Profibus-DP總線技術在同步控制系統中的應用

　　Profibus總線控制技術及網絡同步控制是自動化領域的重要控制技術。Profibus-DP是一種堅固耐用、功能強大、開放性好的通訊總線．主要用於與現場設備的連接並快速、循環交換數據。多電動機同步網絡運動控制是指多個軸之間的運動協調控制．主要應用在需要有電子齒輪箱和電子凸輪功能的控制系統中。目前，許多工業生產領域同時涉及到Profibus總線和多電動機同步控制。本文將Profibus-DP總線運用於數控橫剪生產線，解決粗矯、圓盤剪和精矯機同步問題。提高系統的自動化程度和控制精度。

1 多電機同步網絡運動控制原理

　　1.1 多電機同步控制原理

　　同步運動控制是指多個軸之間的運動協調控制。其控制器控制算法常採用自適應前饋控制．通過自動調節控制量的幅值和相位。保證在輸入端加一個與幹擾幅值相等、相位相反的控制作用。以抑制周期幹擾，保證系統同步控制。對於多電機同步控制系統．要實現電機轉速跟隨，當受到擾動的電機轉速變化時。其他電機轉速隨該電機的轉速變化而變化，在系統受到擾動後的初始狀態，電機之間的轉速趨於同步，即應儘快消除轉速偏差；當電機之間的轉速趨於同步時。要儘量減小轉速發生超調。因此，對於多電機同步系統需通過同步控制使各受控量的控制過程相互協調配合，使各變量之間保持協調．從而使整個系統達到技術合理、經濟合算的協調工作狀態。目前使用的同步控制方法主要有：基於同一給定電壓的並聯運行方法、基於同一給定電壓的串聯運行方法、基於補償原理的控制方法以及基於現代控制理論的控制方法。本文採用基於同一給定電壓的並聯運行方法，其工作原理如圖1所示。

圖1基於同一給定電壓並聯運行同步控制

　　1.2 Profibus總線控制技術

　　Profibus現場總線是安裝在生產過程區域的現場設備、儀表與控制室內的自動控制裝置、系統之間的一種串行數位化、多點通訊的數據總線．根據應用特點分為Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA 3個兼容版本。其中，Profibus-DP是一種高速、經濟的設備級網絡．它主要用於現場控制器與分散I／O之間的通信離．滿足交直流調速系統快速響應的時間要求。標準現場總線Profibus-DP的硬體由主設備、從設備、網絡網路等3部分組成。其中主設備用以控制總線數據傳輸．且在無提供外部請求時發送信息和被授權可訪問總線。從設

　　備是相對於主設備而言較為筒單的外部設備，未被授權訪問總線；網絡網路如傳輸介質和網絡連結器，前者採用屏蔽雙絞電纜構成電氣網絡．採用塑料或玻璃纖維光纜構成的光纖網絡。或基於兩種媒介之間由OLM轉換構成混合網絡；後者採用RS-485總線連接器、RS-485總線終端、RS-485中繼器、光鏈路模塊OLM等研。

2 多電機同步控制系統

　　數控橫剪生產線採用v1=v2=v3，同步關係，其控制系統組成通訊網絡：Profibus-DP；1個主站，主要設備PLC；10個從站，設備分別為2個觸控螢幕、4個調速器、4個PLC遠程I／O端。整個控制系統由12個子系統組成。同步傳動子系統結構如圖2所示。

圖2同步控制系統結構

　　同步傳動子系統根據生產工藝要求，粗矯、圓盤剪和精矯機由3組4臺電動機共同拖到同一鋼板．要求4臺電動機是在線速度同步條件下運行。由於租矯、圓盤剪和精矯機3組系統與鋼板接觸的輥徑不同，要求的力矩也不同．所以各組的轉速比和電動機容量都不同。對實現同步運行的技術水平和技巧性要求較高。系統分為厚板(大於8 mm)和薄板2種模式。在厚板模式下，粗矯機與圓盤剪都跟隨精矯機，要求三者完全同步；在薄板模式下，只要求粗矯機與圓盤剪完全同步。以厚板模式為例，當粗矯機、圓盤剪及精矯機線速度相同時，其對應轉速比為：

　　在實際操作時。在觸控螢幕上將粗矯機、圓盤剪和精矯機設置為同一給定速度．需要在調速器中對給定參數乘以同步係數詹，在此以圓盤剪作為標準(因為圓盤剪沒有高低速切換)。由於粗矯機、圓盤剪和精矯機由3組4臺電動機功率不同，此輪轉速比不同，輥徑不同．阻力力矩不同，存在多變量耦合問題。帶來電動機啟動和停止時的不同步。功率小的電動機慣性小，啟動、停止都快。而功率大的電動機啟動、停止都慢，即功率小的南、北圓盤剪電動機啟停都快，功率大的精矯輥電動機啟停都慢．對此可通過調整調節器的上升時間和下降時間來解決。