南阳西门子模块代理商

1 前言
      
当车辆驱动电机采用分散驱动时, 受电机转速不同步的影响, 可导致车体运行不协调, 进而使电机转速偏离正常值, 严重时会造成设备损坏。因此,解决车辆驱动电机在分散驱动时产生的电机转速不同步问题具有现实意义。
      
本文介绍一种利用PLC 解决车辆分散驱动时电机速度同步的先进实用的控制方法。
2 问题的提出目前, 车辆的运行设备一般采用集中驱动和分散驱动 两种方式。集中驱动变频器与电机的关系是“一拖多”; 分散驱动时两者的关系是“一拖一”。

“一拖多”的优点是控制简单, 操作维护方便,但采用集中驱动布置, 要求车体具备较大的空间。当车辆负载很大或者车体空间受到限制的时候, 通常采用“一拖一”的分散驱动方式, 因为其结构紧凑,布局简单。但一拖一对变频器和电机有较高的要求, 特别是同步问题难以解决。如果电机转速不一致, 会出现变频器相对逆向做功, 输出电流过大导致跳闸, 影响车辆的工作效率和电气设备的使用寿命。如果转速偏差过大, 则导致车体变形, 影响使用。

3 解决方法
      
采用PLC 与变频器控制方法, 实现多个分散驱动电机同步运行。PLC 采用西门子S7400 系列,

为实现两台牵引电机的速度同步, 采用两台变频电机牵引, 并分别采用变频器调速进行矢量闭环控制, 用PLC直接控制两台变频器。在控制中, PLC与变频器之间采用Profibus 联接, 保证输出信号源的同步性。以牵引电机1 的速度为目标速度, 由牵引电机2 的变频器来调节其速度以跟踪牵引电机1的速度。将两台增量式旋转编码器与电机同轴联接, 使编码器1 和编码器2 分别采集两台电机的速度脉冲信号, 并将该信号送到PLC 的高速计数模块中。PLC 以这两个速度信号数据作为输入控制量,进行比例积分控制运算（ PID） , 运算结果作为输出信号送至PLC 的模拟量模块, 以控制牵引电机2 的变频器。这样, 就可以保证牵引电机2 的速度跟踪并随着牵引电机1 速度的变化而发生变化。使两个速度保持同步。
      
取自编码器采集的脉冲信号, 经高速计数模块FM350- 1 进入PLC, 转换成电机速度数据。将两个电机编码器的信号相比较, 通过PID 调节模块, 调整电机转速差值, 给定电机2 的转速值MW1000。
      
MW1000 需要转化成变频器能接受的信号。由于PLC的对应4～20mA 值为0～27648, 变频器接收范围值为0～8192, 所以MW1000/27648×8192 送到模拟量输出通道, 换算成变频器能接受的电流信号, 以控制牵引电机2 的变频器, PID 算法是工业控制中常用的一种数学算法, 其基本算式如下:
      
Pou （t t） =Kp×（et） +Ki×Σ（et） +Kd×[ （et） - （et- 1） ]
     
式中:Kp—比例调节系数。是按比例反映系统的偏差,系统一旦出现偏差, 比例调节立即产生调节作用, 以减少误差。
      
Ki—积分调节系数。使系统消除稳态误差, 提高无差度。积分作用的强弱取决于积分时间,常数Ti 越小, 积分作用就越强。Kd—微分调节系数。微分作用反映系统偏差信号的变化率, 具有预见性, 能预见偏差变化的趋势, 因此能产生超前的控制作用, 在偏差还没有形成之前, 已被微分调节作用消除。为了减少电源系统波动等因素引起的外来干扰,在编制控制算法时, 必须考虑利用积分环节, 即采用一段时间内连续稳定的输入信号而不是某一瞬时值的输入信号进行PID 运算, 以消除累积误差, 使转数在一定的范围内可调。这样, 牵引电机1 和牵引电机2 就能很好地进行同步控制且同步精度较高, 从而确保了运行机构的稳定性。

