專利名稱：一種帶式運(yùn)輸機(jī)多電機(jī)同步控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶式運(yùn)輸機(jī)多電機(jī)同步控制系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)是物料搬運(yùn)機(jī)械的基本組成部分，而帶式運(yùn)輸機(jī)是連續(xù)運(yùn)輸機(jī)中效 率最高、使用最普遍的一種機(jī)型。在20世紀(jì)80年代前，帶式運(yùn)輸機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置多為一臺(tái)電 動(dòng)機(jī)，就能滿足生產(chǎn)要求，到了 80年代，單驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力已經(jīng)無(wú)法滿足大型帶式運(yùn)輸機(jī)的動(dòng) 力要求，驅(qū)動(dòng)裝置就開(kāi)始有了多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。隨著大型帶式運(yùn)輸機(jī)的使用，于是出現(xiàn)了系統(tǒng) 穩(wěn)定性問(wèn)題、能耗問(wèn)題、安全等問(wèn)題。對(duì)于大型普帶運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)電機(jī)的同步控制技術(shù)主要 包括并行控制，主從控制，交叉耦合控制，虛擬總軸控制，偏差耦合控制。其中交叉藕合控制 這種控制策略最初由Koren在1980年提出，交叉藕合控制策略最主要的特點(diǎn)就是將兩臺(tái) 電機(jī)的速度或者是位置信號(hào)進(jìn)行比較，從而得到一個(gè)差值作為附加的反饋信號(hào)，再將這個(gè) 附加的反饋信號(hào)作為跟蹤信號(hào)，系統(tǒng)能夠反映出任何一臺(tái)電機(jī)的負(fù)載變化，從而獲得良好 的同步控制精度，但是這種控制策略不適合兩個(gè)以上電動(dòng)機(jī)的同步控制情況。而偏差藕合 控制的主要思想是將某一臺(tái)電機(jī)的速度反饋同其它電機(jī)的速度反饋分別作差，然后將得到 的偏差相加作為該電機(jī)的速度補(bǔ)償信號(hào)，增益Kr用來(lái)補(bǔ)償各個(gè)電機(jī)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的不 同。這種偏差藕合控制策略能夠克服以上各種控制策略的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)很好的同步性能，但是 增益Kr的設(shè)定十分困難。當(dāng)前的帶式運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)大都以PLC控制系統(tǒng)為主，主要有如 下不足系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高；PLC控制系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)原因，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高級(jí)的控制算法，從 而多電機(jī)同步運(yùn)動(dòng)誤差大、精度低、協(xié)調(diào)性差，特別是啟停時(shí)，皮帶系統(tǒng)震動(dòng)較大，同步性更 差。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種通過(guò)變頻器檢測(cè)各電機(jī)運(yùn)行參 數(shù)，并由同步控制器對(duì)各電機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)進(jìn)行分析并修正的皮帶運(yùn)輸電機(jī)同步控制系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種帶式運(yùn)輸機(jī)多電 機(jī)同步控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)、變頻器、電機(jī)、同步控制器和RS-485總線系統(tǒng)，所述的同步 控制器包括為電源模塊、控制模塊、USB接口和RS-485通信接口，所述的電源模塊分別與 控制模塊、USB接口和RS-485通信接口連接，所述的控制模塊再分別與USB接口和RS-485 通信接口連接，其中USB接口與上位機(jī)相連，RS-485通信接口通過(guò)總線系統(tǒng)與各變頻器的 RS-485通信接口端相連，各變頻器輸出端分別連接到電機(jī)。作為優(yōu)選，所述的控制模塊選用微控制器STM32F103V8T6，作為同步控制器的信號(hào)
處理單元。作為優(yōu)選，所述的電源模塊選用低壓差穩(wěn)壓器LD1086D2M33，為同步控制器提供工 作電源。[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是選用RS-485總線系統(tǒng)，使現(xiàn)場(chǎng)接線 十分簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)省費(fèi)用，數(shù)字信號(hào)傳輸方式提高了系統(tǒng)的工作可靠性；同步 控制器選用USB接口實(shí)現(xiàn)控制器與上位機(jī)信息交互以及同時(shí)可以從計(jì)算機(jī)的USB接口獲取 同步控制器的工作電源，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)；方便查詢各電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，便于早期分析、 排除故障，縮短了維護(hù)停工時(shí)間；整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行都在上位機(jī)上進(jìn)行，無(wú)需到現(xiàn)場(chǎng)，減 輕了系統(tǒng)調(diào)試、運(yùn)行的勞動(dòng)強(qiáng)度；方便的編程，克服了 PLC控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制算法 的缺點(diǎn)；同時(shí)該同步控制器能充分發(fā)揮變頻器的性能，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)精度高，使 各電機(jī)以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速同步運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1為一種帶式運(yùn)輸機(jī)多電機(jī)同步控制系統(tǒng)連接框圖；圖2為一種帶式運(yùn)輸機(jī)多電機(jī)同步控制系統(tǒng)電機(jī)同步控制框圖；圖3為一種帶式運(yùn)輸機(jī)多電機(jī)同步控制系統(tǒng)控制程序流程框圖；圖4為同步控制器中斷程序流程框圖；圖5為同步控制器連接示意框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說(shuō)明。