-
-
手机阅读
基于CC-LINK 网络多电机同步控制的应用
作者：东风汽车集团股份有限公司专用设备厂技术部唐杰时间：2006-11-30
摘要：在汽车涂装行业中，由于传动链一般为几百米至上千米不等，因此传动链驱动通常采用几
台电机同时驱动，要求几台电机速度同步才能保证传动链的正常运行，否则就会产生链条堆积或
断裂，使系统不能很好地运行。本文将重点介绍基于三菱CC-LINK 网络的FR500 系列变频器
在传动链多台电机同步控制的应用。
关键词：传动链、同步控制、变频调速CC-LINK 网络
一、前言
目前在汽车涂装行业中由于涂装加工工艺流程较多，且规模较大，机械化生产线取代人工生产线。
被加工工件多数采用吊空线或地盘线输送，在整个加工工艺流程中循环运行。传动链一般都很长，
几百米至几千米不等。这样，一台电机驱动根本实现不了，就要求几台电机同时驱动一条传动链，
就必须让电机实现同步控制，否则链条就容易堆积或断裂。
二、系统控制原理
以往解决多台电机作同步控制时多数厂家大都采用以下两种控制方式。
1、采用滑差调速电机拖动（俗称VS 马达控制器或速比控）。利用行程开关调整滑差。VS 马达
控制器是一种相当简单的带电压负反馈的，单相晶闸管整流控制器，其控制器输出一个直流供应
给VS 马达的励磁线圈。此控制系统的负载特性相当差，低速时速度极不稳定，容易造成系统链
条堆积或断裂，且故障率很高。
2、采用变频器加异步电机拖动，利用行程开关调整速差。其控制原理是：在链条的每一传动段
中，安装一个驱动座和一个调整座。调整座是可以移动的，可以用于存储过多的链条，当链条区
段速度不一致时，链条会伸长和收紧。这样调整座的移动会让其行程开关发生状态变化，从而调
整马达的速度，使之达到平衡输送的目的。此系统工作时，调整是靠行程开关来检测，各区段链
条的伸长和收紧。我们知道调整座不可能做得太长，行程开关也不能安装太多。因此，马达的速
度调整是有级的、跳变的。调整幅度较大，调整座不断调整，导致系统频繁动作。机械磨损快，
且传动链运行速度波动较大。
现就我在武汉本田PO 保险杠/仪表盘输送链双电机同步输送应用一例介绍一种基于三菱
CC-LINK 控制网络的双电机同步控制原理。
1、项目来源：由于合成树脂车间（以下简称PO 车间）生产的保险杠、仪表盘需要搬送到涂装
车间进行装配，整个输送链跨度为两个车间，实际来回总长约为710 米，因此用一台电机就根
本无法实现整条链条的驱动。所以需要两台电机同时驱动，两台电机的同步运行成为此次项目的
关键点所在。
2、控制原理：整条输送链采用CC-LINK 总线控制方式，电机采用变频驱动，以实现速度连续
可调。两台电机的驱动变频器通过CC-LINK 通信卡挂在CC-LINK 网络上，实现变频器与主控
PLC 之间的通信，PLC 通过CC-LINK 网络实现对变频器运行频率、运行方向、控制模式的设定，
以及电机的运行速度，运行方向，运行电流、变频器各种报警信息的读取并实时地显示到人机界
面上，方便维修人员对故障信息的处理。两台电机分别通过各自的旋转编码器（以下简称PLG）
将实际运行速度反馈给各自的变频器，通过设定变频器相关参数以实现变频器的PLG 反馈控制
功能，该功能能将PLG 检测到的电机实际运行速度反馈给变频器，自动地补偿速度的变化，因
此，即使负荷波动，也可以保持电机速度的稳定。整个系统网络拓扑图如下：
PLC
CC-LINK 通信模块
CC-LINK 网络
旋转编码器脉冲旋转编码器脉冲
cc-link 卡
变频器
旋转编码
器反馈卡
cc-link 卡
变频器
旋转编码
器反馈卡
3~M 3~M
