发表于：2013/8/16 9:11:46
#0楼
上海机电精浦 裘奋
关键词：变频电机、涡轮蜗杆减速箱、GEMPLE绝对值编码器、PFC80同步控制器
引言：两个电机或更多个电机的同步及联动问题，是生产中经常需要的一种应用，由于生产中通过变频器对电机的调速已经做的很多，双变频电机或多变频电机是否就能够实现同步及联动，而无需更换成伺服电机？
1， 机械刚性连接，这是最直接的方法，可通过机械同轴、机械凸轮开关组合实现。但这个涉及到机械结构设计的允许，而多轴机械凸轮开关组的成本不低。
2， 变频器同速指令的开环“同步”，一个变频器一拖二，或相同的电位器-电压指令给多个变频器的同速指令，由于电位器或电流、电压的模拟量精度较低，这种同速指令本身的精度不高，更何况各个电机的负载可能不同，电机实际速度的滞后，最终的结果是各个电机实际速度有偏差，即使很小，时间累积下相互位置越来越偏，而无法同步。
3， 变频器PG卡+增量编码器信号反馈的同步，在欧日中高端变频器中已经设置此项功能，有变频电机附加增量编码器信号，反馈给PG卡，由此内部做反馈位置同步对比，调整变频器速度输出量值，而达到同步。确实此类同步已经是真正意义上的位置同步了，但是一方面是需要中高档的变频器，并配置PG卡，成本较高；另一方面增量脉冲信号对于变频器内部的逆变过程中的谐波抗干扰较差，常有丢脉冲而失位，或停电刹车后的两个电机惯性不一致，位置出现偏差，增量编码器没有位置“停电记忆”能力，而使“同步”不再可能。
有没有即经济又方便，而且能确保双电机或多电机“同步”的实现？为此，我们提出了绝对值编码器信号反馈给PLC，控制变频器速度调整的同步纠偏方案，并进行同步实验演示。这种同步演示常常在展会上看到由伺服电机做出，而此次我们选择了最普通的变频电机演示。
一．配置
两个普通变频电机+涡轮蜗杆减速箱，电机功率0.25KW，没有安装电磁刹车；
两个台达最经济的变频器；
两个绝对值编码器，上海精浦机电两个绝对值编码器GMX425，Canopen信号，国产品牌GEMPLE价格低；
基于一个最经济的国产化小型PLC（深圳矩形N80），并按我公司要求配置Can接口及参数定制的PFC80同步控制器。
输入：编码器Can信号，上行下行指令，输出：电机启、停、正反转，两路模拟量给变频器调速。
国产3.5寸触摸屏，设置位置及输出电流。
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二．工作原理
——编码器安装于涡轮蜗杆减速箱低速端上，与机械输出轴同轴，减速箱背隙误差被排除；这种标准的涡轮蜗杆减速箱低速端都有两面输出轴，可一面给机械输出，一面给编码器。如图所示。
——两个编码器信号以Can总线接入PLC，地址01，64，波特率500KHz;
——PLC接收两个绝对值编码器信号，做绝对值位置同步对比，同时输出两路4—20mA（或0-10V）分别给两个变频器；
——变频器获得的速度指令即模拟量信号，是PLC根据两个编码器绝对位置比较后，根据位置偏差计算给出的，以保证两个电机的绝对位置在偏差范围内。
——停车位置，电机提前位置多点连续减速，至停车点前速度基本一致，停车位置由绝对值编码器保证，准确位置停车、同步，并不受停电后位置移动影响。
三．实验演示
电机较高速（大于100Hz）向前运行一段，同步停止，反向返回；
电机中速（50Hz左右）向前运行，同步停止，反向返回；
电机较低速（小于50Hz）向前运行，同步停止，反向返回。
循环重复以上运行。视频见附件。
实验情况汇总：
1. 由于没有安装刹车，在高速运行段初时调试时停车位置较难一致，但在增加减速点多级减速后，调试出到刹车时速度基本一致，再停车，位置重复性好，停车位置同步。
2. 中速段基本同步。
3. 低速段只用了一点位置减速，停车位置反而不及高速段多级减速重复性好。
4. 对于电机位置、速度反馈闭环控制，控制原理接近伺服原理，但是由于减速及停车时的力矩无法实现控制，是依赖于惯性阻力，故此同步的速度响应及停车位置无法与伺服电机相比，但由于始终处于绝对值位置反馈闭环中，偏差始终保持在一个允许范围内。速度响应及精度对于大部分的生产应用可以满足，尤其是流水线多电机同步，及机械加工设备的多电机同步。
四．说明及意义
1. 从原理上讲，对于电机2台还是2台以上的同步及联动，控制原理是一样的，就是增加多路编码器反馈及输出电流。同样，对于单变频电机的速度、位置可做双闭环控制，实现电子凸轮开关的较高精度的定位控制。
2. 编码器选择Can总线，是为了说明其可连接多个编码器实现多路控制，如果只是两路同步，也可选择其他形式的信号，例如GEMPLE简单经济的RS485，或SSI（欧系变频器PG卡较多选用SSI信号，做双路同步）。
3. 这种基于绝对值编码器信号反馈的同步原理，与选择变频器和变频电机相关不大，当然如果选用有力矩控制功能的变频器，速度响应及位置精度效果更好。
4. 编码器-PLC-变频器的信号控制回路，确定了响应速度不高，同步响应及位置精度与伺服电机相比不高，但始终在一个绝对值偏差范围内，能够满足大部分对于精度要求不是很高，但始终在一个偏差允许范围内的情况。
5. 生产中选用电机配涡轮蜗杆减速箱的使用很普遍，这种同步原理对于技术改造很容易实现，从而减少停工重建及人力的损失，简单快速实现自动化改造。
6. 应用举例：起重门机大车同步纠偏，起重双吊钩（或多吊钩）同步，流水线输送带及机械动作同步，包装机械连续动作同步，等等。
