二．                                     雙變頻電機(jī)同步及聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)演示

兩個(gè)電機(jī)或更多個(gè)電機(jī)的同步及聯(lián)動(dòng)問題，是生產(chǎn)中經(jīng)常需要的一種應(yīng)用，由于生產(chǎn)中通過變頻器對(duì)電機(jī)的調(diào)速已經(jīng)做的很多，雙變頻電機(jī)或多變頻電機(jī)是否就能夠?qū)崿F(xiàn)同步及聯(lián)動(dòng)，而無需更換成伺服電機(jī)？

1，  1.機(jī)械剛性連接，這是最直接的方法，可通過機(jī)械同軸、機(jī)械凸輪開關(guān)組合實(shí)現(xiàn)。但這個(gè)涉及到機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的允許，而多軸機(jī)械凸輪開關(guān)組的成本不低。

2， 2. 變頻器同速指令的開環(huán)“同步”，一個(gè)變頻器一拖二，或相同的電位器-電壓指令給多個(gè)變頻器的同速指令，由于電位器或電流、電壓的模擬量精度較低，這種同速指令本身的精度不高，更何況各個(gè)電機(jī)的負(fù)載可能不同，電機(jī)實(shí)際速度的滯后，最終的結(jié)果是各個(gè)電機(jī)實(shí)際速度有偏差，即使很小，時(shí)間累積下相互位置越來越偏，而無法同步。

3， 3. 變頻器PG卡+增量編碼器信號(hào)反饋的同步，在歐日中高端變頻器中已經(jīng)設(shè)置此項(xiàng)功能，有變頻電機(jī)附加增量編碼器信號(hào)，反饋給PG卡，由此內(nèi)部做反饋位置同步對(duì)比，調(diào)整變頻器速度輸出量值，而達(dá)到同步。確實(shí)此類同步已經(jīng)是真正意義上的位置同步了，但是一方面是需要中高檔的變頻器，并配置PG卡，成本較高；另一方面增量脈沖信號(hào)對(duì)于變頻器內(nèi)部的逆變過程中的諧波抗干擾較差，常有丟脈沖而失位，或停電剎車后的兩個(gè)電機(jī)慣性不一致，位置出現(xiàn)偏差，增量編碼器沒有位置“停電記憶”能力，而使“同步”不再可能。

有沒有即經(jīng)濟(jì)又方便，而且能確保雙電機(jī)或多電機(jī)“同步”的實(shí)現(xiàn)？為此，我們提出了絕對(duì)值編碼器信號(hào)反饋給PLC，控制變頻器速度調(diào)整的同步糾偏方案，并進(jìn)行同步實(shí)驗(yàn)演示。這種同步演示常常在展會(huì)上看到由伺服電機(jī)做出，而此次上海精浦在2013上海機(jī)床展上選擇了最普通的變頻電機(jī)演示。

一．配置

兩個(gè)普通變頻電機(jī)+渦輪蝸桿減速箱，電機(jī)功率0.25KW，沒有安裝電磁剎車；

兩個(gè)臺(tái)達(dá)最經(jīng)濟(jì)的變頻器；

兩個(gè)絕對(duì)值編碼器，上海精浦機(jī)電兩個(gè)絕對(duì)值編碼器GMX425，Canopen信號(hào)，國(guó)產(chǎn)品牌GEMPLE價(jià)格低；

基于一個(gè)最經(jīng)濟(jì)的國(guó)產(chǎn)化小型PLC（深圳矩形N80），并按我公司要求配置Can接口及參數(shù)定制的PFC80同步控制器。

輸入：編碼器Can信號(hào)，上行下行指令，輸出：電機(jī)啟、停、正反轉(zhuǎn)，兩路模擬量給變頻器調(diào)速。

國(guó)產(chǎn)3.5寸觸摸屏，設(shè)置位置及輸出電流。

——編碼器安裝于渦輪蝸桿減速箱低速端上，與機(jī)械輸出軸同軸，減速箱背隙誤差被排除；這種標(biāo)準(zhǔn)的渦輪蝸桿減速箱低速端都有兩面輸出軸，可一面給機(jī)械輸出，一面給編碼器。如圖所示。

——兩個(gè)編碼器信號(hào)以Can總線接入PLC，地址01，64，波特率500KHz;

