Profibus-DP總線(xiàn)技術(shù)在同步控制系統中的應用

　　Profibus總線(xiàn)控制技術(shù)及網(wǎng)絡(luò )同步控制是自動(dòng)化領(lǐng)域的重要控制技術(shù)。Profibus-DP是一種堅固耐用、功能強大、開(kāi)放性好的通訊總線(xiàn)．主要用于與現場(chǎng)設備的連接并快速、循環(huán)交換數據。多電動(dòng)機同步網(wǎng)絡(luò )運動(dòng)控制是指多個(gè)軸之間的運動(dòng)協(xié)調控制．主要應用在需要有電子齒輪箱和電子凸輪功能的控制系統中。目前，許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域同時(shí)涉及到Profibus總線(xiàn)和多電動(dòng)機同步控制。本文將Profibus-DP總線(xiàn)運用于數控橫剪生產(chǎn)線(xiàn)，解決粗矯、圓盤(pán)剪和精矯機同步問(wèn)題。提高系統的自動(dòng)化程度和控制精度。

1 多電機同步網(wǎng)絡(luò )運動(dòng)控制原理

　　1.1 多電機同步控制原理

　　同步運動(dòng)控制是指多個(gè)軸之間的運動(dòng)協(xié)調控制。其控制器控制算法常采用自適應前饋控制．通過(guò)自動(dòng)調節控制量的幅值和相位。保證在輸入端加一個(gè)與干擾幅值相等、相位相反的控制作用。以抑制周期干擾，保證系統同步控制。對于多電機同步控制系統．要實(shí)現電機轉速跟隨，當受到擾動(dòng)的電機轉速變化時(shí)。其他電機轉速隨該電機的轉速變化而變化，在系統受到擾動(dòng)后的初始狀態(tài)，電機之間的轉速趨于同步，即應盡快消除轉速偏差；當電機之間的轉速趨于同步時(shí)。要盡量減小轉速發(fā)生超調。因此，對于多電機同步系統需通過(guò)同步控制使各受控量的控制過(guò)程相互協(xié)調配合，使各變量之間保持協(xié)調．從而使整個(gè)系統達到技術(shù)合理、經(jīng)濟合算的協(xié)調工作狀態(tài)。目前使用的同步控制方法主要有：基于同一給定電壓的并聯(lián)運行方法、基于同一給定電壓的串聯(lián)運行方法、基于補償原理的控制方法以及基于現代控制理論的控制方法。本文采用基于同一給定電壓的并聯(lián)運行方法，其工作原理如圖1所示。

圖1基于同一給定電壓并聯(lián)運行同步控制

　　1.2 Profibus總線(xiàn)控制技術(shù)

　　Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區域的現場(chǎng)設備、儀表與控制室內的自動(dòng)控制裝置、系統之間的一種串行數字化、多點(diǎn)通訊的數據總線(xiàn)．根據應用特點(diǎn)分為Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA 3個(gè)兼容版本。其中，Profibus-DP是一種高速、經(jīng)濟的設備級網(wǎng)絡(luò )．它主要用于現場(chǎng)控制器與分散I／O之間的通信離．滿(mǎn)足交直流調速系統快速響應的時(shí)間要求。標準現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus-DP的硬件由主設備、從設備、網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)路等3部分組成。其中主設備用以控制總線(xiàn)數據傳輸．且在無(wú)提供外部請求時(shí)發(fā)送信息和被授權可訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)。從設

　　備是相對于主設備而言較為筒單的外部設備，未被授權訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)；網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)路如傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò )鏈接器，前者采用屏蔽雙絞電纜構成電氣網(wǎng)絡(luò )．采用塑料或玻璃纖維光纜構成的光纖網(wǎng)絡(luò )?；蚧趦煞N媒介之間由OLM轉換構成混合網(wǎng)絡(luò )；后者采用RS-485總線(xiàn)連接器、RS-485總線(xiàn)終端、RS-485中繼器、光鏈路模塊OLM等研。

2 多電機同步控制系統

　　數控橫剪生產(chǎn)線(xiàn)采用v1=v2=v3，同步關(guān)系，其控制系統組成通訊網(wǎng)絡(luò )：Profibus-DP；1個(gè)主站，主要設備PLC；10個(gè)從站，設備分別為2個(gè)觸摸屏、4個(gè)調速器、4個(gè)PLC遠程I／O端。整個(gè)控制系統由12個(gè)子系統組成。同步傳動(dòng)子系統結構如圖2所示。

圖2同步控制系統結構

　　同步傳動(dòng)子系統根據生產(chǎn)工藝要求，粗矯、圓盤(pán)剪和精矯機由3組4臺電動(dòng)機共同拖到同一鋼板．要求4臺電動(dòng)機是在線(xiàn)速度同步條件下運行。由于租矯、圓盤(pán)剪和精矯機3組系統與鋼板接觸的輥徑不同，要求的力矩也不同．所以各組的轉速比和電動(dòng)機容量都不同。對實(shí)現同步運行的技術(shù)水平和技巧性要求較高。系統分為厚板(大于8 mm)和薄板2種模式。在厚板模式下，粗矯機與圓盤(pán)剪都跟隨精矯機，要求三者完全同步；在薄板模式下，只要求粗矯機與圓盤(pán)剪完全同步。以厚板模式為例，當粗矯機、圓盤(pán)剪及精矯機線(xiàn)速度相同時(shí)，其對應轉速比為：

　　在實(shí)際操作時(shí)。在觸摸屏上將粗矯機、圓盤(pán)剪和精矯機設置為同一給定速度．需要在調速器中對給定參數乘以同步系數詹，在此以圓盤(pán)剪作為標準(因為圓盤(pán)剪沒(méi)有高低速切換)。由于粗矯機、圓盤(pán)剪和精矯機由3組4臺電動(dòng)機功率不同，此輪轉速比不同，輥徑不同．阻力力矩不同，存在多變量耦合問(wèn)題。帶來(lái)電動(dòng)機啟動(dòng)和停止時(shí)的不同步。功率小的電動(dòng)機慣性小，啟動(dòng)、停止都快。而功率大的電動(dòng)機啟動(dòng)、停止都慢，即功率小的南、北圓盤(pán)剪電動(dòng)機啟停都快，功率大的精矯輥電動(dòng)機啟停都慢．對此可通過(guò)調整調節器的上升時(shí)間和下降時(shí)間來(lái)解決。