《畢業(yè)設(shè)計－汽車涂裝機械化輸送控制系統(tǒng)統(tǒng)計》

1、汽車涂裝機械化輸送控制系統(tǒng)設(shè)計作者姓名： 專業(yè)名稱：電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師： 摘要現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。具有全數(shù)字化通信、開放性、互可操作性與互用性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高度分散性等技術(shù)特征，在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。汽車車身油漆涂裝生產(chǎn)線生產(chǎn)車型變化多，生產(chǎn)靈活性大，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，采用現(xiàn)場總線分布式結(jié)構(gòu)，控制信號只要送到設(shè)備附件的控制模塊中，再通過總線送至控制中心。這樣使系統(tǒng)構(gòu)成簡單，方便維護(hù)。隨著現(xiàn)代化工廠的自動化程度不斷提高，要求控制系統(tǒng)的各部件實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。PLC技術(shù)，通訊技術(shù)，變頻器技術(shù)的飛速開展，為我們實現(xiàn)現(xiàn)代化的傳動控制系統(tǒng)，到達(dá)

2、對控制系統(tǒng)的復(fù)雜要求，提供了良好的技術(shù)根底和理論根底。本論文以汽車涂裝生產(chǎn)線為設(shè)計對象，以構(gòu)建涂裝生產(chǎn)線的自動化監(jiān)控系統(tǒng)為目標(biāo)，對相關(guān)控制技術(shù)進(jìn)行了研究，并設(shè)計開發(fā)了相應(yīng)的控制系統(tǒng)、算法和軟件，實現(xiàn)了對涂裝生產(chǎn)線的監(jiān)測和控制功能。首先，設(shè)計了基于現(xiàn)場總線構(gòu)建涂裝生產(chǎn)線自動化監(jiān)控系統(tǒng)的總線技術(shù)。設(shè)計包括現(xiàn)場總線的功能特點、網(wǎng)絡(luò)模型、總線協(xié)議幾個方面。其次設(shè)計了電氣傳動的同步運行控制系統(tǒng)，改變了原有的機械軸傳動的同步運行控制方式，通過PLC作為算法控制器，采用變頻器驅(qū)動交流異步電機的低本錢方案。基于該硬件方案，設(shè)計實際約束條件下的PID控制算法，實現(xiàn)轉(zhuǎn)載處的同步運行控制。再次針對如何提高升降機調(diào)速

3、裝置運行過程中的平穩(wěn)性、平安性和高效性問題，分析了升降機的工作特點，建立調(diào)速過程中各工作參數(shù)間的關(guān)系，對PID參數(shù)進(jìn)行了整定，在現(xiàn)場對電機性能參數(shù)的測試結(jié)果進(jìn)行了分析，并對提升機矢量控制變頻系統(tǒng)的調(diào)速性能進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線PLC變頻調(diào)速組態(tài)軟件 同步控制AbstractField-bus is connected intelligent field devices and automation systems all-digital,bi-directional,multi-station communication system.With a fully digital commu

4、nication,openness,inter-operability and interoperability, system architecture and other technical features of a high degree of dispersion Body paint coating production line model changing,large production flexibility,on-site complex,using a distributed field-bus architecture,the control signal sent

5、to the device as long as the annex to the control module, and then sent through the bus control center.This will enable the system constitutes a simple,easy to maintain.With the modern factory automation rising,Control systems required to achieve the various components for data technology, communica

6、tions technology, inverter technology, the rapid development of our modernization drive control systems to meet the complex requirements of the control system, provides a food technical foundation and theoretical basis. In this paper, the automobile coating production line as the research object in

7、order to build coating production line automatic monitoring system as the target, the relevant control technology research, and design and development of the corresponding control systems, algorithms and software to achieve the right coating production line monitoring and control functions.In this p

8、aper, the automobile coating production line as the research object in order to build coating production line automatic monitoring system as the target, the relevant control technology research, and design and development of the corresponding control systems, algorithms and software to achieve the r

9、ight coating production line monitoring and control functions.First,the studies based on field bus painting production line to build automated monitoring system bus technology.The study features including field-bus,the network model,bus protocol,and several other aspects. Secondly,the design of the

10、synchronous operation of the electric drive control system,change the original mechanical drive shaft synchronous operation control method,through the PLC as an algorithm controller,inverter-driven AC induction motor using a low-cost program.Based on the hardware program,and design constraints under

11、 the condition of the actual PID control algorithm to achieve reproduced at the synchronous operation control.Second,for how to improve the lift speed regulating device in the smooth running,safety and efficiency issues,analyze the work of the lift characteristics of the process to establish timing

12、relationships between the various operating parameters of PID tuning parameters are,in the scene of motor performance parameters of the test results are analyzed,and hoist system,speed variable frequency vector control performance is analyzed.Keywords: Field-bus, PLC, Variable frequency device, conf

13、iguration software, speed synchronization control目錄摘要IAbstractII目錄IV1 緒論1課題背景及研究意義1涂裝生產(chǎn)線自動化技術(shù)需求概述3工程工藝根本介紹31.2.2 涂裝生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)技術(shù)需求4相關(guān)技術(shù)開展研究狀況52 機械化輸送自動化監(jiān)控系統(tǒng)總體技術(shù)設(shè)計7現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計7現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計7現(xiàn)場總線協(xié)議設(shè)計82.1.3 CC-LINK現(xiàn)場總線特點11工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計16機械化輸送監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及軟件功能總體設(shè)計173 涂裝機械化輸送控制技術(shù)設(shè)計20電機同步控制方案設(shè)計203.1.1 PID控制算

14、法213.1.2 PID補償算法的同步控制策略研究243.2 變頻調(diào)速在提升機上的應(yīng)用25變頻器的根本工作原理25閉環(huán)PID變頻調(diào)速控制系統(tǒng)26提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計28變頻器的選型28系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計29提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)性能測試與分析314調(diào)試結(jié)論34總結(jié)與愿望35致謝36參考文獻(xiàn)371 緒論制造業(yè)是國家國民經(jīng)濟(jì)開展的支柱，制造業(yè)的開展對一個國家的經(jīng)濟(jì)、社會、文化諸多方面的開展具有深刻的影響。傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷吸收計算機、信息、網(wǎng)絡(luò)通信、自動化、新材料、新能源和現(xiàn)代管理科學(xué)技術(shù)的最新成果，將其應(yīng)用于產(chǎn)品的研究與開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、管理和開拓等方面，從而形成了現(xiàn)代化的先進(jìn)制造技術(shù)。人類社會正步入信息

