艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司 劉宏鑫 毛新建 肖資江

摘 要：本文提出采用TD3100電梯專用矢量控制變頻器實(shí)現(xiàn)的高精度定位控制的幾種方法，重點(diǎn)論述了該系統(tǒng)的原理及應(yīng)用實(shí)例。
關(guān)鍵詞：距離控制 定位控制 變頻器
Abstract: The methods of high-accuracy position control are presented in this paper, in which the high

performance vector control inverters TD3100 are used. The control theory

and application of the methods are discussed in detail.
Keywords: Distance control ，Position control , Inverter
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。

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。

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， 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。

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。

圖3 玻屏移載機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

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/ ，F(xiàn)3.10、F3.13、F3.21均設(shè)定為2.00m/ ，F(xiàn)3.02設(shè)定為0.3m/ 。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。

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)