自動化生產(chǎn)線中速度的同步控制原理及應(yīng)用

1、自動化生產(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)學院473009)摘要: 本文對自動年華生產(chǎn)線中的速度同步控制原理及應(yīng)用做了簡要介紹，對速度同步實現(xiàn)方法以及實際生產(chǎn)線上所需速度同步調(diào)整情況做了分類。文中還向詳細介紹了PLC 指令結(jié)合變頻器方法實現(xiàn)的單鏈多機同步和多鏈同步技術(shù)的基本設(shè)計思想和理論。關(guān)鍵字: 自動化生產(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，諸如機械制造、電器生產(chǎn)和汽車生產(chǎn)等，廣泛的使用自動化生產(chǎn)線(Automatic Production Line, APL,以下簡稱生產(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，快速擴大生產(chǎn)規(guī)模。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，離開了自動化生產(chǎn)線的企業(yè)是無法生存的1。在現(xiàn)代化的自動化生產(chǎn)線中，產(chǎn)品和原料的運輸和存儲設(shè)備都廣泛的采用鏈式輸送機，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。它采用比較先進的電器控制（如PLC），出了可以完成運輸、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。一般來說，這些鏈式輸送機可以分為通用型輸送機和積放式輸送機。雖然鏈式輸送機給現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)帶來極大的幫助，但同時它也帶來了一些的問題。在生產(chǎn)線中利用鏈式輸送機來進行產(chǎn)品輸送的工序時，對生產(chǎn)線的速度同步控制

5、往往是無法避免的，而對速度同步的調(diào)節(jié)實際上也就是一個電氣控制過程。要完成這個控制過程，可以根據(jù)實際的生產(chǎn)情況，添加相應(yīng)的硬件設(shè)施以及必要的軟件支持，通過這樣的手段來實現(xiàn)自動化生產(chǎn)線速度的同步控制。2. 同步控制基本理論2.1 同步調(diào)控方法概述在實際的生產(chǎn)過程中，各條鏈式輸送機的控制操作是通過控制相應(yīng)的驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，因為這些驅(qū)動裝置提供了自動化生產(chǎn)線的動力和調(diào)節(jié)輸送的速度。所以從某種意義上來說，鏈式輸送機的速度同步調(diào)節(jié)實際上也就是對電機的運行速度的同步調(diào)節(jié)2，調(diào)節(jié)電機速度的方法也就是實現(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、方法是在需要進行同步控制改造的電機上安裝變頻器，與此同時要把相應(yīng)的檢測裝置安裝在生產(chǎn)線特定的位置上。在整套設(shè)備運行時，檢測裝置把信息反饋給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，實現(xiàn)輸送機的速度同步調(diào)節(jié)控制。采用這種方式的優(yōu)點是它靈活性比較強，可以采取有級變速或者無級變速的電機調(diào)節(jié)模式，方便調(diào)整，可控性能可靠，受生產(chǎn)線運行均衡性的影響比較小。它的缺點是，調(diào)節(jié)速度和準確度上比下面要介紹的全反饋PC機同步控制要差一點。全反饋PC機同步控制全反饋PC機同步控制利用了PC機，它在驅(qū)動機電和其它動力輸出裝置上安裝了脈沖發(fā)射器，將脈沖信號反饋給PC機，PC機再控制電機等動力輸出裝置來實現(xiàn)

7、速度的同步。這個方法與上面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，準確度高的優(yōu)點。它的缺點是過分的依賴整個生產(chǎn)線運行的均衡性，一旦遇到急停或者停電等情況，這個系統(tǒng)就會崩潰，而它的維修與恢復(fù)往往需要專業(yè)的人員才能夠完成。定向反饋改變勵磁電流同步控制定向反饋改變勵磁電流同步控制方法采用了電磁調(diào)速電動機，它包括籠形異步電動機、控制器、測速發(fā)電機和轉(zhuǎn)差離合器。系統(tǒng)運行時，測速發(fā)電機將信號反饋給控制器，控制器根據(jù)運行速度的具體情況調(diào)整轉(zhuǎn)差離合器中的勵磁電流，進而調(diào)整驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速和力矩，滿足實時的生產(chǎn)過程中的同步需求。表1.1 電機調(diào)速控制方法上表中的同步控制方法應(yīng)該根據(jù)各個企業(yè)實際的情況