15、時代，信息和知識日益成為最重要的戰(zhàn)略資源和決定生產(chǎn)力、競爭力和經(jīng)濟(jì)成就的關(guān)鍵因素，知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)一步推動制造技術(shù)向縱深開展，集成化、智能化、敏捷化、全球化、虛擬化、標(biāo)準(zhǔn)化、綠色化成為先進(jìn)制造技術(shù)開展的趨勢。汽車制造業(yè)作為國家的支柱產(chǎn)業(yè)之一近年來開展迅速，隨著國外汽車業(yè)不斷以合作、合資等方式的涌入以及中國參加WTO后關(guān)稅壁壘的逐步打破，汽車產(chǎn)業(yè)的競爭日趨劇烈，參與競爭的國內(nèi)外廠家越來越多，對產(chǎn)品、質(zhì)量的要求也越來越高，對生產(chǎn)裝備的技術(shù)水平和穩(wěn)定性提出了更高的要求。涂裝技術(shù)作為汽車生產(chǎn)的四大工藝之一，近年來也得到了飛速開展。隨著汽車市場競爭的日趨劇烈以及環(huán)保呼聲的日漸高漲，汽車涂裝在保證高裝

16、飾性、高防腐蝕性能的同時，對于環(huán)境保護(hù)的效果、涂裝材料和涂裝生產(chǎn)本錢以及設(shè)備投資也越來越重視。目前涂裝線全面應(yīng)用國際領(lǐng)先的多功能穿梭機運輸處理方式和多功能自動噴涂機器人，可實現(xiàn)柔性生產(chǎn)工藝，同時適應(yīng)水性中涂和水性面涂。在現(xiàn)階段，大批量的汽車涂裝生產(chǎn)要求高度的自動化，涂裝設(shè)備及裝備已經(jīng)成為涂裝最關(guān)鍵的要素，因為它直接或間接影響涂裝線的開動率、工藝參數(shù)的穩(wěn)定性、涂裝生產(chǎn)質(zhì)量的一致性和一次合格率、涂裝材料利用率等，涂裝線在汽車工廠建設(shè)中所占的投資總是最高的。所以，汽車涂裝線關(guān)鍵配套件、車身自動噴涂及噴涂機器人噴涂工具及檢測儀器等的國產(chǎn)化，涂裝線專用的各種運輸設(shè)備和各種自動控制執(zhí)行元器件等的可靠性和壽

17、命提升，一直是我國汽車工業(yè)對涂裝裝備的迫切需求。隨著國家對節(jié)能環(huán)保政策的不斷完善，高效的涂裝線節(jié)能環(huán)保技術(shù)裝備也將是汽車工業(yè)不可缺少的。論文以復(fù)雜機電裝備產(chǎn)品的設(shè)計、制造與控制為背景，著重對與設(shè)計對象密切相關(guān)的控制技術(shù)進(jìn)設(shè)計，設(shè)計成果最終應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，以提高該機電設(shè)備產(chǎn)品的技術(shù)水平。論文設(shè)計對象為車身涂裝生產(chǎn)線，是一類復(fù)雜的機械裝備，是汽車制造的重要生產(chǎn)線之一。隨著工業(yè)自動化控制技術(shù)的開展，尤其是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)對制造業(yè)信息化的推動作用，國內(nèi)外用戶對生產(chǎn)線的自動化與信息化技術(shù)提出了新的要求。論文以構(gòu)建車身涂裝生產(chǎn)線自動化監(jiān)控系統(tǒng)為目標(biāo)，對相關(guān)控制技術(shù)展開了深入研究。在充分考慮產(chǎn)品本錢、性能指標(biāo)、

18、技術(shù)先進(jìn)性以及系統(tǒng)開發(fā)性、可擴(kuò)展行、易維護(hù)性等因素情況下，設(shè)計了基于現(xiàn)場總線的車身涂裝生產(chǎn)線自動化監(jiān)控系統(tǒng)，開發(fā)了監(jiān)控系統(tǒng)軟件，并通過控制算法設(shè)計，使生產(chǎn)線的同步運行控制系統(tǒng)與速度控制系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)到達(dá)要求，自動化的車身涂裝生產(chǎn)線增強了產(chǎn)品的國際市場競爭力，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，論文設(shè)計成果為我國工業(yè)盡點綿薄之力。除了具有實際應(yīng)用價值外，論文設(shè)計的意義還在于車身涂裝生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)中的各種控制問題，同樣存在于其他各類工業(yè)對象中，論文對相關(guān)控制技術(shù)的設(shè)計工作，對與這些工業(yè)對象的控制問題的解決具有參考意義，因此論文的設(shè)計工作同樣具有學(xué)術(shù)參考價值。論文設(shè)計的相關(guān)控制技術(shù)的普遍性及參考價值論述如

19、下：1采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建大型過程控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的開展趨勢?；诂F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的自動化生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)在大中型工業(yè)自動化系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，對于在國內(nèi)的中小型工業(yè)自動化系統(tǒng)中的推廣具有參考意義。2在傳動方式上，采用變頻器和交流異步電機作為驅(qū)動設(shè)備，設(shè)計合理的同步控制算法，實現(xiàn)了對具有較高位置同步要求的高速運動對象的運行控制，是一種以低硬件本錢構(gòu)建高性能控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，設(shè)計的同步控制算法，在具有類似運動系統(tǒng)特性及約束條件的工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計中具有參考意義。3基于變頻器的速度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，論文中通過PLC編制PID控制算法，算法簡單且易于實現(xiàn)，對輸送鏈的速度控

20、制取得了滿意效果，是智能控制理論與技術(shù)在解決這類問題中的靈活應(yīng)用，對類似的設(shè)計具有參考意義。1.工程工藝根本介紹：涂裝車間的機械化輸送設(shè)備系統(tǒng)采用空中地面輸送鏈與摩擦輸送線相結(jié)合的機械化輸送設(shè)備系統(tǒng)，系統(tǒng)的主要任務(wù)是：確保焊裝車間運送過來的各種型號的合格白車身及局部備件在涂裝車間完成從前處理、電泳、車身烘干、密封膠、噴涂等全部工藝要求的工序，并將合格車身送到總裝車間的輸送線上。主要設(shè)備包括空中/地面輸送鏈、叉式移載設(shè)備、升降機、定位機構(gòu)等。本工程的涂裝生產(chǎn)線的根本技術(shù)參數(shù)為：生產(chǎn)凈節(jié)拍為33輛/小時，電泳膜厚20m，中涂膜厚30-40m，底部側(cè)圍PVC膜厚500-700m，外部清漆35-60m

