一、引言
在機(jī)械加工和制造行業(yè)中，經(jīng)常需要高精度位置控制，一般采用直流或者交流伺服來(lái)解決，但是成本較高。本文針對(duì)這一情況，提出了采用艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司生產(chǎn)的TD3100變頻器的實(shí)現(xiàn)方案。
二、TD3100距離控制原理簡(jiǎn)介
TD3100是我司在高性能矢量變頻器TD3000基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的電梯專用變頻器，深受電梯廠家的青睞。其中的距離控制功能，實(shí)現(xiàn)了樓層距離自學(xué)習(xí)、直接高精度停靠功能，用戶無(wú)需進(jìn)行減速點(diǎn)的計(jì)算，簡(jiǎn)化了用戶的軟件設(shè)計(jì)工作量，在電梯和立體倉(cāng)庫(kù)方面得到了廣泛的應(yīng)用。變頻器將各個(gè)樓層的高度信息通過(guò)編碼器學(xué)習(xí)記憶在存儲(chǔ)器中，在運(yùn)行過(guò)程中，如果是給定樓層距離控制，變頻器會(huì)自動(dòng)計(jì)算減速點(diǎn)減速停車。目的樓層信息通過(guò)樓層使能端子FLE有效時(shí)，從F1~F6端子獲取。如果是給定REQ請(qǐng)求信號(hào)的距離控制，變頻器會(huì)自動(dòng)計(jì)算每層的減速點(diǎn)，可以通過(guò)Y1~Y4可編程輸出端子，提前輸出給控制器，控制器在接收到每層的減速信號(hào)后，如果需要停車，就給出停車請(qǐng)求信號(hào)REQ給變頻器，變頻器就按照減速曲線正常減速停車。兩種距離控制的時(shí)序如圖1所示。
(a)給定目的樓層的距離控制
(b)給定停車請(qǐng)求的距離控制
圖1 TD3100變頻器距離控制時(shí)序
三、采用TD3100實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)距離固定的定位控制方法
對(duì)于兩點(diǎn)固定的定位控制，相當(dāng)于電梯只有兩層樓的情況，需要在兩個(gè)端點(diǎn)安裝限位開(kāi)關(guān)，只要在兩點(diǎn)之間進(jìn)行距離自學(xué)習(xí)，直接按照給定停車請(qǐng)求的距離控制。
1、自學(xué)習(xí)
自學(xué)習(xí)連接線路如圖2（a）所示。將UPL和DWL短接，左限位與右限位并聯(lián)，當(dāng)作平層信號(hào)輸入到UPL、DWL，自學(xué)習(xí)開(kāi)始的位置應(yīng)該從左端或者右端的限位外的位置開(kāi)始，如果不能夠離開(kāi)限位的位置，可以先自學(xué)習(xí)后，在正常運(yùn)行時(shí)通過(guò)調(diào)整平層距離調(diào)整F4.07或者層高1 F4.09來(lái)保證位置精度。設(shè)定F4.00為2，F(xiàn)4.01根據(jù)位置寬度來(lái)設(shè)定，用于自動(dòng)計(jì)算分頻系數(shù)。自學(xué)習(xí)時(shí)，將FWD、SL端子合上，即開(kāi)始自學(xué)習(xí)，注意在運(yùn)行到限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作后，去除FWD命令，學(xué)習(xí)完成。查看F4.08和F4.09的值，看看是否正確記錄。如果加減速時(shí)間太長(zhǎng)或者過(guò)短，可以通過(guò)調(diào)整F3.11~F3.16來(lái)解決。
（a）自學(xué)習(xí)連線
（b）正常運(yùn)行連線
圖2 采用TD3100實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)距離固定的定位控制
2、正常運(yùn)行
根據(jù)式1計(jì)算設(shè)定F1.07，式中D為控制線速度處的輥輪直徑，i為機(jī)械減速比。設(shè)定F5.00=15，選擇X1端子為距離控制使能功能，根據(jù)工序需要的運(yùn)行效率調(diào)整S曲線。最后通過(guò)調(diào)整F3.02和F3.21可以調(diào)整停車的位置精度。
(1)
根據(jù)圖2（b）接線，控制FWD、REV、INS三個(gè)命令，正常運(yùn)行時(shí)只需控制FWD/REV信號(hào)。INS為點(diǎn)動(dòng)命令，點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行時(shí)，將INS先有效，然后控制命令FWD/REV有效即可控制點(diǎn)動(dòng)左運(yùn)行或右運(yùn)行。
3、在玻屏移載機(jī)中的應(yīng)用
玻屏移載機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，采用2.2kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)額定電壓380V，額定工作頻率50HZ，額定電流5.0A，額定轉(zhuǎn)速1420r/m，減速比1：17，安裝有2個(gè)接近開(kāi)關(guān)，其中1#和2#接近開(kāi)關(guān)之間距離大約1400~1800毫米，移載平臺(tái)帶負(fù)荷約150~170kg左右。移載機(jī)要求在兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)之間運(yùn)動(dòng)和定位，定位精度誤差要求3毫米以內(nèi)，單行程移動(dòng)完成時(shí)間大約2-3秒，即從1#限位開(kāi)關(guān)加速到恒速，再到減速停止在2#限位點(diǎn)的時(shí)間要求在2-3秒內(nèi)完成。
