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圣冰斯:自动排线绕线机同步控制准确度的改进

时间: 2019-01-11阅读:

摘 要介绍了自动排线绕线机自动同步技术的工作原理,分析了实际工况中影响跟踪准确度的几个因素。针对PLC实现自动同步功能的准确度误差累计问题,提出了通过修正误差影响因素,消除误差累计的方法。并对该方法的设计原理与实践结果进行了分析。

【关键词】PLC 旋转编码器 步进电机 修正

PLC(可编程逻辑控制器)由于其稳定可靠、结构精巧、运算速度快、编程方便快捷直观等优点而在工业控制中得到广泛应用。自动排线绕线机也用它实现控制功能。

1 工作原理

如图1所示,变频器驱动主轴电机旋转,电机带动主轴旋转绕线,与主轴同步的增量型旋转编码器输出1000个/转的脉冲信号,输入PLC,PLC检测该脉冲频率,并结合线宽、丝杆螺距、步进电机步距角、细分比及步进电机传动比等参数进行运算后输出一定频率的脉冲给步进电机驱动器,步进电机驱动器根据该脉冲和方向信号实现步进电机驱动,并不断检测增量型旋转编码器输出脉冲的频率,同时刷新输出频率。

在1台小型自动排线绕线机中实例中,主轴最高转速为300转/分,实际操作中低于120转/分;主轴启动时间(从0速匀加速到最大速度的时间)设为3秒,主轴停止时间(从最大速度匀减速到0速的时间)设为1秒;线宽限制在5.00毫米内并有2位小数的精度;丝杆螺距为2.00毫米;步进电机步距角为1.8?也即200个脉冲1转;考虑到PLC实际最高脉冲限制35KHz,细分取10细分;步进电机直接传动丝杆即1:1变比;

PLC对输入口X2的脉冲进行密度检测,本例中是在每25毫秒内检测脉冲个数Mn,由PLC的专用指令SPD完成;乘以线宽(以0.01毫米为单位)Mn*x,再除以10,即得到输出频率,表示为

Mn*x/10

用PLC专用指令PLSY由Y2口中断输出。

2 影响同步准确度的几个因素

上述工作原理中, 旋转编码器的脉冲输出准确度、步进电机驱动器和步进电机的步距准确度都是固定并不可改变的,经试验,只要做到旋转编码器的电源单独提供,脉冲信号在线路传输上采用屏蔽线分离传输,这些误差即可控制在可忽略程度中。本文只考虑在PLC中的准确度误差。

PLC是以1毫秒为单位中断处理X2口的脉冲密度,其精度是1个脉冲个数,即有零点几的误差,并且是單向误差(偏小)。25毫秒是这样选取的:主轴从0速开始加速,到旋转编码器有1个脉冲输出的时间段中t,要求PLC脉冲密度检测不漏检,即脉冲密度检测>该时间段t。由匀加速公式

t=(2s/a)0.5。

由上述参数算出t=34.64毫秒。

如果选取最接近1000能被整除的数即40毫秒,则1秒能检测25次,到达最快速度的连续2次检测得到的脉冲密度数为:198、196,乘以25即:4950、4900,有50的偏差和50的递增量;不够精细;考虑到主轴变速过程中同步的及时性,可以要求PLC脉冲密度检测在主轴从第1个脉冲输出开始加速,到旋转编码器第2个脉冲输出的时间段t2中不漏检,即脉冲密度检测>该时间段t2。算出t2=14.35毫秒;本例中考虑到PLC程序运行循环周期为20毫秒左右,选取≤20毫秒的数实际上并不能得到及时的输出脉冲频率更新,故选取25毫秒,则1秒能检测40次,到达最快速度的连续2次检测得到的脉冲密度数为:124、124,乘以40即:4960、4960,有40的偏差和0的递增量,这样可以大大加快同步的及时性。这里同步不及时(脉冲密度每秒的检测次数少)的误差是使误差累计的主要因素,脉冲密度检测的非整数丢失是平均单向小数分布的误差。

脉冲密度检测之后运算过程中除以10,即产生小数丢失,引起误差。

3 改进的算法

针对脉冲密度检测的非整数丢失可以在运算结果中非零加20*K,K为系数,在实际调试中确定,一般为≤1的小数。针对跟踪不及时引起的误差,采用方法如下:第n次检测到的脉冲密度Mn,修正为

Mn +[(Mn-Mn-1)/2]

将误差在下一个25毫秒内补偿回去(其中Mn-1为第n-1次检测到的脉冲密度);并且将(Mn-Mn-1)/2中的小数部分累计到第n+1次的脉冲密度修正项中,即

Mn+[(Mn-Mn-1)/2]+[(Mn-1-Mn-2)/2-[(Mn-1-Mn-2)/2]],记为Mn’。

针对第n次脉冲密度检测之后运算过程中除以10产生的小数丢失,也采用在第n+1次检测到的脉冲密度运算之后加一该小数修正项来解决,并且将第n+1次运算后加小数修正项后的小数累计到第n+2次中,即

Mn’*X/10+[ Mn-1’*X/10-[Mn-1’*X/10] ]

+[ (Mn-2’*X/10-[Mn-2’*X/10])-[ Mn-2’*X/10-[Mn-2’*X/10] ] ]

总体上,这些方法的主导想法是在PLC编程中上1次的小数余量到下1次去修正;这里要注意启动和停止时的0速的特殊处理,0速时就不必修正了。

4 结果

由上述改进算法指导编程的PLC程序应用在1台小型自动排线绕线机中,经过实际调试试用,自动排线同步效果非常理想,主轴绕线100匝,线宽从0.1~5.00范围内,误差≤5%线宽,不会产生叠线或间隙问题。

5 结论

用PLC实现自动排线绕线机排线自动同步控制功能,由于PLC特有的局限性导致的控制算法误差,采用小数累计补偿和滞后累计补偿方法,可以大大降低这些误差。本文从自动排线绕线机排线自动同步控制功能及其误差的影响因素角度分析,提出的改进算法切实可行有效,可以在其他设备控制的类似问题中借鉴。

作者简介

励小峰(1977-),男, 浙江省象山线人。大学本科学历,现为宁波天安电力电子有限公司高级电气工程师。研究方向为电力电子技术、高压变频器、SVG。

作者单位

宁波天安电力电子有限公司 浙江省宁波市 315040

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