21、。前處理總長200m，電泳總長100m。各工藝鏈、輸送鏈相對獨立。轉(zhuǎn)載設(shè)備的節(jié)拍要求0.82分鐘/臺。 涂裝生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)技術(shù)需求針對生產(chǎn)線控制和性能方面的技術(shù)指標(biāo)，經(jīng)過綜合分析，確定了構(gòu)建涂裝自動化生產(chǎn)線自動化監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務(wù)。1構(gòu)建涂裝車間機械化輸送系統(tǒng)的集中監(jiān)控系統(tǒng)機械化輸送系統(tǒng)都配備了人機界面和主控PLC控制系統(tǒng)。PLC從現(xiàn)場設(shè)備采集設(shè)備參數(shù)、工藝參數(shù)、報警信息等數(shù)據(jù)，通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送給網(wǎng)絡(luò)機柜，網(wǎng)絡(luò)機柜再通過光纖傳輸給其他網(wǎng)絡(luò)機柜和中控室效勞器，控制系統(tǒng)允許監(jiān)控車間的所有設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)斷開時，各操作站可以操作和監(jiān)控本地設(shè)備。圖形化的人機界面系統(tǒng)顯示生產(chǎn)線上的設(shè)備運行狀況，可以遠(yuǎn)程自

22、動開啟和關(guān)閉線上設(shè)備，動態(tài)顯示現(xiàn)場各工位的情況，車身數(shù)量，設(shè)備報警信息，工藝參數(shù)等。圖形化的界面有利于快速發(fā)現(xiàn)和排除設(shè)備故障，及時修改和實時控制設(shè)備參數(shù)和工藝參數(shù)。2開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)生產(chǎn)信息化在構(gòu)建生產(chǎn)線集中監(jiān)控系統(tǒng)的根底上，開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，自動采集、記錄生產(chǎn)過程的各類信息，以多媒體方式實時顯示生產(chǎn)線加工過程，提供各種報警功能以及設(shè)備故障診斷與維護(hù)信息，并支持與上層管理網(wǎng)絡(luò)的信息共享，實現(xiàn)企業(yè)信息化的開展需要。3設(shè)計車身轉(zhuǎn)載機構(gòu)的同步運行控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)的傳動系統(tǒng)中，要保證多個執(zhí)行元件間的速度同步控制，常采用機械傳動剛性聯(lián)接裝置來實現(xiàn)。但有時假設(shè)多個執(zhí)行元件間的機械傳動裝置較大，執(zhí)行元件的

23、距離較遠(yuǎn)時，就只能考慮獨立控制的非剛性傳動聯(lián)接方法。本文對利用PLC和變頻器實現(xiàn)兩個裝置間的速度同步控制方法進(jìn)行設(shè)計。4設(shè)計提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)將提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)建為閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)，從而保證提升機速度穩(wěn)定可控，對干擾信號也有一定的抑制。由編碼器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速反應(yīng)信號，作為運行的位置指示，同時也作為速度的反應(yīng)信號。PLC根據(jù)給定速度信號與反應(yīng)信號的偏差進(jìn)行PID運算處理，得出控制信號進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整控制。1. 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)開展?fàn)顩r現(xiàn)場總線是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場的在測量設(shè)備與控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向、串行、多點通信的數(shù)字通信系統(tǒng)，基于現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)被稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線系統(tǒng)利用現(xiàn)場總線

24、開放的、具有互操作性的通信網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場各控制器和儀表設(shè)備互連，構(gòu)成了開放的、數(shù)字化、分布式控制系統(tǒng)，其控制功能徹底下放到現(xiàn)場，進(jìn)一步降低了控制系統(tǒng)的風(fēng)險和系統(tǒng)的安裝與維護(hù)費用?，F(xiàn)場總線作為智能設(shè)備聯(lián)系的紐帶，把掛接在總線上作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并與操作員站、工程師站等一起構(gòu)成自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程根本控制、工藝及控制參數(shù)修改、顯示、報警、監(jiān)控、優(yōu)化及管控一體化的綜合自動化功能?，F(xiàn)場總線的開展現(xiàn)狀：多總線標(biāo)準(zhǔn)共存、在劇烈的市場競爭中各現(xiàn)場總線類型協(xié)調(diào)開展、我國的現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用和設(shè)備制造相當(dāng)落后?，F(xiàn)場總線的開展趨勢：現(xiàn)場智能設(shè)備的智能化水平進(jìn)一步提高、現(xiàn)場總線開展為全面網(wǎng)絡(luò)化控

25、制系統(tǒng)。2. 工業(yè)監(jiān)控軟件技術(shù)開展?fàn)顩r工業(yè)監(jiān)控軟件是專門針對工業(yè)自動化系統(tǒng)及過程的實時監(jiān)視與控制軟件，其應(yīng)用對象和所執(zhí)行的任務(wù)相對固定，與其他類型軟件相比，其對軟件的實時性、穩(wěn)定性和可靠性具有更高的要求。負(fù)責(zé)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各種硬件設(shè)備的管理、操作、調(diào)度以及監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)信息的采集、傳輸、處理、存儲與顯示輸出等功能。工業(yè)監(jiān)控軟件的開展經(jīng)歷了一個從小型專用化到大型通用化的開展歷程。基于PC的工業(yè)監(jiān)控軟件的飛速開展是從微軟公司的Windows操作系統(tǒng)普及之后，與此同時，工業(yè)PC等硬件設(shè)備的價格也大幅降低，工業(yè)自動化生產(chǎn)線和大型裝備對監(jiān)控系統(tǒng)的需求旺盛，這一階段各種功能的工業(yè)監(jiān)控軟件飛速開展。工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件

26、的成熟為監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計提供了性能優(yōu)異的軟件開發(fā)平臺。在大中型工業(yè)自動化系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計中，系統(tǒng)集成工程師擯棄了以前自主開發(fā)監(jiān)控軟件的思路，選用適宜的監(jiān)抓而組態(tài)軟件來輔助監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計。當(dāng)前比擬有影響力的工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件有Intouch，IFix，RSVIEW32，Genesis，WINCC以及國內(nèi)的組態(tài)組、MCGSU。3. 變頻調(diào)速技術(shù)的開展?fàn)顩r變頻調(diào)速技術(shù)是國際上各大電氣公司在上世紀(jì)90年代投入全力研制、開發(fā)。很多公司推出全數(shù)字化的矢量控制技術(shù)。目前變頻調(diào)速的控制方法有恒壓頻比控制，轉(zhuǎn)差頻率控制，矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制等。變頻調(diào)速具有較完美的機械特性，大大提高了作業(yè)效率，是控制系統(tǒng)大