在实际生产运行当中，由于机械上不可能使得两台电机在驱动站输出的链条实际速度完全一致，
速度会有一定的偏差，这种偏差在相当的一段运行时间累积后就会使两台驱动电机的张紧装置出
现一个太紧而另一个太松的现象。为了消除这种由于偏差累积而出现的现象，在机械上两台电机
张紧装置上各安置了5 个行程开关，其工作原理如下：
2 3 4 5 1
1）1、5 号行程开关为极限保护位置，当此开关发号时线体停止运行。
2）2、4 号行程开关为链过松、过紧极限开关，当此开关发号时，表示链条由于机械上的偏差积
累结果而出现链条在一个张紧站出现堆积，在另外一个张紧站出现极度张紧现象，这时PLC 通过
软件上控制一台变频器的输出频率，以调整链条在两个驱动站之间的分布。
3）3 号行程开关为链条正常位开关，正常工作时此开关发号。
三、系统硬件配置
1、PLC 选用三菱Q02HCPU，并配置CC-LINK 通信卡QJBT11N。
2、变频器选用三菱FRA540 系列变频器，并配置三菱CC-LINK 通信卡FR-A5NC 以及旋转编
码器反馈卡FR-A5AP，以实现变频器挂在CC-LINK 网络上并通过编码器反馈电机实际运行速
度形成闭环速度反馈控制的目的。
3、旋转编码器选用欧姆龙E6C2-CWZ1X 系列。线性TTL 电平输出，分辨率1024。
4、人机界面选用三菱GOT900 系列，通过汇流排与PLC 通信。
四：系统通信程序软件设计
N
Y
N
Y
系统为网络操作模式？
发出速度、方向运行指令
系统给出指令执行成功状态字
速度、方向运行指令执行完毕？
系统出错报警
PLC 上电自检
五：变频器PLG 反馈控制相关参数设置
1、Pr144： 电机极对数设置参考值：102、104、106 或108。
2、Pr369 ：PLG 分辨率设置参考值：1000、1024 或更高。
3、Pr359 ：PLG 旋转方向设置参考值：0（CW）、1（CCW）。
4、Pr370 ：控制模式选择（PLG 反馈控制或矢量控制） 设置参考值：0、1、2。
5、Pr367 ：速度反馈范围设置设置参考值：根据下列公式设置电机在正常速度工作时，系
统允许的偏差范围。Fsp=（电机同步转速-电机额定速度）*电机极数/120
6：Pr368 ：反馈量当电机旋转速度不稳定或对速度变化反应慢时请设置此参数。设置参考
值：当该设定值大于1 时，系统对因负载变化引起的速度波动反应较快，能很快自行调节。但
容易出现过流或电机旋转不稳定等现象；当该设定值小于1 时，系统对因负载变化引起的速度
波动反应较慢，不能很快自行调节。但电机旋转稳定；
六、结束语
本系统在优化参数值之后，传动链的运行非常稳定。速度从0-16m/min连续可调，完全满足了
用户的工艺生产要求。而且本系统电气器件配置简炼，逻辑清晰，与以往通过模拟量同步控制相
比，通过网络设定频率是一种高精度的频率设定，其具有通讯速率高，稳定可靠，接线简单等优
点，而且在模拟量控制时，输出端经过一个数模转换器，经过导线，进入输人端(变频器)又需要
经过一个模数转换器才能参与控制。两个转换器位数不同和导线损耗都可能造成一定误差，而通
讯传递直接是数字量不需要转换，没有误差，在传输过程中不会造成损耗，而且响应速度率也会
很高。此方案在汽车行业应用中是一个性价比优良的方案。此方案已经在武汉东风本田汽车有限
公司客户成功应用。
参考文献
【1】《三菱Q系列编程手册》三菱电机株式会社
【2】《三菱变频调速器FR-A500使用手册》三菱电机株式会社
【3】《三菱旋转编码器反馈卡使用手册》三菱电机株式会社
【4】《三菱CC-LINK通信卡使用手册》三菱电机株式会社
【5】《电气变频调速设计技术》杜金城主编
