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趙強(qiáng)1 錢(qián)曉龍2
東北大學(xué) 羅克韋爾自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室 110004
摘 要 本文分析了DeviceNet網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)及其報(bào)文結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)peer I/O對(duì)等通信原理的研究，提出了一種基于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)的多臺(tái)電機(jī)同步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并給出了軟硬件實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞 DeviceNet 變頻器 peer I/O 多電機(jī)同步
一、引 言
近年來(lái)，交流調(diào)速的發(fā)展十分迅速，變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、化工等各個(gè)行業(yè)。作為變頻調(diào)速系統(tǒng)中的控制核心部分的變頻器，最初是以單臺(tái)形式工作的，而現(xiàn)在各種大中型自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)則要求由多臺(tái)變頻器組成的同步控制、比例控制等復(fù)雜的控制系統(tǒng)，并且要相互協(xié)調(diào)，形成連續(xù)生產(chǎn)線(xiàn)的調(diào)速控制系統(tǒng)。
本文設(shè)計(jì)了基于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的多臺(tái)電機(jī)分布傳動(dòng)機(jī)制集中監(jiān)測(cè)和控制新系統(tǒng)，采用最少的硬件設(shè)備和簡(jiǎn)單的布線(xiàn)連接實(shí)現(xiàn)了多電機(jī)的同步、比例控制。與以往通過(guò)控制PLC設(shè)定運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換模塊發(fā)出（0~10VDC或4~20mA）信號(hào)控制變頻器的速度指令來(lái)完成的同步控制相比，大大降低了系統(tǒng)成本，增大了信號(hào)傳輸距離，增強(qiáng)了抗干擾能力，尤其適合遠(yuǎn)距離，多電機(jī)控制系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
選用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)完成電機(jī)的集成控制還具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如：
①支持設(shè)備的熱插拔，可帶電更換網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在線(xiàn)修改網(wǎng)絡(luò)配置，便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和改造。
②網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備的安裝比傳統(tǒng)的I/O布線(xiàn)更加節(jié)省費(fèi)用，尤其是設(shè)備分布在幾百米范圍內(nèi)時(shí)，更有助于降低安裝成本。
③利用RSNetwork for DeviceNet 可方便的對(duì)網(wǎng)上設(shè)備進(jìn)行配置，測(cè)試和管理。網(wǎng)上設(shè)備以圖形方式顯示工作狀態(tài)，一目了然。
目前，眾多DeviceNet 上變頻器的網(wǎng)絡(luò)適配器均支持peer I/O 連接報(bào)文的傳送，如20-comm-D（PowerFlex系列變頻器），1203-GU6（1305,1336系列變頻器），1336-GM6內(nèi)置適配器（1336系列變頻器）。本文所設(shè)計(jì)的多電機(jī)控制系統(tǒng)變頻器主從適配器間即采用peer I/O 報(bào)文進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送[1]。
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以一臺(tái)變頻器做主站通過(guò)主從通訊控制其他多臺(tái)變頻器的同步起停、轉(zhuǎn)向、點(diǎn)動(dòng)、比例跟隨等各種控制要求。
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用PowerFlex 70 變頻器來(lái)控制交流電機(jī)動(dòng)作。PowerFlex 70變頻器帶有5個(gè)串行端口，每個(gè)端口對(duì)應(yīng)不同的通訊設(shè)備。通過(guò)DPI端口與連接的20-COMM-D設(shè)備網(wǎng)適配器可以把變頻器直接掛在設(shè)備網(wǎng)上[2]。PC機(jī)通過(guò)外接設(shè)備網(wǎng)適配器20-COMM-D對(duì)DeviceNet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組態(tài)、軟件編寫(xiě)及在線(xiàn)監(jiān)控。
主適配器：
從適配器：
采用DriveExplorer軟件對(duì)主從多臺(tái)變頻器及適配器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如圖2所示。
三、通信的實(shí)現(xiàn)
主從適配器初始化完畢，即可通過(guò)對(duì)主從變頻器的參數(shù)設(shè)置來(lái)完成現(xiàn)場(chǎng)的控制要求。例如將主變頻器的控制邏輯值通過(guò)數(shù)據(jù)鏈結(jié)A1送出，速度參照值由數(shù)據(jù)鏈結(jié)A2送出。即可通過(guò)主變頻器的人機(jī)界面同時(shí)啟動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)向、點(diǎn)動(dòng)主從多臺(tái)變頻器。通過(guò)調(diào)節(jié)主從變頻器的速度參照比來(lái)調(diào)整從變頻器相對(duì)與主變頻器的運(yùn)行速度，使從電機(jī)按一定速度比跟隨主電機(jī)動(dòng)作。其速度的可在線(xiàn)調(diào)節(jié)性尤其適用于整條線(xiàn)路的電機(jī)分別用與主設(shè)備不同的速度運(yùn)行。每臺(tái)電機(jī)又均可按控制要求獨(dú)立調(diào)節(jié)其各參數(shù)。同理，可以通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接B來(lái)傳送主變頻器的其他參數(shù)如加減速時(shí)間等，從而更加精確地控制從變頻器的跟隨性能。主從變頻器間的連接及數(shù)據(jù)交換如圖3所示。
四、結(jié)束語(yǔ)
本文提出了一種基于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)的多臺(tái)電機(jī)同步控制系統(tǒng)，完成了以一臺(tái)變頻器做主站通過(guò)主從通訊控制其他多臺(tái)變頻器的同步起停、轉(zhuǎn)向、點(diǎn)動(dòng)、比例跟隨等各種控制要求。
實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，跟隨電機(jī)根據(jù)工藝要求按設(shè)定的比例精確同步跟隨牽引電機(jī)速度。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，控制方便。同時(shí)，系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性和很大的靈活性，可根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)選用功率匹配變頻器，組成單主、多主系統(tǒng)，以滿(mǎn)足不同的控制要求。
參考文獻(xiàn)(References):
[1] DeviceNet selection guide. Rockwell Automation company.
[2] PowerFlex DeviceNet Adapter 20-COMM-D User Manual . Rockwell Automation company.
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