27、為簡化、可靠性得到很大提高。4. 多電機同步控制策略研究現(xiàn)狀在實際應(yīng)用環(huán)節(jié)中，最初為在生產(chǎn)中實現(xiàn)同步控制，人們通過機械連接的方法來實現(xiàn)同步控制，但系統(tǒng)體積龐大、維護(hù)困難、無法實現(xiàn)無級調(diào)速，如控制對象間的距離較遠(yuǎn)那么無法實現(xiàn)。單片機、PLC、變頻器的出現(xiàn)使同步控制初步實現(xiàn)無軸化，人們可以利用PLC和變頻器來對電機進(jìn)行同步控制。系統(tǒng)之間通過硬接線、串行口或者其他接口連接。隨著驅(qū)動器通信能力的提高和現(xiàn)場總線技術(shù)的開展，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同步控制成為可能。2 機械化輸送自動化監(jiān)控系統(tǒng)總體技術(shù)設(shè)計隨著工業(yè)自動化系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，對監(jiān)控系統(tǒng)的實時性、可靠性和穩(wěn)定性的要求也不斷提高。基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)具有開放性

28、、互換性、總線式結(jié)構(gòu)、數(shù)字化通信、分布式控制以及現(xiàn)場設(shè)備智能化等優(yōu)點，已經(jīng)成為工業(yè)自動化監(jiān)控系統(tǒng)的開展趨勢。與此同時，監(jiān)控系統(tǒng)軟件技術(shù)的開展必須與工業(yè)自動化硬件網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，監(jiān)控軟件的功能必須滿足不斷開展的工業(yè)自動化系統(tǒng)的需要。工業(yè)監(jiān)P組態(tài)軟件技術(shù)的開展為監(jiān)控軟件的設(shè)計提供了開發(fā)平臺，提高了軟件功能塊的可重用性，通過多任務(wù)調(diào)度可提高軟件系統(tǒng)的可靠性和實時性。本章先對構(gòu)建機械化輸送生產(chǎn)線自動化監(jiān)控系統(tǒng)的兩大技術(shù)現(xiàn)場總線技術(shù)以及工業(yè)自動化監(jiān)控系統(tǒng)軟件技術(shù)進(jìn)行了研究，并在此根底上，設(shè)計了機械化輸送生產(chǎn)線自動化監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及監(jiān)控系統(tǒng)軟件的總體功能?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型描述了現(xiàn)場總線的分

29、層結(jié)構(gòu)，本節(jié)從功能特點、網(wǎng)絡(luò)模型、總線協(xié)議方面開展對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)技術(shù)的研究。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有以下功能特點：開放性、互操作性和互換性、數(shù)字化通信、總線式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、分布式控制、現(xiàn)場設(shè)備的智能化。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)屬于控制網(wǎng)絡(luò)類型，其直接面向工業(yè)生產(chǎn)過程應(yīng)用，要求要很高的實時性、可靠性、數(shù)據(jù)完整性和可用性。但為了滿足工業(yè)生產(chǎn)過程對控制網(wǎng)絡(luò)的要求，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)對標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行了簡化，一般只包括ISO/OSI七層網(wǎng)絡(luò)中的二層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。廣義的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，共包括了3層結(jié)構(gòu)，從底層向上依次為：過程控制層、制造執(zhí)行層和企業(yè)資源規(guī)劃層。

30、 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型廣義的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)模型中，現(xiàn)場設(shè)備層是整個網(wǎng)絡(luò)模型的核心，只有確?？偩€設(shè)備間可靠、準(zhǔn)確、完整的數(shù)據(jù)傳輸，上層網(wǎng)絡(luò)才能獲取真實信息及實現(xiàn)監(jiān)控功能。制造執(zhí)行層向上接口以及整個企業(yè)資源規(guī)劃層都在以太網(wǎng)范圍內(nèi)?，F(xiàn)場總線協(xié)議設(shè)計現(xiàn)場總線協(xié)議是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的核心，無論哪種現(xiàn)場總線系統(tǒng)，都有一套統(tǒng)一的現(xiàn)場總線協(xié)議?，F(xiàn)場總線協(xié)議是連接現(xiàn)場儀表與控制器之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，為了實現(xiàn)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的互操作性，要求在同一種現(xiàn)場總線系統(tǒng)內(nèi)部的各廠家生產(chǎn)的控制器與儀表設(shè)備必須遵循統(tǒng)一的總線協(xié)議?，F(xiàn)場總線協(xié)議規(guī)定了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信模型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分層結(jié)構(gòu)的各層接口標(biāo)準(zhǔn)等。論文在涂裝車間機械化輸送自動化系統(tǒng)

31、中應(yīng)用了CC-Link現(xiàn)場總線，本小節(jié)將只研究CC-Link現(xiàn)場總線協(xié)議。倍，使得它更適合于半導(dǎo)體制造等需要大容量和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域。CC-Link/LT的定位。圖2.2 CC-Link/LT的定位CC-Link/LT的特性有：1省配線特性：通過插線式連接通信電纜，易于接線，易于擴(kuò)展；高速刷新：刷新時間小于1ms；大規(guī)模的I/O控制；最大控制點到達(dá)1024點。2遠(yuǎn)程I/O特性：比CC-Link占用更小的空間，同樣點數(shù)的模塊體積是CC-Link的70%；除了8點，16點模塊外，還提供1、2、4點的微型單元；減少了4、8、16點模塊中不用的地址點。3使用更加方便：易于用參數(shù)設(shè)定和編程：無需繁瑣的

32、參數(shù)設(shè)定，控制程序和I/O模塊程序一樣；自動調(diào)整遠(yuǎn)程I/O速度：減少因設(shè)置粗心引起的麻煩；通過網(wǎng)絡(luò)整定方便查找錯誤：診斷功能跟蹤CC-Link，縮短因故障引起的停機時間。CC-Link/LT的系統(tǒng)配置如下圖，由于CC-Link10M的高速通信速度，因此廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)線、自動化傳送線、汽車生產(chǎn)線及樓宇自動化等各個現(xiàn)場控制領(lǐng)域。圖2.3 CC-Link/LT的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置表2.1 CC-Link/LT技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工程標(biāo)準(zhǔn)通信速度，625K，156K連接站數(shù)64站系統(tǒng)最大連接點數(shù)1024點電纜指定4芯電纜，兩芯通信，兩芯供電鏈接掃描時間小于1ms156Kbps連接32站小于16ms高可靠性繼承了C