【6】《现场总线技术应用论文集》丁过渡等编
1楼
0
0
回复
作者：东风汽车集团股份有限公司专用设备厂技术部唐杰时间：2006-11-30
摘要：在汽车涂装行业中，由于传动链一般为几百米至上千米不等，因此传动链驱动通常采用几
台电机同时驱动，要求几台电机速度同步才能保证传动链的正常运行，否则就会产生链条堆积或
断裂，使系统不能很好地运行。本文将重点介绍基于三菱CC-LINK 网络的FR500 系列变频器
在传动链多台电机同步控制的应用。
关键词：传动链、同步控制、变频调速CC-LINK 网络
一、前言
目前在汽车涂装行业中由于涂装加工工艺流程较多，且规模较大，机械化生产线取代人工生产线。
被加工工件多数采用吊空线或地盘线输送，在整个加工工艺流程中循环运行。传动链一般都很长，
几百米至几千米不等。这样，一台电机驱动根本实现不了，就要求几台电机同时驱动一条传动链，
就必须让电机实现同步控制，否则链条就容易堆积或断裂。
二、系统控制原理
以往解决多台电机作同步控制时多数厂家大都采用以下两种控制方式。
1、采用滑差调速电机拖动（俗称VS 马达控制器或速比控）。利用行程开关调整滑差。VS 马达
控制器是一种相当简单的带电压负反馈的，单相晶闸管整流控制器，其控制器输出一个直流供应
给VS 马达的励磁线圈。此控制系统的负载特性相当差，低速时速度极不稳定，容易造成系统链
条堆积或断裂，且故障率很高。
2、采用变频器加异步电机拖动，利用行程开关调整速差。其控制原理是：在链条的每一传动段
中，安装一个驱动座和一个调整座。调整座是可以移动的，可以用于存储过多的链条，当链条区
段速度不一致时，链条会伸长和收紧。这样调整座的移动会让其行程开关发生状态变化，从而调
整马达的速度，使之达到平衡输送的目的。此系统工作时，调整是靠行程开关来检测，各区段链
条的伸长和收紧。我们知道调整座不可能做得太长，行程开关也不能安装太多。因此，马达的速
度调整是有级的、跳变的。调整幅度较大，调整座不断调整，导致系统频繁动作。机械磨损快，
且传动链运行速度波动较大。
现就我在武汉本田PO 保险杠/仪表盘输送链双电机同步输送应用一例介绍一种基于三菱
CC-LINK 控制网络的双电机同步控制原理。
1、项目来源：由于合成树脂车间（以下简称PO 车间）生产的保险杠、仪表盘需要搬送到涂装
车间进行装配，整个输送链跨度为两个车间，实际来回总长约为710 米，因此用一台电机就根
本无法实现整条链条的驱动。所以需要两台电机同时驱动，两台电机的同步运行成为此次项目的
关键点所在。
2、控制原理：整条输送链采用CC-LINK 总线控制方式，电机采用变频驱动，以实现速度连续
可调。两台电机的驱动变频器通过CC-LINK 通信卡挂在CC-LINK 网络上，实现变频器与主控
PLC 之间的通信，PLC 通过CC-LINK 网络实现对变频器运行频率、运行方向、控制模式的设定，
以及电机的运行速度，运行方向，运行电流、变频器各种报警信息的读取并实时地显示到人机界
面上，方便维修人员对故障信息的处理。两台电机分别通过各自的旋转编码器（以下简称PLG）
将实际运行速度反馈给各自的变频器，通过设定变频器相关参数以实现变频器的PLG 反馈控制
功能，该功能能将PLG 检测到的电机实际运行速度反馈给变频器，自动地补偿速度的变化，因
此，即使负荷波动，也可以保持电机速度的稳定。整个系统网络拓扑图如下：
PLC
CC-LINK 通信模块
CC-LINK 网络
旋转编码器脉冲旋转编码器脉冲
cc-link 卡
变频器
旋转编码
器反馈卡
cc-link 卡
变频器
旋转编码
器反馈卡
3~M 3~M
在实际生产运行当中，由于机械上不可能使得两台电机在驱动站输出的链条实际速度完全一致，
