1、自動(dòng)化生產(chǎn)線中速度的同步控制原理及應(yīng)用劉明黎(河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院473009)摘要: 本文對(duì)自動(dòng)年華生產(chǎn)線中的速度同步控制原理及應(yīng)用做了簡(jiǎn)要介紹，對(duì)速度同步實(shí)現(xiàn)方法以及實(shí)際生產(chǎn)線上所需速度同步調(diào)整情況做了分類。文中還向詳細(xì)介紹了PLC 指令結(jié)合變頻器方法實(shí)現(xiàn)的單鏈多機(jī)同步和多鏈同步技術(shù)的基本設(shè)計(jì)思想和理論。關(guān)鍵字: 自動(dòng)化生產(chǎn)線、速度控制、同步控制Automatic production line of the speed of synchronous control principle and applicationAbstract: in this paper, the automati

2、c production line synchronous speed control of time principle and application are briefly introduced, for the speed of synchronization method and the actual production line needed adjustments synchronous speed to sort out. The paper also introduces to the detailed instructions inverter method combin

3、ing PLC of the single machine synchronous and much more chain synchronous technology of basic design thought and theory.Key word: automatic production line, speed control, synchronous control1. 緒論現(xiàn)代工業(yè)中，諸如機(jī)械制造、電器生產(chǎn)和汽車生產(chǎn)等，廣泛的使用自動(dòng)化生產(chǎn)線(Automatic Production Line, APL,以下簡(jiǎn)稱生產(chǎn)線)，一方面，它能夠節(jié)約人力等方面的成本，另一方面，它能夠提高

4、生產(chǎn)效率，快速擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，離開(kāi)了自動(dòng)化生產(chǎn)線的企業(yè)是無(wú)法生存的1。在現(xiàn)代化的自動(dòng)化生產(chǎn)線中，產(chǎn)品和原料的運(yùn)輸和存儲(chǔ)設(shè)備都廣泛的采用鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，例如，汽車、家電業(yè)、建材和化工等行業(yè)。這類輸送設(shè)備能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)制造業(yè)在生產(chǎn)率和柔性生產(chǎn)方面的諸多要求。它采用比較先進(jìn)的電器控制（如PLC），出了可以完成運(yùn)輸、傳遞、升降等功能外，它還能夠完成一些較為復(fù)雜的工藝操作，具有高度的完備性。一般來(lái)說(shuō)，這些鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)可以分為通用型輸送機(jī)和積放式輸送機(jī)。雖然鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)給現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)極大的幫助，但同時(shí)它也帶來(lái)了一些的問(wèn)題。在生產(chǎn)線中利用鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品輸送的工序時(shí)，對(duì)生產(chǎn)線的速度同步控制

5、往往是無(wú)法避免的，而對(duì)速度同步的調(diào)節(jié)實(shí)際上也就是一個(gè)電氣控制過(guò)程。要完成這個(gè)控制過(guò)程，可以根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)情況，添加相應(yīng)的硬件設(shè)施以及必要的軟件支持，通過(guò)這樣的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線速度的同步控制。2. 同步控制基本理論2.1 同步調(diào)控方法概述在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，各條鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的控制操作是通過(guò)控制相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)檫@些驅(qū)動(dòng)裝置提供了自動(dòng)化生產(chǎn)線的動(dòng)力和調(diào)節(jié)輸送的速度。所以從某種意義上來(lái)說(shuō)，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的速度同步調(diào)節(jié)實(shí)際上也就是對(duì)電機(jī)的運(yùn)行速度的同步調(diào)節(jié)2，調(diào)節(jié)電機(jī)速度的方法也就是實(shí)現(xiàn)速度同步的方法，這些控制方法如下表所示：PLC 指令結(jié)合變頻器同步控制PLC 指令結(jié)合變頻器同步控制