33、C-Link實現(xiàn)高速可靠的數(shù)據(jù)傳輸通信速度/bps10M/5M/625K/156K最大鏈接點數(shù)位8192點輸入輸出同時使用時：16384點最大鏈接點數(shù)字4096點RWw：2048點、RWr：2048點最多占用站數(shù)4站瞬時傳送從站站號RAS功能自動上線功能、從站脫離功能數(shù)據(jù)鏈接狀態(tài)確實認(rèn)，離線測試，備用主站連接線纜CC-Link專用電纜三芯屏蔽電纜 CC-LINK現(xiàn)場總線特點1. 遠(yuǎn)程I/O站通信開關(guān)或指示燈的ON/OFF狀態(tài)使用遠(yuǎn)程輸入RX和遠(yuǎn)程輸出RY進(jìn)行通信。2. 遠(yuǎn)程設(shè)備站通信和遠(yuǎn)程設(shè)備站進(jìn)行交換的信號初始請求、發(fā)生錯標(biāo)志等等使用遠(yuǎn)程輸入RX和遠(yuǎn)程輸出RY進(jìn)行通信。到遠(yuǎn)程設(shè)備站的設(shè)定數(shù)據(jù)

34、用存放器RWw和RWr進(jìn)行通信。3. 本地站通信主站和本地站之間的通信使用兩種類型的傳送方法：循環(huán)傳送和瞬時傳送。4. 智能設(shè)備站通信主站和智能設(shè)備站之間的通信使用兩種類型的傳送方法：循環(huán)傳送和瞬時傳送。1循環(huán)傳送和智能設(shè)備站進(jìn)行交換的信號定位開始，定位結(jié)束等等用遠(yuǎn)程輸入RX和遠(yuǎn)程RY進(jìn)行通信。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)定位開始數(shù)，當(dāng)前進(jìn)給值等等用遠(yuǎn)程存放器RWw和RWr進(jìn)行通信。2瞬時傳送對智能設(shè)備站緩沖存儲器的讀RIRD或?qū)慠IWT可以任何時序進(jìn)行。5. 宕機預(yù)防從站切斷功能因為系統(tǒng)采用總線連接方法，即使一個模塊系統(tǒng)因停電而失效，也不會影響和其它正常模塊的通信，而且對于使用兩個端子排的模塊，可以在數(shù)據(jù)鏈接的

35、時候更換該模塊，切斷模塊電壓然后更換模塊。但是，如果斷開了電纜連接，就禁止了所有站的數(shù)據(jù)鏈接。6. 自動復(fù)位功能如果因斷電而從鏈接斷開的站復(fù)位到正常狀態(tài)，該站會自動參加數(shù)據(jù)鏈。7. 主站PLC CPU出錯時數(shù)據(jù)鏈接狀態(tài)設(shè)置如果主站的PLC CPU產(chǎn)生像“SP.UNIT EROR這樣的錯誤導(dǎo)致操作停止，數(shù)據(jù)鏈接狀態(tài)可以設(shè)定為“停止或者“繼續(xù)。如果是“BATTERY ERROR這樣可以繼續(xù)進(jìn)行操作的錯誤，那么不管設(shè)置如何，數(shù)據(jù)鏈接都將繼續(xù)。8. 設(shè)定來自數(shù)據(jù)鏈接出錯站的輸入數(shù)據(jù)狀態(tài)可以去除數(shù)據(jù)鏈接狀態(tài)出錯站輸入接收到的數(shù)據(jù)或者將它保持在出錯之前瞬間的狀態(tài)。9. 待機主站功能如果主站因PLC CPU

36、或者電源故障發(fā)生故障，這個功能可以通過所示。圖2.4 待機主站功能圖2.4 待機主站功能10. 遠(yuǎn)程設(shè)備站初始化流程注冊功能本功能用GPPW為遠(yuǎn)程設(shè)備站執(zhí)行初始設(shè)備，不用創(chuàng)立順控程序。11. 中斷程序的事件發(fā)布在GPPW設(shè)定條件讓PLC CPU執(zhí)行中斷程序時本功能發(fā)布一個事件。12. 自動CC-Link啟動通過安裝QJ61BT11,不用創(chuàng)立順控程序，只要翻開電源，就啟動CC-Link并刷新所有數(shù)據(jù)。但是，如果連接模塊的數(shù)目小于64的話，就有必要設(shè)定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)以穩(wěn)定優(yōu)化鏈接掃描時間。13. 根據(jù)系統(tǒng)選擇模式CC-Link有兩種模式：遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)模式和遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)模式。兩種模式的不同之處如表2.3。表

37、2.3 CC-link兩種模式遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)模式遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)模式可連接的站遠(yuǎn)程I/O站遠(yuǎn)程設(shè)備站智能設(shè)備站本地站待機主站遠(yuǎn)程I/O站傳送速率最大10Mbps最大10 Mbps鏈接掃描時間比遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)模式更快14. 保存站功能如果把沒有實際連接的站準(zhǔn)備在將來連接的站指定為保存站的話，就不會把它們做為故障站處理。圖2.5 保存站功能15. 出錯無效站設(shè)備功能通過設(shè)備網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，主站和本地站就不會把系統(tǒng)配置中斷電的模塊當(dāng)做“數(shù)據(jù)鏈接出錯的站處理，但是，一定要小心，因為不再檢測出錯。出錯無效站設(shè)備功能16. 掃描同步功能本功能使鏈接掃描和順控掃描同步。17. 暫出錯無效站設(shè)置功能通過這個功能，在線時主站和本地

