變頻器在推桿懸鏈系統(tǒng)中的應(yīng)用

本文介紹了變頻器在位置隨動系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，為拓寬變頻器應(yīng)用范圍做了一次成功的嘗試。

[關(guān)鍵詞]

位置隨動系統(tǒng) 滑差電機 自整角機 變頻器

一、系統(tǒng)現(xiàn)狀

1 系統(tǒng)概述

一汽集團(tuán)車身廠油漆線是一條承擔(dān)汽車車身表面的磷化處理、電泳浸漆及面漆噴涂等工藝的生產(chǎn)線。油漆線推桿懸鏈輸送系統(tǒng)在整個生產(chǎn)工藝當(dāng)中完成各工藝間工件的傳遞輸送任務(wù)。它共包括四條鏈、四條快速鏈、九臺升降機及一條地面鏈，其中1#、2#、3#、7#鏈為工藝鏈，此外滑差電機進(jìn)行調(diào)速，四條工藝鏈要求同步運行，即保證各工藝鏈之間主副推爪的空間相對位置保持一致，以確保各工藝鏈間工件順利傳遞。

此系統(tǒng)是一個典型的位置隨動系統(tǒng)，其中2#鏈?zhǔn)侵麈湥?#、3#、7#鏈?zhǔn)菑逆湥瑥逆湼S主鏈運行，由速度反饋及位置反饋構(gòu)成一個速度內(nèi)環(huán)位置外環(huán)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2 存在問題

本系統(tǒng)85年從英國HADEN公司引進(jìn)，安裝調(diào)試后投入運行，十多年來雖然出現(xiàn)幾次故障，但是從系統(tǒng)總的運行情況來看還比較穩(wěn)定。從97年末開始，由于產(chǎn)品換型，工件體積變大，重量增加，加上與之相配套的吊具的改造，使懸鏈的整體負(fù)荷比原來增大一倍還多，為此對懸鏈及驅(qū)動站進(jìn)行了改造，提高了滑差電機的功率，滑差電機與減速器之間的傳動也由原來的齒形皮帶改成無聲鏈條來增加傳輸力矩，但是因此也給滑差電機調(diào)速系統(tǒng)帶來了致命的、無法消除的問題。滑差電機的傳動齒輪與無聲鏈條在高速旋轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行嚙合，大量的鐵屑被磨損下來，并被吸入磁性很強的電樞與磁極之間，由于電樞是靠渦流產(chǎn)生磁場，它本身又是一個發(fā)熱體，因此被吸入的鐵屑與空氣中的灰塵油污在高溫的作用下很快就粘結(jié)在電樞與磁極上，把電樞與磁極粘死而不能調(diào)速，主從鏈的同步縮寫狀態(tài)被破壞，發(fā)生工件傳遞故障，使系統(tǒng)不能正常工作。

二、改造方案

1 整體改造方案的確定

針對上述問題，對其產(chǎn)生的原因進(jìn)行全面認(rèn)真的分析，曾采用各種方法來解決，例如用洗油浸潤，再用壓縮空氣吹洗，雖然使用問題得到一定緩解，但始終沒有從根本上解決問題，最后經(jīng)研究決定對這套系統(tǒng)進(jìn)行徹底的改造，放棄傳統(tǒng)的滑差電機調(diào)速方式，改用變頻器調(diào)速，與自整角機及測速發(fā)電機一起構(gòu)成雙閉環(huán)位置隨動系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

改造后的位置隨動系統(tǒng)由交流電動機、變頻器、自整角機、相敏放大器、測速發(fā)電機及PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成。

3 控制信號參數(shù)的選定

（1）位置反饋信號

位置反饋信號由自整角機檢測輸出，自整角機給出的位置偏差信號是正比于偏差角正弦的交流電壓，相敏放大器把正比于偏差角的正弦交流電壓轉(zhuǎn)換成能反映位置偏差極性（正反相位）的正負(fù)直流電壓，電壓變化范圍為-10V～0～+10V。

（2）速度反饋信號

速度反饋采用交流測速發(fā)電機經(jīng)整流、濾波取得，其輸出值調(diào)整為0～10V。

（3）變頻器頻率控制信號

變頻器輸出頻率的設(shè)定一般分為盤面按鍵設(shè)定及控制端子外部模擬量設(shè)定，模擬量設(shè)定又分為0～5V、0～10V、4～20mA幾種方式，我們選用的是日本富士FRN7.5G9S-4CE變頻器，這里采用模擬量0～10V進(jìn)行設(shè)定。

4 PI調(diào)節(jié)器

根據(jù)生產(chǎn)工藝對系統(tǒng)運行時穩(wěn)態(tài)精度及跟隨能力的要求，系統(tǒng)調(diào)節(jié)器由給定積分、位置調(diào)節(jié)及速度調(diào)節(jié)器構(gòu)成一個二階系統(tǒng)，其中位置調(diào)節(jié)器為比例調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器為比例積分調(diào)節(jié)器。