——PLC接收兩個(gè)絕對(duì)值編碼器信號(hào)，做絕對(duì)值位置同步對(duì)比，同時(shí)輸出兩路4—20mA（或0-10V）分別給兩個(gè)變頻器；

——變頻器獲得的速度指令即模擬量信號(hào)，是PLC根據(jù)兩個(gè)編碼器絕對(duì)位置比較后，根據(jù)位置偏差計(jì)算給出的，以保證兩個(gè)電機(jī)的絕對(duì)位置在偏差范圍內(nèi)。

——停車位置，電機(jī)提前位置多點(diǎn)連續(xù)減速，至停車點(diǎn)前速度基本一致，停車位置由絕對(duì)值編碼器保證，準(zhǔn)確位置停車、同步，并不受停電后位置移動(dòng)影響。

三．實(shí)驗(yàn)演示

電機(jī)較高速（大于100Hz）向前運(yùn)行一段，同步停止，反向返回；

電機(jī)中速（50Hz左右）向前運(yùn)行，同步停止，反向返回；

電機(jī)較低速（小于50Hz）向前運(yùn)行，同步停止，反向返回。

循環(huán)重復(fù)以上運(yùn)行。視頻見附件。

實(shí)驗(yàn)情況匯總：

1.       由于沒有安裝剎車，在高速運(yùn)行段初時(shí)調(diào)試時(shí)停車位置較難一致，但在增加減速點(diǎn)多級(jí)減速后，調(diào)試出到剎車時(shí)速度基本一致，再停車，位置重復(fù)性好，停車位置同步。

2.       中速段基本同步。

3.       低速段只用了一點(diǎn)位置減速，停車位置反而不及高速段多級(jí)減速重復(fù)性好。

4.       對(duì)于電機(jī)位置、速度反饋閉環(huán)控制，控制原理接近伺服原理，但是由于減速及停車時(shí)的力矩?zé)o法實(shí)現(xiàn)控制，是依賴于慣性阻力，故此同步的速度響應(yīng)及停車位置無法與伺服電機(jī)相比，但由于始終處于絕對(duì)值位置反饋閉環(huán)中，偏差始終保持在一個(gè)允許范圍內(nèi)。速度響應(yīng)及精度對(duì)于大部分的生產(chǎn)應(yīng)用可以滿足，尤其是流水線多電機(jī)同步，及機(jī)械加工設(shè)備的多電機(jī)同步。

四．說明及意義

1.       從原理上講，對(duì)于電機(jī)2臺(tái)還是2臺(tái)以上的同步及聯(lián)動(dòng)，控制原理是一樣的，就是增加多路編碼器反饋及輸出電流。同樣，對(duì)于單變頻電機(jī)的速度、位置可做雙閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)電子凸輪開關(guān)的較高精度的定位控制。

2.       編碼器選擇Can總線，是為了說明其可連接多個(gè)編碼器實(shí)現(xiàn)多路控制，如果只是兩路同步，也可選擇其他形式的信號(hào)，例如GEMPLE簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的RS485，或SSI（歐系變頻器PG卡較多選用SSI信號(hào)，做雙路同步）。

3.       這種基于絕對(duì)值編碼器信號(hào)反饋的同步原理，與選擇變頻器和變頻電機(jī)相關(guān)不大，當(dāng)然如果選用有力矩控制功能的變頻器，速度響應(yīng)及位置精度效果更好。

4.       編碼器-PLC-變頻器的信號(hào)控制回路，確定了響應(yīng)速度不高，同步響應(yīng)及位置精度與伺服電機(jī)相比不高，但始終在一個(gè)絕對(duì)值偏差范圍內(nèi)，能夠滿足大部分對(duì)于精度要求不是很高，但始終在一個(gè)偏差允許范圍內(nèi)的情況。

5.       生產(chǎn)中選用電機(jī)配渦輪蝸桿減速箱的使用很普遍，這種同步原理對(duì)于技術(shù)改造很容易實(shí)現(xiàn)，從而減少停工重建及人力的損失，簡(jiǎn)單快速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化改造。

6.       應(yīng)用舉例：起重門機(jī)大車同步糾偏，起重雙吊鉤（或多吊鉤）同步，流水線輸送帶及機(jī)械動(dòng)作同步，包裝機(jī)械連續(xù)動(dòng)作同步，等等。