38、站就不會把由GPPW指定的模塊當(dāng)做“數(shù)據(jù)鏈接出錯的站處理?？梢愿鼡Q模塊而不會在線上檢測到錯誤。18. 數(shù)據(jù)鏈接停止/重新啟動在使用數(shù)據(jù)鏈接時，可以停止和重新啟動它。19. 站號重合檢測功能本功能檢測連接站的狀態(tài)，來查看系統(tǒng)中已占用的站號是否重合或者是否有多于一個站的站號已設(shè)定為0。20. 瞬時傳送在這種傳送方法下，指定了對方并且在任意時刻下都執(zhí)行1:1通信。工業(yè)生產(chǎn)線現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控過程的本質(zhì)是一個信息流動的過程：設(shè)備狀態(tài)信息、工藝過程信息要傳送到操作監(jiān)控站和現(xiàn)場過程控制器，操作人員才可以了解生產(chǎn)線的實時狀態(tài)，控制器那么根據(jù)過程狀態(tài)決定如何去控制設(shè)備的動作；操作人員對工藝參數(shù)、控制參數(shù)的設(shè)定信息

39、要傳送到現(xiàn)場過程控制器，過程控制器要將控制信息傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備，現(xiàn)場設(shè)備才能夠執(zhí)行正確的操作。監(jiān)控系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)現(xiàn)場信息的組織、傳輸、存儲及規(guī)劃，按照事先確定的流程，以精確的時間序列為基準(zhǔn)，實現(xiàn)信息在設(shè)備、現(xiàn)場控制器、操作員站以及遠(yuǎn)程監(jiān)控端的實時流動。監(jiān)控系統(tǒng)軟件是整個監(jiān)控系統(tǒng)的靈魂，其對現(xiàn)場的硬件設(shè)備具有完全的支配作用。工業(yè)自動化監(jiān)控系統(tǒng)軟件的主要功能包括：通信功能、監(jiān)測功能、控制功能、管理功能、數(shù)據(jù)處理功能。工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件主要面向生產(chǎn)過程信息的采集與監(jiān)控，實時性、接口通用性、軟件功能模塊可重用性以及功能可擴(kuò)展性是需要重點考慮的因素。監(jiān)控組態(tài)軟件采用實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)來管理大量的對實時性有特殊要求

40、的過程數(shù)據(jù)，遵循OPC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)接口通用性，監(jiān)控組態(tài)軟件自身通常又是一個控件包容器，許多常用的軟件功能模塊被封裝為控件形式，容易被用戶組態(tài)，以實現(xiàn)軟件模塊的可重用性，同時支持自制控件和第三方控件的嵌入技術(shù)，以使監(jiān)控組態(tài)軟件具有較好的功能可擴(kuò)展特性。本小節(jié)主要研究構(gòu)成工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件的三大關(guān)鍵技術(shù)：實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)、OPC接口技術(shù)以及ActiveX控件對監(jiān)控組態(tài)軟件功能的擴(kuò)展。1實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)實時數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)和事務(wù)都有定時特性或定時限制的數(shù)據(jù)庫。實時數(shù)據(jù)庫向下與現(xiàn)場控制設(shè)備直接相連，向上可以連接到企業(yè)信息管理系統(tǒng)，在企業(yè)管理層和現(xiàn)場控制層之間構(gòu)成了數(shù)據(jù)信息通道。實時數(shù)據(jù)庫為監(jiān)控軟件系統(tǒng)提供了一

41、個高效的實時數(shù)據(jù)管理平臺，監(jiān)控軟件系統(tǒng)可以利用實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)對生產(chǎn)的工藝過程進(jìn)行監(jiān)測和優(yōu)化控制。2OPC接口技術(shù)OPC是一套在基于Windows操作平臺的工業(yè)應(yīng)用程序之間提供高效的信息集成和交互功能的組件對象模型ComP0nentobjectModel，COM接口標(biāo)準(zhǔn)，它以Microsoft的COM/DCOMCOM+技術(shù)為根底采用客戶/效勞器工作模式。OPC效勞器最主要的目的就是完成與底層或其它應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)交換，將底層的技術(shù)細(xì)節(jié)屏蔽起來，而作為數(shù)據(jù)最終使用方的OPC客戶端那么不關(guān)心具體的數(shù)據(jù)交換細(xì)節(jié)，它按照統(tǒng)一的OPC接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)從OPC效勞器端獲取數(shù)據(jù)。OPC接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)具有三個突出的

42、特點：開放性、互聯(lián)性和高效性。3ActiveX控件對監(jiān)控組態(tài)軟件的功能擴(kuò)展監(jiān)控組態(tài)軟件作為建立生產(chǎn)線過程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件工具，提供了豐富的繪圖功能、動畫功能、趨勢曲線功能、報表功能等，軟件設(shè)計者可以方便地組態(tài)出具有友好人機接口的過程監(jiān)控系統(tǒng)。為了實現(xiàn)軟件模塊的可重用性，通常將具有相似接口及功能的軟件程序模塊封裝為獨立的控件?？丶梢耘c整個軟件系統(tǒng)其它功能并行開發(fā)，縮短了軟件系統(tǒng)的開發(fā)周期?？丶蛲饨缣峁┑慕涌诤凸δ苁乔逦?，而向最終用戶屏蔽其功能的實現(xiàn)過程，而且控件可以分發(fā)給不同的應(yīng)用程序，同一應(yīng)用程序也可以在多個地方使用相同的控件，因此大大提高了軟件模塊的可重用性。監(jiān)控組態(tài)軟件將一些常見的功能

43、模塊封裝為ActiveX控件如趨勢曲線控件、報表控件、PID控制控件等并將這些控件與整個組態(tài)軟件開發(fā)系統(tǒng)一起分發(fā)給用戶。監(jiān)控組態(tài)軟件的框架通常是一個控件包容器，可以實現(xiàn)控件對象的連接與嵌入，因此可以方便地實現(xiàn)各種控件所提供的軟件功能?；诂F(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是工業(yè)自動化監(jiān)控系統(tǒng)的開展趨勢。根據(jù)本控制系統(tǒng)的組成及控制要求，可以將系統(tǒng)功能分為兩層：過程控制層和制造執(zhí)行層。系統(tǒng)留有以太網(wǎng)接口便于車間根據(jù)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境構(gòu)成企業(yè)資源規(guī)劃層，本節(jié)對企業(yè)資源規(guī)劃層暫不討論。過程控制層由現(xiàn)場設(shè)備和現(xiàn)場控制單元組成；制造執(zhí)行層由過程監(jiān)控單元組成?，F(xiàn)場設(shè)備和控制單元通過CC-Link現(xiàn)場總線連接；過程控制層和

