在PCC的基础上分析分布式多电机同步传动控制系统

1、【Word版本下载可任意编辑】 在PCC的基础上分析分布式多电机同步传动控制系统 1 引言 多台异步电机协调控制在工业生产中占有重要地位。目前实现方法主要有无速度传感型和有速度传感型两类变频控制方式。无速度传感型实现价格低，但精度较差。带速度反应型精度高，但设置复杂且价格高。基于Lenze9326矢量型伺服变频器（带速度反应）组控制系统采用CAN总线网络构造，现场控制单元集中现场总线、调节器的功能优势，控制功能强大且具有极高的可靠性，实现了生产线各段运行线速度误差小，在加、减速过程中，能动态同步的控制目标。 在造纸、纺织、印染、冶金等多单元电气传动系统中,常采用多台交流电机或直流电机作为拖动装

2、置, 而多电机的同步传动控制技术则是系统的,它直接影响系统的可靠性和控制精度。随着电力电子技术、通讯技术、计算机技术以及现代控制理论的发展,采用由微机控制的全数字同步传动控制装置来实现高精度、高可靠性的同步控制对我国工业发展有重要的意义。 本文采用基于PCC 20* 的分布式控制系统来实现多电机同步传动控制。应用现场总线和通信技术, 上位机可以方便地实现与总线上任意一台变频器之间的串行通信: 发送控制信息、设定运行参数、读取运行状态、调节输出频率（即电机转速） 等；模糊控制算法的使用,改善了系统的动态性能,彻底解决了现场干扰以及电机惯性大、滞后时间长等因素给传动系统带来的控制难题,提高了系统的

3、可靠性。 2 设计方案 本系统为两级计算机控制系统,上级为监视控制系统, 用于计算机监控操作, 通过RS232 总线相连；下级为PCC 对变频器控制系统, 用于对现场开展实时控制, 通过RS485 总线相连。PCC 通过对速度信号的采集、判断和处理得到电机运行速度的对应数值,再由RS485 总线写入变频器执行。 2. 1 PCC 模块化设计 本系统由PCC 来实现多电机同步传动控制。在PCC 的软件编程环境AS（B &R Automation Studio）建立一个工程, 该工程包括四个任务模块: 电机转速反应模块、变频器通讯模块、上位机通讯模块、Profibus 通讯模块。各模块相互独立,

4、可单独调节,也可作为一个模块导入或导出某一工程。 任务1 负责完成现场数据的采集,通过查表开展调节,对实时性要求,应具有的优先级; 任务2 负责PCC 与现场控制设备之间的通信, 是非常重要的任务, 对实时性要求也很高, 应放在较高的任务等级中; 任务3 完成数据显示, 对实时性要求不高, 但需要长期运行; 任务4 负责完成Profibus 通信功能,实现PCC 之间的通信,要求尽可能快。 由PCC的多任务处理原理可知, 高优先级的任务应该中断低优先级的任务, 保证了较为重要的任务能够首先被完成。在系统完成之后,如果需要增加新的任务,只要把新的任务增加到该工程中即可。 2. 2 串行通讯的实现

5、 尽管各大公司相继推出了带有标准接口的通用变频器, 为用户设计满足工业现场需求的控制系统带来了极大方便, 但仍有很多公司的变频器具有自己的通信协议。MicroMaster 6SE3115 变频器是较早的产品,它不支持标准的通信协议,但实际控制现场要求与该变频器开展通信, 而普通的PLC不具有与第三方产品通信的能力,造成系统集成巨大困难,让开发人员从底层开发通信协议是一项复杂且工作量相当大的工作, 而且系统的可靠性也难以得到保证。基于上述问题,某2000 系列PCC产品除了支持标准的通信协议之外, 还向用户提供了用于与第三方产品通信的协议开发工具-帧驱动器, 用户只需要了解第三方产品的通信协议（

6、包括信息帧格式的组成等） ,并用帧驱动器写出与第三方产品通信协议一样的通信规约, 就可以方便地实现PCC与第三方产品之间的通信。本系统利用PCC的帧驱动器,成功地实现了PCC对多台变频器的通讯控制。系统的串行通信程序是用B &R Automation Basic 来开发的, 作为完整的任务模块可以添加到任何其它复杂任务中,不仅能够提高系统的可靠性,而且可以提高代码的可重用性,缩短项目的开发周期。 PCC与变频器通过RS- 485 相连,每台变频器被设置各自独立的地址码（0 - 31） 用来识别各自的身份, 这样, PCC便能通过RS- 485 接口,对挂接在总线的所有变频器开展控制操作。 2.