為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施 例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋 本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。如圖1和圖5中所示，一種帶式運(yùn)輸機(jī)多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)、同步控 制器、變頻器、電機(jī)和RS-485總線系統(tǒng)，所述的同步控制器包括電源模塊、控制模塊、USB接 口以及RS-485通信接口，電源模塊分別與控制模塊、USB接口和RS-485通信接口連接，所 述的控制模塊再分別與USB接口和RS-485通信接口連接，其中電源模塊可以通過(guò)同步控制 器的USB接口從主機(jī)中獲取同步控制器工作電源，也可以從獨(dú)立的電源中獲取同步控制器 工作電源，電源模塊將獲取的電源電壓轉(zhuǎn)換為適合同步控制器的工作電源電壓，保障電源 供給；同步控制器的USB接口與上位機(jī)連接，USB連接有利于提高了上位機(jī)與同步控制器之 間的數(shù)據(jù)傳輸速率，同步控制器的RS-485通信接口通過(guò)總線系統(tǒng)與各變頻器的RS-485通 信接口端相連，各變頻器輸出端分別再連接電機(jī)，每一臺(tái)變頻器分別與一臺(tái)電機(jī)相連，控制 的電機(jī)數(shù)目根據(jù)不同的帶式運(yùn)輸機(jī)有所不同，不限于圖中所示的電機(jī)數(shù)，所述的上位機(jī)、同 步控制器、變頻器、電機(jī)和總線系統(tǒng)共同構(gòu)成一種帶式運(yùn)輸機(jī)多電機(jī)同步控制系統(tǒng)。如圖3中所示，作為同步控制器核心部件的控制模塊的程序存儲(chǔ)器中預(yù)先存有以 偏差藕合控制與模糊控制算法相結(jié)合的控制程序，首先初始化系統(tǒng)，設(shè)置USB、串口和定時(shí) 器等寄存器，通過(guò)上位機(jī)對(duì)同步控制器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并保存在控制模塊的Flash內(nèi)存中， 上位機(jī)向同步控制器發(fā)送指令，通過(guò)同步控制器的控制模塊解析后再經(jīng)由RS-485總線系 統(tǒng)向各變頻器發(fā)送運(yùn)行參數(shù)和開(kāi)機(jī)指令，變頻器啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，并周期性的采集各電機(jī)運(yùn) 行參數(shù)信號(hào)包括電機(jī)的轉(zhuǎn)速參數(shù)信號(hào)，同步控制器的控制模塊通過(guò)RS-485總線系統(tǒng)接收 各變頻器采集的電機(jī)運(yùn)行參數(shù)信息，并對(duì)收集的運(yùn)行參數(shù)信息進(jìn)行分析、處理、并產(chǎn)生控制信號(hào)，通過(guò)RS-485總線系統(tǒng)向各變頻器發(fā)送控制信號(hào)，通過(guò)各變頻器分別控制各電機(jī)輸出 速度，使各電機(jī)的轉(zhuǎn)速先趨向于一致，再同步向給定的轉(zhuǎn)速靠近，同步控制器調(diào)整各變頻器 的參數(shù)時(shí)，控制模塊通過(guò)USB接口向上位機(jī)上傳同步控制器的控制模塊產(chǎn)生的控制信號(hào)和 各電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)信號(hào)，并顯示于上位機(jī)。其中，同步控制器的控制模塊工作在無(wú)操作系統(tǒng) 的單任務(wù)實(shí)時(shí)狀態(tài)，其采樣周期由定時(shí)器中斷確定。如圖2和圖4中所示，同步控制器的控制模塊預(yù)存有偏差藕合控制與模糊控制算 法相結(jié)合的控制程序，在有速度測(cè)量負(fù)反饋的矢量控制作用下，變頻器保證各電機(jī)的轉(zhuǎn)速 跟隨給定值ω，某一電機(jī)η在干擾作用下轉(zhuǎn)速發(fā)生變化最大時(shí)，其他的電機(jī)的轉(zhuǎn)速也要暫 時(shí)跟隨該電機(jī)η的轉(zhuǎn)速而變化，之后各電機(jī)再同步接近給定值ω，使各電機(jī)在整個(gè)運(yùn)行中 實(shí)時(shí)地保持一致，實(shí)現(xiàn)各電機(jī)的同步運(yùn)行。具體中斷服務(wù)程序流程如下在定時(shí)器中斷時(shí)， 同步控制器的控制模塊通過(guò)相連的總線系統(tǒng)讀取各變頻器采集的各電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如ω^ ω2、…、ωη，控制模塊參考各電機(jī)在前一時(shí)刻的轉(zhuǎn)速值計(jì)算各電機(jī)的轉(zhuǎn)速的變化量，如屯、 d2、…、dn，并確定最大轉(zhuǎn)速變化量的電機(jī)#n，其中電機(jī)數(shù)η不限于圖1中所示的電機(jī)數(shù)目， 不同的帶式運(yùn)輸機(jī)采用的傳動(dòng)電機(jī)數(shù)有所不同。同步控制器通過(guò)控制模塊預(yù)存的模糊PID 算法確定各電機(jī)與電機(jī)#η的同步系數(shù)kn，根據(jù)各電機(jī)的轉(zhuǎn)速、同步系數(shù)kn和給定值ω，通 過(guò)PI算法計(jì)算各電機(jī)的控制量，通過(guò)RS-485總線系統(tǒng)輸出到各變頻器，同時(shí)通過(guò)USB接口 單元將各電機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制量輸出到上位機(jī)以便顯示、分析等，然后定時(shí)中斷返回。