关键词:车辆;速度同步控制;可编程控制器;变频器
1前言
当车辆驱动电机采用分散驱动时受电机转速不同步的影响可导致车体运行不协调进而使电机转速偏离正常值严重时会造成设备损坏。因此解决车辆驱动电机在分散驱动时产生的电机转速不同步问题具有现实意义。
本文介绍一种利用PLC解决车辆分散驱动时电机速度同步的先进实用的控制方法。
2问题的提出
目前车辆的运行设备一般采用集中驱动（见图1）和分散驱动（见图2）两种方式。集中驱动变频器与电机的关系是“一拖多”;分散驱动时两者的关系是“一拖一”。
“一拖多”的优点是控制简单操作维护方便但采用集中驱动布置要求车体具备较大的空间。当车辆负载很大或者车体空间受到限制的时候通常采用“一拖一”的分散驱动方式因为其结构紧凑布局简单。但"一拖一"对变频器和电机有较高的要求特别是同步问题难以解决。如果电机转速不一致会出现变频器相对逆向做功输出电流过大导致跳闸影响车辆的工作效率和电气设备的使用寿命。如果转速偏差过大则导致车体变形影响使用。
3解决方法
采用PLC与变频器控制方法实现多个分散驱动电机同步运行。PLC采用西门子S7400系列图3为网络拓扑图。
为实现两台牵引电机的速度同步采用两台变频电机牵引并分别采用变频器调速进行矢量闭环控制用PLC直接控制两台变频器。在控制中PLC与变频器之间采用Profibus联接保证输出信号源的同步性。以牵引电机1的速度为目标速度由牵引电机2的变频器来调节其速度以跟踪牵引电机1的速度。将两台增量式旋转编码器与电机同轴联接使编码器1和编码器2分别采集两台电机的速度脉冲信号并将该信号送到PLC的高速计数模块中。PLC以这两个速度信号数据作为输入控制量进行比例积分控制运算（PID）运算结果作为输出信号送至PLC的模拟量模块以控制牵引电机2的变频器。这样就可以保证牵引电机2的速度跟踪并随着牵引电机1速度的变化而发生变化。使两个速度保持同步。
取自编码器采集的脉冲信号经高速计数模块FM350-1进入PLC转换成电机速度数据。将两个电机编码器的信号相比较通过PID调节模块调整电机转速差值给定电机2的转速值MW1000。
MW1000需要转化成变频器能接受的信号。由于PLC的对应4～20mA值为0～27648变频器接收范围值为0～8192所以MW1000/27648×8192送到模拟量输出通道换算成变频器能接受的电流信号以控制牵引电机2的变频器PID算法是工业控制中最常用的一种数学算法其基本算式如下:
Pou（tt）=Kp×（et）+Ki×Σ（et）+Kd×[（et）-（et-1）]
式中:Kp—比例调节系数。是按比例反映系统的偏差系统一旦出现偏差比例调节立即产生调节作用以减少误差。
Ki—积分调节系数。使系统消除稳态误差提高无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti越小积分作用就越强。Kd— 微分调节系数。微分作用反映系统偏差信号的变化率具有预见性能预见偏差变化的趋势因此能产生超前的控制作用在偏差还没有形成之前已被微分调节作用消除。为了减少电源系统波动等因素引起的外来干扰在编制控制算法时必须考虑利用积分环节即采用一段时间内连续稳定的输入信号而不是某一瞬时值的输入信号进行PID运算以消除累积误差使转数在一定的范围内可调。这样牵引电机1和牵引电机2就能很好地进行同步控制且同步精度较高从而确保了运行机构的稳定性。
4控制结果
利用STEP7编制PLC上位机监控程序Wincc采集速度值并绘制曲线。数据提取的时间间隔为15ms。实际上牵引电机1和牵引电机2速度是相同的但为了反映牵引电机2的跟踪和波动情况在此特地将其分开上面是牵引电机1的速度曲线下面是牵引电机2的速度曲线（见图4）。牵引电机1的速度发生变化时牵引电机2就能及时地响应进行跟踪并且能很快地达到稳定。实验表明采用PLC和变频器的控制方法能达到较高的同步要求响应快、速度波动幅度较小。
5结束语
该控制方法已在各种炉下车辆中应用。实际应用中走行同步起动效果明显车辆运行平稳。实践证明采用PLC解决车辆分散驱动时电机速度同步的控制方法应用效果较好是一种理想的调速控制方法满足了生产工艺要求减少了设备的维修维护费用保证了车辆发挥正常的生产效率经济效益显著。随着PLC与变频器控制方法的广泛应用必将更好地提高传动系统对速度控制的可靠性与灵活性。
参考文献
1.孙增圻等.智能控制理论与技术.清华大学出版社1997
2.陈冲等.多驱动电机输送线的微机控制系统.电气传动1991
3.西门子编程手册2004