4 控制结果
      
利用STEP7 编制PLC 上位机监控程序,Wincc采集速度值并绘制曲线。数据提取的时间间隔为15ms。实际上牵引电机1 和牵引电机2 速度是相同的, 但为了反映牵引电机2 的跟踪和波动情况, 在此特地将其分开, 上面是牵引电机1 的速度曲线, 下面是牵引电机2 的速度曲线 。牵引电机1 的速度发生变化时, 牵引电机2 就能及时地响应, 进行跟踪, 并且能很快地达到稳定。实验表明, 采用PLC 和变频器的控制方法, 能达到较高的同步要求, 响应快、速度波动幅度较小。

5 结束语
      
该控制方法已在各种炉下车辆中应用。实际应用中, 走行同步起动效果明显, 车辆运行平稳。实践证明, 采用PLC 解决车辆分散驱动时电机速度同步的控制方法应用效果较好, 是一种理想的调速控制方法, 满足了生产工艺要求, 减少了设备的维修维护费用, 保证了车辆发挥正常的生产效率, 经济效益显著。随着PLC 与变频器控制方法的广泛应用, 必将更好地提高传动系统对速度控制的可靠性与灵活性。

1 引言
            　　油库中油料储存罐和输油管道所使用的各种控制阀门是油料储运过程中必不可少的现场仪表，其智能化程度的高低、所含信息的多少和对故障的诊断与容错能力直接影响到数据采集与监控系统的可靠性、稳定性和易用性。通常库区中的控制阀数量众多且分散，普通的控制阀所含信息量少而布线繁多，这在一定程度上使库区监控系统的设计复杂化。该系统采用英国Rotork公司的智能电动阀及其主站控制器和3级故障显示报警系统，大大简化了监控系统的复杂设计，而且借助其丰富的诊断信息和对故障的容错能力，使系统的可靠性得以提高。
            2 监控系统的硬件实现
            　　2.1 Rotork智能阀控制设备
            　　Rotork智能阀控制设备是一个阀门数据采集、监视与控制系统，它由一台主站控制器和与它相连的现场电动阀组成。主站控制器通过一条两线电流环路可以控制挂于环路上的多达240个现场控制阀，该电流环路可长达20 
            km。
            　　现场电动阀的智能化程度较高，其内部含有丰富的数据和诊断信息。但主要的特点是多个智能阀仅通过两线互联成一个环路，终接入主站控制器的只有起始和末端两线，所有阀门信息通过两线通讯进入主站控制器。现场电动阀还具有线路故障屏蔽功能，当环路出现开路、短路或接地故障时，智能阀可以将故障端的线路屏蔽掉，使主站控制器仍能与线路上的所有智能阀通讯而不受影响，同时将故障信息发给主站控制器。

正常操作情况下，通讯电流信号沿环路的一条线从主站控制器的端口A流出，经该环路从端口B流回。此时，另一条线路是冗余的。当有一处线路发生故障时，该处故障线路被阀门屏蔽，故障线路两边的智能阀可通过各自的环路与主站控制器通讯;当有两处线路发生故障时，这两处故障之间的智能阀都被屏蔽，两处故障之外的智能阀依然可以通过两“臂状”环路与主站控制器通讯。
            　　2.2 系统的设计
            　　在该系统中采用PLC作为控制机来完成对信号的实时采样、脉冲量累计、状态的判别、输出控制等;采用微型计算机作为上位机完成采集数据信息的存储，分析处理、状态显示以及打印输出，以实现对系统的实时监控。在该系统中重要的是：一方面，由PLC将采集到的各种数据准确、可靠、迅速的传送到上位机;另一方面上位机的控制命令和调度命令必须准确无误的下发到PLC，而完成这两方面工作的关键在于数据通信。主站控制器是由主CPU卡、环路通讯卡、电源、液晶显示器和16按钮键盘组成的盘装智能仪表。它内部有两个固定的数据库，一个是现场单元数据库，负责接收并记录从两线环路传来的智能阀的地址、转矩、开度等数据，根据从上位机传来的读写命令控制阀门的运动，该数据库从逻辑上划分为4个区，每个区记录60个阀门的数据;另一个数据库为主站控制器状态及自诊断数据库，负责记录通讯协议的有关状态并向智能阀发布命令。通过主站控制器的按键和液晶显示器，可以实现读取智能阀的开度、转矩、地址等数据，控制阀门的开闭，接收报警信号及与PLC通讯等功能。