6、方法是在需要進(jìn)行同步控制改造的電機(jī)上安裝變頻器，與此同時(shí)要把相應(yīng)的檢測(cè)裝置安裝在生產(chǎn)線特定的位置上。在整套設(shè)備運(yùn)行時(shí)，檢測(cè)裝置把信息反饋給PLC，PLC根據(jù)各條輸送鏈的狀態(tài)要求變頻器加速或者減速，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的速度同步調(diào)節(jié)控制。采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是它靈活性比較強(qiáng)，可以采取有級(jí)變速或者無(wú)級(jí)變速的電機(jī)調(diào)節(jié)模式，方便調(diào)整，可控性能可靠，受生產(chǎn)線運(yùn)行均衡性的影響比較小。它的缺點(diǎn)是，調(diào)節(jié)速度和準(zhǔn)確度上比下面要介紹的全反饋PC機(jī)同步控制要差一點(diǎn)。全反饋PC機(jī)同步控制全反饋PC機(jī)同步控制利用了PC機(jī)，它在驅(qū)動(dòng)機(jī)電和其它動(dòng)力輸出裝置上安裝了脈沖發(fā)射器，將脈沖信號(hào)反饋給PC機(jī)，PC機(jī)再控制電機(jī)等動(dòng)力輸出裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)

7、速度的同步。這個(gè)方法與上面PLC 指令結(jié)合變頻器同步控制方法相比具有反應(yīng)速度快，準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是過(guò)分的依賴整個(gè)生產(chǎn)線運(yùn)行的均衡性，一旦遇到急停或者停電等情況，這個(gè)系統(tǒng)就會(huì)崩潰，而它的維修與恢復(fù)往往需要專業(yè)的人員才能夠完成。定向反饋改變勵(lì)磁電流同步控制定向反饋改變勵(lì)磁電流同步控制方法采用了電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，它包括籠形異步電動(dòng)機(jī)、控制器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)差離合器。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)將信號(hào)反饋給控制器，控制器根據(jù)運(yùn)行速度的具體情況調(diào)整轉(zhuǎn)差離合器中的勵(lì)磁電流，進(jìn)而調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和力矩，滿足實(shí)時(shí)的生產(chǎn)過(guò)程中的同步需求。表1.1 電機(jī)調(diào)速控制方法上表中的同步控制方法應(yīng)該根據(jù)各個(gè)企業(yè)實(shí)際的情況

8、采取恰當(dāng)?shù)姆椒ǎ拍軌蚣葷M足生產(chǎn)的需求，又不增加生產(chǎn)本。2.2速度同步控制模式概述在實(shí)際的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上，鏈?zhǔn)絺魉蜋C(jī)上的產(chǎn)品都是以一定的間距分布在生產(chǎn)線上的，電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳送機(jī)運(yùn)動(dòng)，按照規(guī)定的順序完成各個(gè)工藝操作，制造出符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品3。在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中的最重要的參數(shù)就是鏈條在運(yùn)行過(guò)程中所承受的總張力與總負(fù)荷，其它因素如輸送線的距離及工藝的繁復(fù)程度也會(huì)造成一定影響。鏈條在運(yùn)行過(guò)程中，由于負(fù)荷過(guò)大，或者輸送距離過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致內(nèi)部張力將鏈條拉斷，導(dǎo)致某些電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，與其它電機(jī)脫節(jié)，或者出現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)線不能正常同步運(yùn)行的情況。這是實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的生產(chǎn)線速度不能同步運(yùn)行的情況。從上述情況可以歸

9、納出自動(dòng)化生產(chǎn)線中速度同步控制的兩種基本模式，如下表所示： 模式 內(nèi)容單鏈多機(jī)同步控制多鏈同步控制單鏈多機(jī)同步控制是針對(duì)多臺(tái)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)一條輸送鏈的情況。在這種情況下，整條輸送鏈的負(fù)荷按照一定的比例分配給各臺(tái)電機(jī)，它的速度是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求控制的。但是實(shí)際的生產(chǎn)情況總是復(fù)雜多變的，會(huì)存在一些人為無(wú)法控制的因素，造成個(gè)臺(tái)電機(jī)運(yùn)行速度的差異，這時(shí)候就必須采取相應(yīng)的措施來(lái)解決它們的同步問(wèn)題。多鏈同步控制是針對(duì)工序繁多、工藝復(fù)雜、跨度大的大規(guī)模制造業(yè)的，如汽車制造等，這類自動(dòng)化生產(chǎn)線由多條獨(dú)立的輸送鏈構(gòu)成。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況的要求，各條輸送線的速度必須同步，才能夠使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程順利進(jìn)行。如果無(wú)法實(shí)現(xiàn)它們