如圖1和圖5中所示，所述的控制模塊選用微控制器STM32F103V8T6，其通 信接口通過(guò)總線的物理接口與各變頻器的RS-485通信接口相連，STM32F103X是基于 ARMCortex-M3處理器核的微控制器，具有低功耗、短中斷延遲、低調(diào)試成本等眾多優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn) 化了編程的復(fù)雜性，集高性能、低功耗、低成本于一體，并具有豐富的性能出眾的片上外設(shè)， 包括16通道的12位A / D轉(zhuǎn)換器、7通道的DMA控制器、16位定時(shí)器、USART接口、CAN接 口和USB2. 0全速接口等。所述的電源模塊選用低壓差穩(wěn)壓器LD1086D2M33，通過(guò)USB接口 與上位機(jī)連接，可從上位機(jī)中獲取整個(gè)控制器電路的電源，從而簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的接線，降 低系統(tǒng)成本。來(lái)自USB接口的5v電壓通過(guò)低壓差穩(wěn)壓器LD1086D2M33輸出3. 3v的電壓，為 微控制器STM32F103V8T6提供工作電源，可工作在零下40攝氏度到125攝氏度，輸出電壓 精度為士 1%，適用范圍廣，精度高。所述的USB接口可運(yùn)用針對(duì)STM32F芯片系列的USB開(kāi) 發(fā)工具包完成對(duì)USB接口的配置以及與上位機(jī)之間的通信，由于微控制器STM32F103R8T6 芯片自身集成了豐富的通訊接口，有多種通訊方式可供選擇，加上外圍電路就可任選一種 通信方式完成通訊功能，由于微控制器STM32F103R8T6內(nèi)部集成了三個(gè)獨(dú)立的同步和異步 串口，每個(gè)串口都能以中斷或DMA的方式工作，其中一個(gè)UART接口通信速率可達(dá)4. 5兆位 /秒，其它UART接口通信速率可達(dá)2. 25M/S，控制模塊22的USART接口可被分配為RS-485 通信接口，RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，采用了光電隔離技術(shù)，抗共 模干擾能力強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好，提高了同步控制器的抗干擾能力，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn) 定性。傳輸線可采用屏蔽雙絞線傳輸可達(dá)1. 5km傳輸距離，傳輸距離當(dāng)大于0. 5km時(shí)，為了 保證通信速率，可選用光纖為傳播介質(zhì)，收發(fā)兩端再各加一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，多模光纖的傳輸 距離是5 10km，而采用單模光纖可達(dá)50公里的傳播距離。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種帶式運(yùn)輸機(jī)多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)、變頻器和電機(jī)，其特征在于還 包括同步控制器和RS-485總線系統(tǒng)，所述的同步控制器包括電源模塊、控制模塊、USB接 口和RS-485通信接口，所述的電源模塊分別與控制模、USB接口和RS-485通信接口連接， 所述的控制模塊再分別與USB接口和RS-485通信接口連接，其中USB接口與上位機(jī)相連， RS-485通信接口通過(guò)總線與各變頻器的RS-485通信接口連接，各變頻器輸出端分別連接 有電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶式運(yùn)輸機(jī)多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述的 控制模塊選用微控制器STM32F103V8T6，作為同步控制器的信號(hào)處理單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶式運(yùn)輸機(jī)多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述的 電源模塊選用低壓差穩(wěn)壓器LD1086D2M33，為同步控制器提供工作電源。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種帶式運(yùn)輸機(jī)多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)、同步控制器、RS-485總線系統(tǒng)、變頻器、電機(jī)，其中同步控制器包括電源模塊、控制模塊、USB接口模塊、RS-485通信接口，同步控制器的USB接口與上位機(jī)相連，RS-485通信接口通過(guò)總線系統(tǒng)與各變頻器的RS-485通信接口相連，變頻器連接電機(jī)，同步控制器通過(guò)總線收集系統(tǒng)中各個(gè)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)對(duì)參數(shù)的分析并產(chǎn)生控制信號(hào)，調(diào)整各變頻器的參數(shù)，控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，使各運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速趨向一致，上位機(jī)可讀寫(xiě)該同步控制器的相關(guān)參數(shù)，從而可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試和實(shí)施全程監(jiān)控，降低調(diào)試和運(yùn)行的操作強(qiáng)度；總線系統(tǒng)使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，降低安裝費(fèi)用和維護(hù)成本。
文檔編號(hào)H02P5/74GK201854229SQ20102057504
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者劉勇, 周志, 張強(qiáng) 申請(qǐng)人:四川省安普瑞自動(dòng)化設(shè)備有限公司