5 變頻器多級頻率的設(shè)定

本系統(tǒng)運行方式分為自動運行及手動運行，兩種方式的速度要求不同，第一頻頻率定為自動運行頻率，采用模擬量控制，第二頻率為手動運行頻率，由盤面按鍵設(shè)定。

6 變頻器第一加減速及第二加減速時間的設(shè)定

系統(tǒng)在啟動及停止時要求平穩(wěn)無沖擊，即設(shè)備起車及停車時加減速有一段斜坡時間，原控制系統(tǒng)專門設(shè)計一個斜坡發(fā)生器，來實現(xiàn)這一功能。而采用變頻器調(diào)速后其速度變化本身就有加減速時間，完全可以滿足系統(tǒng)加減速時的要求。

另外，考慮到主鏈及從鏈對系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及跟隨能力的要求不同，即對于主鏈來說要求抗擾能力強、穩(wěn)定性好，而對于從鏈則要求其跟隨能力強、快速性好。所以在系統(tǒng)啟動后正常運行時，其頻率變化加減速時間的設(shè)定與系統(tǒng)啟、停時加減速時間不同。本系統(tǒng)將設(shè)備啟、停時的加減速時間定為第一加減速時間，正常運行時速度變化的加減速時間定為第二加減速時間。

三、系統(tǒng)調(diào)試

1 系統(tǒng)調(diào)節(jié)的快速性

懸鏈系統(tǒng)在運行時，由于擾動的作用，每條懸鏈的速度隨時都在發(fā)生變化，雖然有速度反饋環(huán)節(jié)來穩(wěn)定速度的變化，但當(dāng)突加擾動量較大時，可能造成主從鏈相對位置偏差變大，而系統(tǒng)要求主從鏈出現(xiàn)位置偏差時控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，使偏差盡快趨于零。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，從理論上講可以采取增大放大器線性工作區(qū)來提高系統(tǒng)的快速性，但是實際上做起來有很多困難，而采用變頻器調(diào)速卻很容易做到這一點。在調(diào)試過程中，可根據(jù)系統(tǒng)運行情況，適當(dāng)提高從鏈變頻器[最高頻率]設(shè)定范圍，當(dāng)受控模擬量信號有較小變化時，變頻器輸出頻率就有較大響應(yīng)，從而提高了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的快速性。

2 高次諧波干擾問題

富士FRN7.5G9S-4CE變頻器采用PWM脈寬調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)頻，其載波頻率約在2kHz～10kHz左右，如此高的開關(guān)頻率產(chǎn)生的高次諧波將嚴(yán)重干擾其他電子設(shè)備的正常運行，其干擾對設(shè)備影響較大的是感應(yīng)干擾和輻射干擾。在設(shè)備安裝中我們單獨采用鐵管對變頻器與電機間的配線進(jìn)行屏蔽，消除了高次諧波對PLC主控制系統(tǒng)的干擾。但是在運行中我們還是發(fā)現(xiàn)主控室里來自現(xiàn)場八個攝像頭傳送來的監(jiān)控畫面不同程度地受到影響，針對這種情況，我們對變頻器載波頻率的控制選項進(jìn)行調(diào)整，降低了載波頻率，使監(jiān)控畫面完全消除了干擾。

四、改造效果

從87年開始，我們就陸續(xù)采用變頻器對廠內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行變頻調(diào)速的改造工作，但是將變頻器用于位置跟隨系統(tǒng)還是第一此，實踐證明這項改造是成功的，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1 系統(tǒng)的穩(wěn)定性

采用變頻器改造后，使系統(tǒng)完全消除了因滑差電機電樞與磁極間粘結(jié)而引起鏈速忽快忽慢的現(xiàn)象，系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大提高。

2 系統(tǒng)的動態(tài)聽診能力及同步調(diào)整精度

改造后系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)整能力及同步調(diào)正精度與原系統(tǒng)相比也大大提高，原系統(tǒng)在主從鏈空間位置相差半個節(jié)距時調(diào)節(jié)時間需30～40秒，改造后調(diào)節(jié)時間小于10秒。其同步調(diào)整精度在正常情況下可保證主從鏈之間相對同步偏差不大于3度，折算成長度偏差不大于30mm，非正常傳遞故障完全杜絕。

3 直接經(jīng)濟(jì)效益

改造后取消了滑差電機及調(diào)速控制板等國外備件，僅滑差電機每年就需訂購3～4臺備件（98年更換4臺），一臺滑差電機8萬多元，這樣每年可直接節(jié)省維修費用30多萬元。

隨著變頻器性能的不斷發(fā)展和完善，變頻器的應(yīng)用也越來越廣泛，我廠工藝鏈變頻調(diào)速系統(tǒng)的改造是諸多成功應(yīng)用實例中的一例，希望我們的工作能夠?qū)鴥?nèi)同行有一些啟示和幫助，為推廣變頻器的應(yīng)用起到一定的促進(jìn)作用。