8、采取恰當?shù)姆椒?，才能夠既滿足生產(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際的工業(yè)自動化生產(chǎn)線上，鏈式傳送機上的產(chǎn)品都是以一定的間距分布在生產(chǎn)線上的，電機驅(qū)動傳送機運動，按照規(guī)定的順序完成各個工藝操作，制造出符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品3。在整個運行過程中的最重要的參數(shù)就是鏈條在運行過程中所承受的總張力與總負荷，其它因素如輸送線的距離及工藝的繁復(fù)程度也會造成一定影響。鏈條在運行過程中，由于負荷過大，或者輸送距離過長，導致內(nèi)部張力將鏈條拉斷，導致某些電機獨立運行，與其它電機脫節(jié)，或者出現(xiàn)整個生產(chǎn)線不能正常同步運行的情況。這是實際生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的生產(chǎn)線速度不能同步運行的情況。從上述情況可以歸

9、納出自動化生產(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)容單鏈多機同步控制多鏈同步控制單鏈多機同步控制是針對多臺電機共同驅(qū)動一條輸送鏈的情況。在這種情況下，整條輸送鏈的負荷按照一定的比例分配給各臺電機，它的速度是根據(jù)實際生產(chǎn)需求控制的。但是實際的生產(chǎn)情況總是復(fù)雜多變的，會存在一些人為無法控制的因素，造成個臺電機運行速度的差異，這時候就必須采取相應(yīng)的措施來解決它們的同步問題。多鏈同步控制是針對工序繁多、工藝復(fù)雜、跨度大的大規(guī)模制造業(yè)的，如汽車制造等，這類自動化生產(chǎn)線由多條獨立的輸送鏈構(gòu)成。根據(jù)實際生產(chǎn)情況的要求，各條輸送線的速度必須同步，才能夠使整個生產(chǎn)過程順利進行。如果無法實現(xiàn)它們

10、的同步，就會出現(xiàn)某條生產(chǎn)線上產(chǎn)品積壓或者某段生產(chǎn)線產(chǎn)品空缺的問題。表1.2 速度同步控制模式總之，在自動化生產(chǎn)過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)基本模式只是一個最簡單和最基礎(chǔ)的劃分，企業(yè)還應(yīng)根據(jù)實際的情況采取相應(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現(xiàn)方法。3. PLC 指令結(jié)合變頻器方法3.1單鏈多機速度同步實現(xiàn)3.1.1原理概述最簡單的單鏈多機輸送系統(tǒng)，可以是一條由三臺電機共同拖動的輸送鏈。在這條輸送鏈中，鏈條的初張力是由裝置在每臺驅(qū)動裝置下游的鏈條張緊裝置提供的。這個裝置的另一個功能是實現(xiàn)摩擦磨損的補償以及鏈條熱脹冷縮的長度調(diào)節(jié)。這

11、個裝置的動力是由氣缸提供的，通過氣缸的來回推動達到與鏈條張力的平衡，氣缸會根據(jù)鏈條張力的變化來調(diào)整自己向內(nèi)或者向外移動。但是在實際生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)鏈上個驅(qū)動裝置驅(qū)動的鏈條張力往往無法保持平衡，各臺電機的運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)各個張緊裝置的位置變化來檢測整條自動化生產(chǎn)線的同步情況。這個方法的具體做法是在張緊裝置上安裝位置檢測推桿，然后在推桿一側(cè)按順序安裝三個限位開關(guān)以及1個擋塊。這些附加裝置工作時，推桿的移動范圍被分為三段，分別代表各段鏈條工作時處于正常、過松或者過緊的狀態(tài)。這三個狀態(tài)時推桿的具體位置是是根據(jù)實際情況來劃分的，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，在實際生產(chǎn)過程中有一段輸送鏈上端的驅(qū)動速度比下游的驅(qū)動速度要高，則這個裝置會采取變化使鏈條松弛，使得張力變小，張緊裝置推動推桿進入過松段；反之，如果輸送鏈上端的驅(qū)動速度比下游的驅(qū)動速度要低，那么裝置會使鏈條拉緊，使張力上升，張緊裝置推動推桿進入過緊段；當輸送鏈上下游的驅(qū)動速度基本平衡時，裝置保持推桿處于正常位置。這個系統(tǒng)是通過PLC來檢測張緊裝置推桿的位置來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)，實現(xiàn)速度的減小與增加。3.1.2電控裝置在改造過的自動化生產(chǎn)線中，驅(qū)動電機上都裝只有變頻器，把其中一臺驅(qū)動電機作為參考的基準，并保持它在整個工作過程中的運行速度不