44、制造執(zhí)行層通過H網(wǎng)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和網(wǎng)絡(luò)通訊。在本系統(tǒng)中，現(xiàn)場設(shè)備主要有電氣傳動單元、遠(yuǎn)程I/O等。其中現(xiàn)場控制單元為三菱Q02HCPU PLC并采用一塊QJ61BT11NCC-Link主站模塊?，F(xiàn)場設(shè)備為：三菱FR-A740系列變頻傳動裝置并配置通訊板FR-A7NC用于通過CC-Link連接到PLC主站上，CC-Link能夠在控制單元PLC和傳動系統(tǒng)之間進(jìn)行快速、周期性的數(shù)據(jù)交換。傳動裝置可以按主從特性存取。上一級的PLC作為主站，傳動裝置作為從站；遠(yuǎn)程I/O模塊AJ65SBTB和高速計數(shù)模塊AJ65BT-D62通過CC-Link連接到上一級控制單元PLC上，它和PLC通過CC-Link方式

45、進(jìn)行周期性的數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)中操作面板HMI作為二類主設(shè)備。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2.7所示。網(wǎng)段上連接的從設(shè)備包括配有通訊卡的FR-A740變頻器8個，遠(yuǎn)程I/O模塊32個，高速計數(shù)模塊4個。圖2.7 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖制造執(zhí)行層由工程師站和監(jiān)控管理站組成。工程師站的主要功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)定、通訊的定義、編程、調(diào)試、啟動、維護(hù)、文件歸檔、操作/診斷。監(jiān)控管理站的主要功能：數(shù)據(jù)歸檔、工藝流程顯示、實際參數(shù)及工作狀態(tài)顯示、報表輸出和打印。根據(jù)機械化輸送系統(tǒng)自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)，進(jìn)行了監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能的總體設(shè)計，監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括的主要功能模塊如圖2.8所示。軟件功能模塊根據(jù)其應(yīng)用特點以及對實時性的

46、要求由PLC、監(jiān)控上位機共同實現(xiàn)。圖2.8 監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要功能模塊3 涂裝機械化輸送控制技術(shù)設(shè)計本章研究工作的思路為：首先分析了轉(zhuǎn)載裝置運動控制的根本特性，在此根底上設(shè)計了兩種位置同步運行控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成方案，并由本錢控制原那么，選擇了由PLC、變頻器構(gòu)成的硬件方案。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷開展和控制理論的創(chuàng)新，有各種各樣的同步控制方案。主要有這么幾種運行方式：基于同一給定信號的并聯(lián)運行方式，各調(diào)速系統(tǒng)采用同一給定信號，這種方法線路簡單，容易實現(xiàn)。在啟動時不存在速度滯后問題，跟隨性能很好，但當(dāng)某一電機負(fù)載發(fā)生變化時會引起一定的速度誤差?；谕唤o定信號的串聯(lián)運行方式，這種方法以前一臺電機的轉(zhuǎn)速作

47、為下一臺電機的速度給定，這種控制線路簡單易行，但在階躍輸入起動過程的恒流升速階段，后一臺電機要比前一臺的轉(zhuǎn)速稍有滯后，啟動過程跟隨性能不是很理想，抗干擾性也不十分理想?；谘a償原理的控制方式，這種方法在各電機間采用同一個給定信號或以前一臺電機的轉(zhuǎn)速輸出作為下一臺電機的速度給定的根底上，比擬主動電機和從動電機的轉(zhuǎn)速，其差值經(jīng)補償器加到從動電機或主動電機的控制輸入端。利用PLC完成速度同步控制。并聯(lián)運行的多電機同步系統(tǒng)在加補償后同步跟隨性能和穩(wěn)態(tài)性能均有提高，抗干擾性能得到提高；串聯(lián)運行的多電機同步系統(tǒng)加轉(zhuǎn)速補償性能后同步跟隨性能和抗干擾性能也同樣得到提高?？梢詫崿F(xiàn)高精度高可靠性同步運轉(zhuǎn)。根據(jù)實際

48、現(xiàn)場情況，兩臺電機為一主一從方式，采用基于補償原理的同步控制式。電機同步控制網(wǎng)絡(luò)如下圖，采用三菱Q02HCPU PLC作為主控單元，通CC-Link現(xiàn)場總線跟FR-A7NC連接。兩臺三菱FR-A740變頻器配置FR-A7NC通卡。這兩臺變頻器分別控制一臺主電機和一臺從電機。兩臺電機都帶有旋轉(zhuǎn)編碼器饋轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)編碼器反應(yīng)轉(zhuǎn)速信號給變頻器的同時也反應(yīng)給PLC，PLC內(nèi)根據(jù)反的轉(zhuǎn)速信號做數(shù)據(jù)處理，并得出實際轉(zhuǎn)速，以及根據(jù)實際轉(zhuǎn)速所得到的補償值。上機機監(jiān)控軟件通過以太網(wǎng)連接到網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)的連接，并可監(jiān)控下位機的狀態(tài)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，發(fā)出相應(yīng)指令。圖3.1 電機同步控制網(wǎng)絡(luò)模型電機的同步由軟件和硬件局

49、部來共同實現(xiàn)。軟件局部由控制算法和通訊控制兩局部組成。在控制算法中，采用主電機啟動的同時從電機同步啟動跟隨，從電機在啟動速度和時間上保證了同步，在程序設(shè)計中， PID控制器的設(shè)計把主從電機的速度調(diào)整變成小范圍補償調(diào)整，從程序上保證了調(diào)整速度，使同步實時性有了保證。在通訊控制，CC-Link現(xiàn)場總線中的同步控制指令允許輸入和輸出同步，總線傳輸速度可以實現(xiàn)工業(yè)控制中對于同步的根本要求。硬件局部那么由設(shè)備局部組成。整個控制系統(tǒng)的搭建符合三菱控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，從硬件上保證了電機同步實施的可能性，而三菱Q02HCPU運算速度快，可以保證電機的高精度的同步控制。3.1.1 PID控制算法PID控制理論是最早

50、開展起來的控制理論，由于其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制過程，尤其適應(yīng)于可建立精確數(shù)學(xué)模型確實定性控制系統(tǒng)。圖3.2 PID控制模型PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值與控制器輸出值構(gòu)成控制偏差： 3.0將偏差的比例P、積分l和微分D通過線形組合成控制量，對被控對象進(jìn)行控稱之為PID控制器其控制規(guī)律為： 或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式： 簡單來說，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：比例環(huán)節(jié)：即時成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度，積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)，其越大，積分作用越大，反之