10、的同步，就會(huì)出現(xiàn)某條生產(chǎn)線上產(chǎn)品積壓或者某段生產(chǎn)線產(chǎn)品空缺的問(wèn)題。表1.2 速度同步控制模式總之，在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中的情況是非常復(fù)雜的，上述的速度同步調(diào)節(jié)基本方法及速度同步調(diào)節(jié)基本模式只是一個(gè)最簡(jiǎn)單和最基礎(chǔ)的劃分，企業(yè)還應(yīng)根據(jù)實(shí)際的情況采取相應(yīng)方法或者這些方法混合使用。下面一節(jié)將具體介紹最常用的同步控制實(shí)現(xiàn)方法。3. PLC 指令結(jié)合變頻器方法3.1單鏈多機(jī)速度同步實(shí)現(xiàn)3.1.1原理概述最簡(jiǎn)單的單鏈多機(jī)輸送系統(tǒng)，可以是一條由三臺(tái)電機(jī)共同拖動(dòng)的輸送鏈。在這條輸送鏈中，鏈條的初張力是由裝置在每臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置下游的鏈條張緊裝置提供的。這個(gè)裝置的另一個(gè)功能是實(shí)現(xiàn)摩擦磨損的補(bǔ)償以及鏈條熱脹冷縮的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)。這

11、個(gè)裝置的動(dòng)力是由氣缸提供的，通過(guò)氣缸的來(lái)回推動(dòng)達(dá)到與鏈條張力的平衡，氣缸會(huì)根據(jù)鏈條張力的變化來(lái)調(diào)整自己向內(nèi)或者向外移動(dòng)。但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)鏈上個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的鏈條張力往往無(wú)法保持平衡，各臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行速度也往往不一致。這種情況下，可以采取的方法是根據(jù)各個(gè)張緊裝置的位置變化來(lái)檢測(cè)整條自動(dòng)化生產(chǎn)線的同步情況。這個(gè)方法的具體做法是在張緊裝置上安裝位置檢測(cè)推桿，然后在推桿一側(cè)按順序安裝三個(gè)限位開(kāi)關(guān)以及1個(gè)擋塊。這些附加裝置工作時(shí)，推桿的移動(dòng)范圍被分為三段，分別代表各段鏈條工作時(shí)處于正常、過(guò)松或者過(guò)緊的狀態(tài)。這三個(gè)狀態(tài)時(shí)推桿的具體位置是是根據(jù)實(shí)際情況來(lái)劃分的，具體情況改變了，推桿位置劃分代表的情況

12、也要相應(yīng)改變。例如，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中有一段輸送鏈上端的驅(qū)動(dòng)速度比下游的驅(qū)動(dòng)速度要高，則這個(gè)裝置會(huì)采取變化使鏈條松弛，使得張力變小，張緊裝置推動(dòng)推桿進(jìn)入過(guò)松段；反之，如果輸送鏈上端的驅(qū)動(dòng)速度比下游的驅(qū)動(dòng)速度要低，那么裝置會(huì)使鏈條拉緊，使張力上升，張緊裝置推動(dòng)推桿進(jìn)入過(guò)緊段；當(dāng)輸送鏈上下游的驅(qū)動(dòng)速度基本平衡時(shí)，裝置保持推桿處于正常位置。這個(gè)系統(tǒng)是通過(guò)PLC來(lái)檢測(cè)張緊裝置推桿的位置來(lái)判斷輸送鏈條的工作情況，并發(fā)出指令控制變頻器改變工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)速度的減小與增加。3.1.2電控裝置在改造過(guò)的自動(dòng)化生產(chǎn)線中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)上都裝只有變頻器，把其中一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為參考的基準(zhǔn)，并保持它在整個(gè)工作過(guò)程中的運(yùn)行速度不

13、變，而剩下的兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)是需要變速調(diào)整的，它們的運(yùn)行速度被劃分為高、低、中三個(gè)檔位。主控PLC與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的接觸器、變頻器的控制器以及各個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)連接，這樣PLC就可以發(fā)出指令控制各個(gè)裝置的工作狀態(tài)。這種方法在一定程度上還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本的目的，因?yàn)樗腜LC并不需要專門的控制模塊。采用這種方法，各個(gè)變頻器的每一檔的速度以及檔速的差可以通過(guò)停機(jī)用手來(lái)調(diào)整，屬于無(wú)級(jí)變速，盡管各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在工作時(shí)是有級(jí)變速的。在實(shí)際工作前，將各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的檔速調(diào)整為生產(chǎn)所需要的，尤其是作為基準(zhǔn)的電機(jī)，這樣才能夠保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。3.1.3 控制程序這條生產(chǎn)線工作時(shí)，各臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)張緊裝置將限位開(kāi)關(guān)的工作位置反饋給P