该系统的控制部分采用美国GE Fanuc公司的HBR双重热备型PLC系统，通过PLC控制140个智能阀（IQ actuator）的开停闭。上位监控站可监视各个智能阀的阀位回信状态、阀位值以及报警信号，并可执行开阀、停阀和关阀操作。
            　　Pakscan IIE主站控制器与PLC之间采用Modbus协议通讯，以port 
            1的RS-485接口连接。正常运行情况下，主PLC和主控制器工作，从PLC和备控制器分别与主PLC和主控制器保持同步。智能阀将数据传送给主控制器，主PLC通过RS-485接口从主控制器中读取数据，并向其发布命令，主控制器再执行命令，驱动智能阀按命令运转。当主PLC或主控制器出现故障时，系统能分别自动切换到从PLC或备控制器。
            　　由于系统中采用的是Modbus通讯协议，一台PLC可以连接多台Pakscan IIE主站控制器，因此，若现场智能阀较多，系统可以很方便地扩展而且连线简单。
            3 软件设计
            　　3.1 通讯程序设计
            　　PLC选用Modbus RTU主通讯模块（master）。Pakscan 
            IIE主站控制器是一个远程终端单元，做为Modbus从设备（slave）。PLC的CPU通过Modbus 
            RTU主通讯模块控制Pakscan IIE主站控制器的读写，被称为Modbus host。系统采用单Modbus 
            host两线通讯方式，该方式多可以连接32个Pakscan IIE主站控制器。
            　　主通讯模块的程序设计有3部分内容：初始化通讯模块;读写Modbus/RTU数据;监测通讯状态。

　通讯模块的初始化工作主要是配置3个初始化控制块的参数：Slave控制块（SCB），信息控制块（MCB）和通讯要求参数块（）。SCB是一个15个寄存器长的数据块，功能是定义与其通讯的Slave的型号、个数、状态等参数，每一个Slave需要定义一个SCB块。MCB是一个6个寄存器长的数据块，功能是定义Master要求每个Slave执行的命令信息，包括命令类型、RTU引用地址偏移、PLC引用地址偏移、主机号等参数，每一种命令需要定义一个MCB块。是一个17个寄存器长的数据块，功能是定义通讯方式、端口控制字及监测SCB和MCB的状态参数等，每一端口需要定义一个块。所有这些初始化参数在PLC上电或冷启动初始化的第一个扫描周期内加载到RTU主通讯模块，此后RTU主通讯模块负责与PakscanIIE主站控制器通讯，而PLC则与RTU主通讯模块交换数据。
            　　读写Modbus/RTU数据和监测通讯状态的编程相对简单，只要读写初始化时定义的相应的PLC参数地址即可。
            　　3.2 监控软件设计
            　　上位监控站可以准确的监测和控制储运过程的所有信息和设备。通过编程、组态、连接，形象地反映实际工艺流程、显示动态数据，设置PID控制参数以及过程参数，并可以查看历史趋势、报警历史报表等。
            　　Rotork的现场电动阀配置在流程的输油管线上，通过按钮可以人工启动、停止和关闭任一个阀门，并显示任意时刻的阀门状态和阀位值。设计良好的人机界面使操作简便、直观。
            　　3.3 故障报警系统设计
            　　在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位/灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即更换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。2级故障显示设置在中心控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在中心控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统可靠性运行水平。
            4 结束语
            　　Rotork的智能阀控制设备与PLC的结合使得罐区储运监控系统布线简洁、控制方便，PLC的冗余以及Pakscan 
            IIE主站控制器的双备保证了系统的高可靠性，也提高了控制系统的自动化程度。