按照?qǐng)D2（a）接線，設(shè)定F4.00=2，先通過(guò)INS與REV閉合將車開(kāi)到一側(cè)，再通過(guò)FWD與SL端子閉合，完成自學(xué)習(xí)過(guò)程。為了提高運(yùn)行效率，將S曲線有關(guān)參數(shù)設(shè)置最大，將抱閘控制延遲時(shí)間F7.00、F7.01設(shè)置為零，啟動(dòng)頻率與啟動(dòng)等待時(shí)間F3.00、F3.01=0設(shè)置為零，S曲線參數(shù)F3.02、F3.11、F3.12、F3.14、F3.15均設(shè)定為2.400m/s2，F(xiàn)3.10、F3.13、F3.21均設(shè)定為2.00m/s2 ，F(xiàn)3.02設(shè)定為0.3m/s2 。結(jié)果是運(yùn)行平穩(wěn)，完全滿足工藝精度要求，達(dá)到采用伺服控制的定位效果。
四、采用TD3100實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)距離固定的定位控制方法
對(duì)于立體倉(cāng)庫(kù)、立體車庫(kù)這樣需要X、Y、Z三維多點(diǎn)定位運(yùn)動(dòng)控制的場(chǎng)合，采用TD3100實(shí)現(xiàn)，可以大大簡(jiǎn)化電路，降低成本，提高可靠性。由于最高層數(shù)可以達(dá)到128層，因此采用給定目的樓層的距離控制，使用異常簡(jiǎn)單。采用TD3100立體倉(cāng)庫(kù)的系統(tǒng)如圖4所示，圖中UPL與DWL信號(hào)可以使用用戶的平層開(kāi)關(guān)信號(hào)，也可以直接將UPL與DWL與COM短接。FLE為目的層使能端子，當(dāng)其有效時(shí)，F(xiàn)1~F7的給定層信號(hào)有效；INI為當(dāng)前層初始化端子，其有效時(shí)，恢復(fù)當(dāng)前層為F1~F7的給定層。從圖中對(duì)比可以看出，采用通信控制，線路簡(jiǎn)單，節(jié)省資源，節(jié)省成本。需要注意一點(diǎn)的是，目前該功能需要非標(biāo)定制。當(dāng)然該系統(tǒng)在應(yīng)用前還需要進(jìn)行層高自學(xué)習(xí)，自學(xué)習(xí)方法同上節(jié)描述，只需要將總層數(shù)F7.00按照實(shí)際情況設(shè)定即可。
（a）采用二進(jìn)制給定樓層控制
（b）采用通信控制
圖4 采用TD3100變頻器的立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)
五、采用TD3100實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)距離變化的定位控制方法
TD3100在實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)距離變化的定位控制的時(shí)候，使用方法基本同兩點(diǎn)距離固定的定位控制方法，唯一的區(qū)別是必須在停車方式下，手動(dòng)或者自動(dòng)改變層高1 F4.09的數(shù)值，然后運(yùn)行即可。由于手動(dòng)更改困難，一般需要通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行通信控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，由于為距離給定控制，為了防止上下或者左右到位產(chǎn)生機(jī)械沖擊，需要兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)用于位置到位的判別。
該功能的典型應(yīng)用主要應(yīng)用在類似智能數(shù)字舞臺(tái)控制這樣的多電機(jī)多軸高精度距離控制系統(tǒng)中。采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制的現(xiàn)代舞臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖5所示。該系統(tǒng)采用PC機(jī)控制，內(nèi)置西門(mén)子插卡式PROFIBUS主站控制板CP5611或者CP5412均可，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)控制。適配器采用EMERSON生產(chǎn)的PROFIBUS-DP適配器TDS-PA01與TD3100直接接口。采用PROFIBUS控制的目的是，由于舞臺(tái)控制電機(jī)較多，可以達(dá)到較高的實(shí)時(shí)控制精度和較快的響應(yīng)時(shí)間，達(dá)到既快又準(zhǔn)的目的。
圖5 采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制的現(xiàn)代舞臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
六、結(jié)束語(yǔ)
TD3100除在電梯方面的應(yīng)用外，通過(guò)靈活的配置，可以應(yīng)用在多種需要定位和距離控制的場(chǎng)合，同時(shí)可以有效地減少用戶硬件設(shè)計(jì)成本和軟件設(shè)計(jì)工作量，提高控制系統(tǒng)可靠性。
參考文獻(xiàn)：
1、TD3100變頻器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)
2、TDS-PA01適配器說(shuō)明書(shū)