7、 3 基于PVI 的上位机串行通信 PVI（ Process Visualization Interface 过程可视化接口） 是基于Win32 平台的软件模块, 它负责管理应用程序和现场总线之间的数据交换。PVI 应用程序都使用PVICOM. DLL 接口来实现和PVI 管理器之间的通信。当PVI 管理器的数据有变化时, PVICOM接口通过Windows 消息（或回调函数） 来通知应用程序开展数据处理。PVICOM接口为用户提供了大量用来实现串行通信的函数,利用这些函数可以非常容易地编写RS232、RS485、CAN、PROFIBUS等通信程序, 且程序的可移植性强, 针对不同的通信介质和

8、通信协议,只需要修改相应的PVI 参数即可实现通信任务, 极大地缩短了项目的开发周期,提高了应用程序的可重用性。 把上述实现通信的过程开展封装, 通过VB、VC或Delphi 软件编程提供应用户控制界面, 用户只需对界面开展直观地操作就可实现启动、停止、频率设定（速度设定） 、左转、右转、连接任务设定、连接参数设定等,从而实现人机对话控制。本文采用Delphi 编程。 3 速度反应控制回路的设计 在造纸、印染工业中,由于产品的不可延展性,所以为防止其出现断裂、卷曲、压痕,必须对各传动部分开展速度上的控制。本系统对速度的控制原理是采用光电编码器反应速度信号, 由PCC的NC150 模块计脉冲个数

9、, 形成一个闭环控制回路。速度的实际值与速度设定值开展比较,通过模糊控制算法反应到执行构造中。为了克服电机惯性大、输入调节滞后时间长、超调量大等因素引起的时间延长,在实验过程中,通过软硬件结合,选择了一种智能控制方法。实验证明, 模糊控制算法的使用,对电机因负载变化、电压波动、外界干扰等引起的速度波动能够发挥、快速调节的作用, 同时又可减小电机的启动时间,提高对多台电机同步传动的控制精度。 4 智能控制原理 由于对象模型难以化,系统又是非线性的,同时, 惯性大、滞后时间长等因素的存在, 使得采用传统的PID控制难以满足要求,决定采用模糊控制。要提高模糊控制的精度和跟踪性能,必须对语言变量取更多

10、的语言值,分档越细,性能越好。本文所应用的模糊控制为典型的双输入单输出二维模糊控制, 变量有三个,即偏差E、偏差变化EC和控制量f。 4. 1 模糊化过程 模糊化是指将输入变量的值转化成适当论域上的语言变量值（模糊输入值） ,针对电动机转速偏差范围大, 精度要求高的特点, 取3个语言变量的量化等级为15 ,即 - 7 , - 6 , - 5 , - 4 , - 3 , -2 , - 1 , + 1 , + 2 , + 3 , + 4 , + 5 , + 6 , + 7 ,为设计计算方便,输入输出模糊子集的隶属度函数采用三角形曲线, 语言变量取值七种, 即正大（ PB） ,正中（ PM） , 正

11、小（ PS） , 零（ZE） , 负小（NS） , 负中（NM） , 负大（NB）。 4. 2 模糊控制规则确实定和推理 模糊控制规则是的经验和操作者的技能加以总结而得出的一条模糊条件语句的集合。确定模糊控制规则必须保证控制器输出能够使系统的动静态特性到达。这里采用人工的控制经验得出模糊控制规则表。 5 分布式控制系统 由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统。分布式控制系统采用微处理机分别控制各个回路，而用中小型工业控制计算机或高性能的微处理机实施上的控制 。各回路之间和上下级之间通过高速数据通道交换信息。分布式控制系统具有数据获取、

12、直接数字控制、人机交互以及监控和管理等功能。分布式控制系统是在计算机监视控制系统、直接数字控制系统和计算机多级控制系统的根底上发展起来的，是生产过程的一种比较完善的控制与管理系统。在分布式控制系统中，按地区把微处理机安装在测量装置与控制执行机构附近，将控制功能尽可能分散，管理功能相对集中 。这种分散化的控制方式能改善控制的可靠性，不会由于计算机的故障而使整个系统失去控制。当管理级发生故障时，过程控制级（控制回路）仍具有独立控制能力，个别控制回路发生故障时也不致影响全局。与计算机多级控制系统相比 ，分布式控制系统在构造上更加灵活、布局更为合理和成本更低。 近几年来，生产行业进一步提高了工厂综合自动化水平，注重信息化的建设，特别是各地的火电厂纷纷提出适合自己工厂的厂级监控信息系统（SIS）以提高生产效率，实现工厂管理信息系统与各种分散控制系统之间的数据交换。厂级实时监控信息系统以分散控制系统为根底，以经济运行和提高发电企业整体效益为目的，采用先进、适用、有效的计算方法，实现整个电厂范围内信息共享，厂级生产过程的实时信息监控和调度，同时又提高了机组运行的可靠性。它为电厂管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据，为市场运作下的企业提供科学、准确的经济性指标。 6结论 通过对多电