13、變，而剩下的兩臺驅(qū)動電機是需要變速調(diào)整的，它們的運行速度被劃分為高、低、中三個檔位。主控PLC與驅(qū)動電機的接觸器、變頻器的控制器以及各個檢測開關(guān)連接，這樣PLC就可以發(fā)出指令控制各個裝置的工作狀態(tài)。這種方法在一定程度上還可以實現(xiàn)節(jié)約成本的目的，因為它的PLC并不需要專門的控制模塊。采用這種方法，各個變頻器的每一檔的速度以及檔速的差可以通過停機用手來調(diào)整，屬于無級變速，盡管各個驅(qū)動電機在工作時是有級變速的。在實際工作前，將各個驅(qū)動電機的檔速調(diào)整為生產(chǎn)所需要的，尤其是作為基準的電機，這樣才能夠保證生產(chǎn)的順利進行。3.1.3 控制程序這條生產(chǎn)線工作時，各臺驅(qū)動電機張緊裝置將限位開關(guān)的工作位置反饋給P

14、LC控制平臺，根據(jù)限位開關(guān)的工作位置PLC像驅(qū)動電機發(fā)送“加速”、“減速”或者“停機”這幾個命令，其中PLC對選擇作為基準的驅(qū)動電機只發(fā)送一個命令“停機”。如果某條輸送鏈由多臺電機驅(qū)動，各個反饋信號傳輸給PLC以后，經(jīng)過分析會將最終的指令傳輸給驅(qū)動東電機，各臺驅(qū)動電機的反饋信號都會影響PLC最終的判斷，以使每臺驅(qū)動電機達到工作匹配平衡。3.2 多鏈同步實現(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行變得尤為重要，否則整個生產(chǎn)線都將亂套。多鏈生產(chǎn)的速度同步實現(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 多鏈同步分類在實際生產(chǎn)過程中多鏈速度同步問題多產(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推頭，感應(yīng)開關(guān)被安裝在兩者之間的某一個固定位置。如果將其中一臺電機作為基準，那么這臺電機的檢測推頭的感應(yīng)開關(guān)只需要一個作為基準開關(guān)。另一條需要做速度同步調(diào)整的電機可以布置N個感應(yīng)開關(guān)，把檢測推頭安置在N+1個位置，以使PLC能夠知道每一個檢測推頭相對于基準電機的相對位置。當生產(chǎn)線運行時，基準電機會向PLC發(fā)送信號，PLC這時候檢測需

16、同步段感應(yīng)推頭所處的位置，對速度過慢區(qū)域，則發(fā)出加速指令；對速度過快區(qū)域，則發(fā)出減速指令；對速度太快或太慢區(qū)域則發(fā)出讓基準電機或需同步電機停運一段時間再啟動的指令；對運行速度正常的區(qū)域，則發(fā)出保持運行的指令。從上面的同步實過程可以看出，兩條輸送鏈的速度同步是將它們的速度同步問題轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的檢測推頭的位置同一性問題。由于將基準推桿均勻安置在了需同步調(diào)整輸送鏈上，因而相對于基準電機的同步調(diào)整是周期性的進行的。針對等速同步與比例同步兩種情況，檢測推頭要么等間距安置，要么按一定的比例來安置，來實現(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)論這篇文章對自動化生產(chǎn)線的速度同步實現(xiàn)的簡紹具有普遍的意義，其中介紹的在實際生產(chǎn)過程中需要的兩種速度同步調(diào)整輸送鏈單鏈多機同步和多鏈同步實現(xiàn)具有重要的現(xiàn)實意義，它采用PLC以及變頻調(diào)速相結(jié)合，簡單、準確、可靠、實用性強。盡管目前有很多關(guān)于自動化生產(chǎn)線速度同步控制實現(xiàn)理論的技術(shù)和文章很多，但筆者仍希望這篇文章對從事這方面技術(shù)的工程技術(shù)人員有一定的參