(jīng)過測量測試，選擇采用兩相兩計(jì)數(shù)輸入、應(yīng)答頻率為30khz的c251計(jì)數(shù)器，將旋轉(zhuǎn)編碼器的a、b輸出端與plc的x0、x1輸入點(diǎn)相連，可以穩(wěn)定地捕捉貨架組件（橫梁）冷彎機(jī)組上加工產(chǎn)品所需要的閉環(huán)控制反饋信號，實(shí)現(xiàn)冷彎產(chǎn)品的加工長度、位置定位后的程序比較及控制信號的輸出，實(shí)現(xiàn)冷彎產(chǎn)品的定長液壓停剪動作。機(jī)組最大運(yùn)行速度限制計(jì)算為：測量輥周長與應(yīng)答頻率為30khz的乘積再除旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，如我司選用的測量輥直徑為φ60mm，周長為188.5mm，則每秒最大運(yùn)動位移為：

　　188.5mm×30000÷1200=4.1725m

　　遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足貨架組件（橫梁）冷彎機(jī)組的最大運(yùn)行速度在20m/min的要求。

　　fx2n-32mr的輸出點(diǎn)的外部接線方式為分組式，有com0~com3共4個(gè)com點(diǎn)與16個(gè)輸出點(diǎn)對應(yīng)，可以靈活地選擇輸出點(diǎn)的電源形式。

　　用plc編寫一條32位的高速計(jì)數(shù)器區(qū)間比較復(fù)位指令dhsz，用觸摸屏對plc數(shù)據(jù)寄存器d賦值，數(shù)值以理論脈沖數(shù)為基準(zhǔn)增減，再與c251記錄的編碼器脈沖數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)數(shù)據(jù)相等時(shí)，plc指令變頻器和電機(jī)停機(jī)。經(jīng)反復(fù)賦值試驗(yàn)，可以找到精確的編碼器脈沖總數(shù)。然后按照速度控制規(guī)律

　　的各段分配脈沖數(shù)，以指導(dǎo)plc適時(shí)向變頻器發(fā)出速度切換指令。試驗(yàn)時(shí)電機(jī)采用低速運(yùn)行，脈沖數(shù)或?qū)嶋H長度換算數(shù)以實(shí)際記錄為準(zhǔn)。

　　加速/減速時(shí)間的設(shè)置是變頻器參數(shù)設(shè)置的關(guān)鍵。冷彎機(jī)組遵循加速-運(yùn)行-減速-低速運(yùn)行正反轉(zhuǎn)調(diào)整-停止為一個(gè)運(yùn)行周期，每一周期中的間隔是冷彎產(chǎn)品的切斷過程及系統(tǒng)動作復(fù)位。合理設(shè)置這些參數(shù)，可以調(diào)整定位運(yùn)行的切斷控制精度及機(jī)組生產(chǎn)效率，使它適合負(fù)荷的要求。

6 結(jié)束語

　　plc+變頻器控制實(shí)現(xiàn)的多段速系統(tǒng)控制確保了貨架冷彎機(jī)組的自動化控制要求，具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠，定位精度高等特點(diǎn)。實(shí)踐也證明fr-a540-22kw變頻器完全滿足貨架冷彎機(jī)組的調(diào)速和基本定位控制要求，提高了生產(chǎn)效率。此種plc+變頻器控制方式也可用于其他需要速度配合及定位控制的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。

　　根據(jù)今后貨架冷彎機(jī)組的自動化發(fā)展方向，將成型速度的設(shè)定與控制理論的發(fā)展與應(yīng)用、成型輥輥型設(shè)定與實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)、具體機(jī)械設(shè)備的故障診斷的處理與顯示等與具體的plc控制功能和發(fā)展相結(jié)合，必然能促進(jìn)貨架冷彎機(jī)組的自動化發(fā)展水平。

（轉(zhuǎn)載）