一、引言
在機械加工和制造行業(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解決，但是成本較高。本文針對這一情況，提出了采用艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司生產(chǎn)的TD3100變頻器的實現(xiàn)方案。
二、TD3100距離控制原理簡介
TD3100是我司在高性能矢量變頻器TD3000基礎(chǔ)上開發(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，實現(xiàn)了樓層距離自學習、直接高精度停靠功能，用戶無需進行減速點的計算，簡化了用戶的軟件設(shè)計工作量，在電梯和立體倉庫方面得到了廣泛的應(yīng)用。變頻器將各個樓層的高度信息通過編碼器學習記憶在存儲器中，在運行過程中，如果是給定樓層距離控制，變頻器會自動計算減速點減速停車。目的樓層信息通過樓層使能端子FLE有效時，從F1~F6端子獲取。如果是給定REQ請求信號的距離控制，變頻器會自動計算每層的減速點，可以通過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后，如果需要停車，就給出停車請求信號REQ給變頻器，變頻器就按照減速曲線正常減速停車。兩種距離控制的時序如圖1所示。
圖1 TD3100變頻器距離控制時序
三、采用TD3100實現(xiàn)兩點距離固定的定位控制方法
對于兩點固定的定位控制，相當于電梯只有兩層樓的情況，需要在兩個端點安裝限位開關(guān)，只要在兩點之間進行距離自學習，直接按照給定停車請求的距離控制。
1、自學習
自學習連接線路如圖2（a）所示。將UPL和DWL短接，左限位與右限位并聯(lián)，當作平層信號輸入到UPL、DWL，自學習開始的位置應(yīng)該從左端或者右端的限位外的位置開始，如果不能夠離開限位的位置，可以先自學習后，在正常運行時通過調(diào)整平層距離調(diào)整F4.07或者層高1 F4.09來保證位置精度。設(shè)定F4.00為2，F(xiàn)4.01根據(jù)位置寬度來設(shè)定，用于自動計算分頻系數(shù)。自學習時，將FWD、SL端子合上，即開始自學習，注意在運行到限位開關(guān)動作后，去除FWD命令，學習完成。查看F4.08和F4.09的值，看看是否正確記錄。如果加減速時間太長或者過短，可以通過調(diào)整F3.11~F3.16來解決。
圖2 采用TD3100實現(xiàn)兩點距離固定的定位控制
2、正常運行
根據(jù)式1計算設(shè)定F1.07，式中D為控制線速度處的輥輪直徑， 為機械減速比。設(shè)定F5.00=15，選擇X1端子為距離控制使能功能，根據(jù)工序需要的運行效率調(diào)整S曲線。最后通過調(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三個命令，正常運行時只需控制FWD/REV信號。INS為點動命令，點動運行時，將INS先有效，然后控制命令FWD/REV有效即可控制點動左運行或右運行。
3、在玻屏移載機中的應(yīng)用
玻屏移載機的結(jié)構(gòu)如圖3所示，采用2.2kW電機驅(qū)動，電機額定電壓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個接近開關(guān)，其中1#和2#接近開關(guān)之間距離大約1400~1800毫米，移載平臺帶負荷約150~170kg左右。移載機要求在兩個限位開關(guān)之間運動和定位，定位精度誤差要求3毫米以內(nèi)，單行程移動完成時間大約2-3秒，即從1#限位開關(guān)加速到恒速，再到減速停止在2#限位點的時間要求在2-3秒內(nèi)完成。
圖3 玻屏移載機結(jié)構(gòu)示意圖
按照圖2（a）接線，設(shè)定F4.00=2，先通過INS與REV閉合將車開到一側(cè)，再通過FWD與SL端子閉合，完成自學習過程。為了提高運行效率，將S曲線有關(guān)參數(shù)設(shè)置最大，將抱閘控制延遲時間F7.00、F7.01設(shè)置為零，啟動頻率與啟動等待時間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)果是運行平穩(wěn)，完全滿足工藝精度要求，達到采用伺服控制的定位效果。
四、采用TD3100實現(xiàn)多點距離固定的定位控制方法
對于立體倉庫、立體車庫這樣需要X、Y、Z三維多點定位運動控制的場合，采用TD3100實現(xiàn)，可以大大簡化電路，降低成本，提高可靠性。由于最高層數(shù)可以達到128層，因此采用給定目的樓層的距離控制，使用異常簡單。采用TD3100立體倉庫的系統(tǒng)如圖4所示，圖中UPL與DWL信號可以使用用戶的平層開關(guān)信號，也可以直接將UPL與DWL與COM短接。FLE為目的層使能端子，當其有效時，F(xiàn)1~F7的給定層信號有效；INI為當前層初始化端子，其有效時，恢復(fù)當前層為F1~F7的給定層。從圖中對比可以看出，采用通信控制，線路簡單，節(jié)省資源，節(jié)省成本。需要注意一點的是，目前該功能需要非標定制。當然該系統(tǒng)在應(yīng)用前還需要進行層高自學習，自學習方法同上節(jié)描述，只需要將總層數(shù)F7.00按照實際情況設(shè)定即可。
圖4 采用TD3100變頻器的立體倉庫系統(tǒng)
五、采用TD3100實現(xiàn)兩點距離變化的定位控制方法
TD3100在實現(xiàn)兩點距離變化的定位控制的時候，使用方法基本同兩點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，手動或者自動改變層高1 F4.09的數(shù)值，然后運行即可。由于手動更改困難，一般需要通過上位機進行通信控制來實現(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)生機械沖擊，需要兩個限位開關(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)字舞臺控制這樣的多電機多軸高精度距離控制系統(tǒng)中。采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線控制的現(xiàn)代舞臺驅(qū)動系統(tǒng)如圖5所示。該系統(tǒng)采用PC機控制，內(nèi)置西門子插卡式PROFIBUS主站控制板CP5611或者CP5412均可，實現(xiàn)手動和自動控制。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，由于舞臺控制電機較多，可以達到較高的實時控制精度和較快的響應(yīng)時間，達到既快又準的目的。
圖5 采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線控制的現(xiàn)代舞臺驅(qū)動系統(tǒng)
六、結(jié)束語
TD3100除在電梯方面的應(yīng)用外，通過靈活的配置，可以應(yīng)用在多種需要定位和距離控制的場合，同時可以有效地減少用戶硬件設(shè)計成本和軟件設(shè)計工作量，提高控制系統(tǒng)可靠性。