51、那么越強。微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號的變化趨勢變化速率，并能在偏差信號值變化太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。1. 數(shù)字PID控制算法隨著微機技術(shù)的迅猛開展，實際應(yīng)用中大多數(shù)采用數(shù)字PID控制器。其又分為位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。1位置式PID控制算法由于計算機控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量。因此，連續(xù)PID控制算法中積分和微分項不能直接使用，需要采用離散化方法。按模擬PID控制算法的算式，以一系列的采樣時刻點代表連續(xù)時間t，以求和代替積分，以增量代替微分。顯然，上述離散化過程中，采樣周期T必須足夠短，

52、才能保證有足夠的精度。經(jīng)簡化可得離散的PID表達(dá)式為： 這種算法的缺點是：由于全量輸出，所以每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計算時要對進(jìn)行累加，計算機運算工作量大。而且，因為計算機輸出的對應(yīng)的是執(zhí)行機構(gòu)的實際位置，如計算機出現(xiàn)故障，對應(yīng)的是執(zhí)行機構(gòu)的實際位置的大幅度變化，這種情況往往是生產(chǎn)實踐中不允許的，在某些場合，還可能造成重大的生產(chǎn)事故。2增量式PID控制算法所謂增量式PID是指數(shù)字控制的輸出只是控制量。當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)需要的是控制量的增量如步進(jìn)電機時都是與采樣周期、比例系數(shù)、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)有關(guān)的系數(shù)?？梢钥闯觯捎谝话阌嬎銠C控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，一旦確定了、只要使用前后三次測量

53、值的偏差，可求出控制增量。其優(yōu)點是：由于計算機輸出增量，所以誤動作時影響小，必要時可用邏輯判斷的方法去掉手動/自動切換時沖擊小，便于實現(xiàn)無擾動切換。此外當(dāng)計算機發(fā)生故障時，由于輸出通道或執(zhí)行裝置具有信號的鎖存作用，故能保持原值，算式中不需要累加。控制增量確實定，僅與最近K次的采樣值有關(guān)，所以比擬容易通過加權(quán)處理而獲得比擬好的控制效果。但增量控制也有其缺乏的地方：積分截斷效應(yīng)大，有靜態(tài)誤差；溢出的影響大。因此，在選擇時不可一概而論，一般認(rèn)為在以晶閘管作為執(zhí)行器或在控制精度要求高的系統(tǒng)中，可采用位置控制算法，而在以步進(jìn)電動機或電動閥門作為執(zhí)行器的系統(tǒng)中，可采用增量控制算法。2. 數(shù)字PID控制器采

54、樣周期的選擇進(jìn)行數(shù)字PID控制器參數(shù)整定時，首先應(yīng)該解決的一個問題是確定合理的采樣周期T。采樣周期T必須足夠短，才能保證有足夠的精度。但采樣周期短那么會加重計算機的任務(wù)，影響工作效率，因此應(yīng)合理選擇采樣周期。采樣周期T在計算機控制系統(tǒng)中是一個重要參量，從信號的保真度來考慮，采樣周期T不宜太長，也就是采樣角頻率不能太低，采樣角頻率給出了下限頻率是原來信號的最高頻率，從控制性能來考慮，采樣周期T應(yīng)盡可能的短，也即應(yīng)盡可能的高，但是采樣頻率越高，對計算機的運算速度要求越快，存儲容量要求越大，計算機的工作時間和工作量隨之增加。另外，采樣頻率高到一定程度，對系統(tǒng)性能的改善就不顯著了。所以，對每個回路都可

55、以找到一個最正確的采樣周期。3.1.2 PID補償算法的同步控制策略研究同步控制原理圖如圖3.3所示，以兩臺電機一主一從為例，主電機根據(jù)操作員設(shè)置一定的轉(zhuǎn)速指令啟動，此轉(zhuǎn)速設(shè)定可通過操作員工作站設(shè)置，也可以通過參數(shù)設(shè)置給變頻器。電機上安裝有測速裝置反應(yīng)電機的轉(zhuǎn)速，此轉(zhuǎn)速反應(yīng)給PLC和驅(qū)動器1驅(qū)動器為變頻器的組成局部，在PLC中根據(jù)反應(yīng)裝置反應(yīng)的轉(zhuǎn)速信號，進(jìn)行相關(guān)的運算，得出實際轉(zhuǎn)速，并反應(yīng)給監(jiān)控軟件，在上位機中的監(jiān)視屏幕上顯示出現(xiàn)在實際轉(zhuǎn)速。在驅(qū)動器1中進(jìn)行主電機的PID運算，此PID運算指令是變頻器本身所帶，對主電機進(jìn)行閉環(huán)控制，可在一定范圍內(nèi)主電機進(jìn)行微調(diào)，保證電機運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，控制電機進(jìn)

56、行平穩(wěn)運行。同時，從電機2根據(jù)此轉(zhuǎn)速信號啟動，并將反應(yīng)信號給驅(qū)動器2和PLC，驅(qū)動器2進(jìn)行從電機的PID運算控制電機的運轉(zhuǎn)速度。在PLC中根據(jù)相關(guān)程序計算出實際轉(zhuǎn)速，同時傳送到上位機監(jiān)控軟件中，顯示出實際轉(zhuǎn)速。但根據(jù)工藝精度的要求，驅(qū)動器2中簡單的PID運算雖然可以進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)速調(diào)整，但在時間上和精確性顯然達(dá)不到控制的要求。為實現(xiàn)從電機高速響應(yīng)主電機的轉(zhuǎn)速變化及迅速排除從電機中的擾動，從而實現(xiàn)高精度同步運行，可在PLC中設(shè)計一個轉(zhuǎn)速補償控制器進(jìn)行運算從而得出相應(yīng)的補償信號。首先在PLC中先設(shè)計一個轉(zhuǎn)速比擬器將主從電機反應(yīng)的轉(zhuǎn)速信號計算出對應(yīng)轉(zhuǎn)速后，再進(jìn)行比擬，得出轉(zhuǎn)速差及轉(zhuǎn)差率。在PLC中設(shè)計一個PID控制器，對轉(zhuǎn)速差和轉(zhuǎn)差率進(jìn)行相關(guān)處理，通過相應(yīng)程序，計算出一個補償附加給定值，通過CC-LINK總線傳送給從電機的驅(qū)動器2，對電機進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，從而實現(xiàn)雙電機同步運行控制。 雙電機同步控制原理圖3.2 變頻調(diào)速在提升機上的應(yīng)用提升機采用變頻調(diào)速系統(tǒng)徹底改變了原有電控調(diào)速用的交流接觸器及調(diào)速電阻，提