14、LC控制平臺(tái)，根據(jù)限位開(kāi)關(guān)的工作位置PLC像驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)送“加速”、“減速”或者“停機(jī)”這幾個(gè)命令，其中PLC對(duì)選擇作為基準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)只發(fā)送一個(gè)命令“停機(jī)”。如果某條輸送鏈由多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，各個(gè)反饋信號(hào)傳輸給PLC以后，經(jīng)過(guò)分析會(huì)將最終的指令傳輸給驅(qū)動(dòng)?xùn)|電機(jī)，各臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的反饋信號(hào)都會(huì)影響PLC最終的判斷，以使每臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)達(dá)到工作匹配平衡。3.2 多鏈同步實(shí)現(xiàn)在一些大型的工業(yè)生產(chǎn)中，往往采取多條輸送鏈的自動(dòng)化生產(chǎn)的模式，在這樣的情況下，確保各條輸送鏈的同步運(yùn)行變得尤為重要，否則整個(gè)生產(chǎn)線都將亂套。多鏈生產(chǎn)的速度同步實(shí)現(xiàn)按照速度匹配關(guān)系可以分為兩種情況：等速同步比例同步等速同步要求各條輸送鏈的速度都

15、保持相同，這種同步方式主要用于操作工藝相似的多鏈生產(chǎn)中。比例同步的各條輸送鏈的速度必須滿足一定的比例，這種同步方式多用于不同的工序操作之中。表3.1 多鏈同步分類在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中多鏈速度同步問(wèn)題多產(chǎn)生在雙鏈的速度同步匹配上。在這種情下，兩條輸送鏈之間都均勻分布有檢測(cè)推頭，感應(yīng)開(kāi)關(guān)被安裝在兩者之間的某一個(gè)固定位置。如果將其中一臺(tái)電機(jī)作為基準(zhǔn)，那么這臺(tái)電機(jī)的檢測(cè)推頭的感應(yīng)開(kāi)關(guān)只需要一個(gè)作為基準(zhǔn)開(kāi)關(guān)。另一條需要做速度同步調(diào)整的電機(jī)可以布置N個(gè)感應(yīng)開(kāi)關(guān)，把檢測(cè)推頭安置在N+1個(gè)位置，以使PLC能夠知道每一個(gè)檢測(cè)推頭相對(duì)于基準(zhǔn)電機(jī)的相對(duì)位置。當(dāng)生產(chǎn)線運(yùn)行時(shí)，基準(zhǔn)電機(jī)會(huì)向PLC發(fā)送信號(hào)，PLC這時(shí)候檢測(cè)需

16、同步段感應(yīng)推頭所處的位置，對(duì)速度過(guò)慢區(qū)域，則發(fā)出加速指令；對(duì)速度過(guò)快區(qū)域，則發(fā)出減速指令；對(duì)速度太快或太慢區(qū)域則發(fā)出讓基準(zhǔn)電機(jī)或需同步電機(jī)停運(yùn)一段時(shí)間再啟動(dòng)的指令；對(duì)運(yùn)行速度正常的區(qū)域，則發(fā)出保持運(yùn)行的指令。從上面的同步實(shí)過(guò)程可以看出，兩條輸送鏈的速度同步是將它們的速度同步問(wèn)題轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的檢測(cè)推頭的位置同一性問(wèn)題。由于將基準(zhǔn)推桿均勻安置在了需同步調(diào)整輸送鏈上，因而相對(duì)于基準(zhǔn)電機(jī)的同步調(diào)整是周期性的進(jìn)行的。針對(duì)等速同步與比例同步兩種情況，檢測(cè)推頭要么等間距安置，要么按一定的比例來(lái)安置，來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的速度同步調(diào)整功能。這里的雙鏈速度同步調(diào)整時(shí)間上也是采用上述的PLC指令以及變頻調(diào)速方法。4.結(jié)論這篇文章對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線的速度同步實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)紹具有普遍的意義，其中介紹的在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中需要的兩種速度同步調(diào)整輸送鏈單鏈多機(jī)同步和多鏈同步實(shí)現(xiàn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，它采用PLC以及變頻調(diào)速相結(jié)合，簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、可靠、實(shí)用性強(qiáng)。盡管目前有很多關(guān)于自動(dòng)化生產(chǎn)線速度同步控制實(shí)現(xiàn)理論的技術(shù)和文章很多，但筆者仍希望這篇文章對(duì)從事這方面技術(shù)的工程技術(shù)人員有一定的參