速度会有一定的偏差，这种偏差在相当的一段运行时间累积后就会使两台驱动电机的张紧装置出
现一个太紧而另一个太松的现象。为了消除这种由于偏差累积而出现的现象，在机械上两台电机
张紧装置上各安置了5 个行程开关，其工作原理如下：
2 3 4 5 1
1）1、5 号行程开关为极限保护位置，当此开关发号时线体停止运行。
2）2、4 号行程开关为链过松、过紧极限开关，当此开关发号时，表示链条由于机械上的偏差积
累结果而出现链条在一个张紧站出现堆积，在另外一个张紧站出现极度张紧现象，这时PLC 通过
软件上控制一台变频器的输出频率，以调整链条在两个驱动站之间的分布。
3）3 号行程开关为链条正常位开关，正常工作时此开关发号。
三、系统硬件配置
1、PLC 选用三菱Q02HCPU，并配置CC-LINK 通信卡QJBT11N。
2、变频器选用三菱FRA540 系列变频器，并配置三菱CC-LINK 通信卡FR-A5NC 以及旋转编
码器反馈卡FR-A5AP，以实现变频器挂在CC-LINK 网络上并通过编码器反馈电机实际运行速
度形成闭环速度反馈控制的目的。
3、旋转编码器选用欧姆龙E6C2-CWZ1X 系列。线性TTL 电平输出，分辨率1024。
4、人机界面选用三菱GOT900 系列，通过汇流排与PLC 通信。
四：系统通信程序软件设计
N
Y
N
Y
系统为网络操作模式？
发出速度、方向运行指令
系统给出指令执行成功状态字
速度、方向运行指令执行完毕？
系统出错报警
PLC 上电自检
五：变频器PLG 反馈控制相关参数设置
1、Pr144： 电机极对数设置参考值：102、104、106 或108。
2、Pr369 ：PLG 分辨率设置参考值：1000、1024 或更高。
3、Pr359 ：PLG 旋转方向设置参考值：0（CW）、1（CCW）。
4、Pr370 ：控制模式选择（PLG 反馈控制或矢量控制） 设置参考值：0、1、2。
5、Pr367 ：速度反馈范围设置设置参考值：根据下列公式设置电机在正常速度工作时，系
统允许的偏差范围。Fsp=（电机同步转速-电机额定速度）*电机极数/120
6：Pr368 ：反馈量当电机旋转速度不稳定或对速度变化反应慢时请设置此参数。设置参考
值：当该设定值大于1 时，系统对因负载变化引起的速度波动反应较快，能很快自行调节。但
容易出现过流或电机旋转不稳定等现象；当该设定值小于1 时，系统对因负载变化引起的速度
波动反应较慢，不能很快自行调节。但电机旋转稳定；
六、结束语
本系统在优化参数值之后，传动链的运行非常稳定。速度从0-16m/min连续可调，完全满足了
用户的工艺生产要求。而且本系统电气器件配置简炼，逻辑清晰，与以往通过模拟量同步控制相
比，通过网络设定频率是一种高精度的频率设定，其具有通讯速率高，稳定可靠，接线简单等优
点，而且在模拟量控制时，输出端经过一个数模转换器，经过导线，进入输人端(变频器)又需要
经过一个模数转换器才能参与控制。两个转换器位数不同和导线损耗都可能造成一定误差，而通
讯传递直接是数字量不需要转换，没有误差，在传输过程中不会造成损耗，而且响应速度率也会
很高。此方案在汽车行业应用中是一个性价比优良的方案。此方案已经在武汉东风本田汽车有限
公司客户成功应用。
参考文献
【1】《三菱Q系列编程手册》三菱电机株式会社
【2】《三菱变频调速器FR-A500使用手册》三菱电机株式会社
【3】《三菱旋转编码器反馈卡使用手册》三菱电机株式会社
【4】《三菱CC-LINK通信卡使用手册》三菱电机株式会社
【5】《电气变频调速设计技术》杜金城主编
【6】《现场总线技术应用论文集》丁过渡等编