工控机在印染设备交流变频调速系统中的应用

一、引言

现今社会PC机软硬件资源丰富、产量大、价格低且质量高，为广大技术人员所熟悉和认可，家用电脑逐步普及。目前，PC机占通用计算机95%以上，这是工业PC热的基础。从事工控的专家和技术人员自然想赋予PC机更高的使命，拟让它在过程控制、制造自动化及楼宇自动化等方面扮演重要角色。

IPC机箱中插入各种高性能的CPU卡、RAM、ROM/Flash电子盘、各类外设卡及工业I/O卡，再配以相应的工控软件，便构成了一个工业过程控制IPC系统。该文针对某印染厂L型练漂联合机C单元的控制，通过工控机完成了印染设备交流变频同步调速系统的全部设计和控制。

二、L型练漂联合机简介

对印染设备来说，同步协调是要保证布匹加工中恒线速度和恒张力。前后速度一致是布匹运行的基本条件，否则不是断布就是缠轴；而张力恒定则与印染加工的质量有密切的关系，它与印花、漂白、染色织物的均匀度、劳度、手感、缩水率等有关。某印染厂的+ 型练漂联合机是1985年从日本引进的设备，全机分A、B、C 3个单元，共使用了28台直流电机传动，计A单元10台，B单元7台，C单元11台，3个单元同步调速，单元间设有三辊松紧架和旋转变压器，以此调节线速度一致和维持适当的布张力。整个联合机属两级同步，调速范围为35～140m/min，3个单元既可联合运行也可单独运行。

原系统采用共——分电源混合直流同步传动：单元内部各直流电机共（电枢）电源，同步采用调激磁；单元间采用分（电枢）电源，同步采用调电枢电压，单元内部各主令电机的主轴上装有测速发电机，引入速度反馈，以保证速度稳定。

这台联合机已使用多年，部件损坏严重，因此提出对L机实行技术改造，将传动由直流改为交流变频，电机由直流电机改为鼠笼电机。

三、系统改造方案

由于电力电子技术的发展和交流电机变频调速技术的成熟，在生产中的推广应用已经开始。在印染设备上采用交流多电机变频同步调速，用鼠笼电机取代直流电机已成为可能。除个别设备外，印染机械都是单方向不可逆运行，在给定的工艺条件下，负载基本不变，属恒转矩负载。这些特点特别适合于变频调速。多单元速度的公调和自调都通过变频，这对变频器来说是不难办到的。经过技术革新，现已将A、B单元均成功改造成用可编程控制器控制的交流多电机变频同步调速系统，而C单元欲改造成工控机控制的交流多电机变频同步调速系统。

C单元包括11台电机，每一台电机均由一台变频器控制。电机间共有8套松紧架同步装置进行布张力的同步。工业控制计算机（IPC）内部的ISA槽插有2块板卡，其中一块是开关量输入输出卡，完成C单元全部逻辑控制关系，另外一块是模拟量I/O卡，通过A/D转换完成实时监测松紧架位置信号并显示于计算机屏幕上，同时通过计算机主令频率给定，进行D/A转换，经过频率给定放大隔离电路控制11台变频器的主频率给定（公调），而松紧架的位置信号经同步装置转换成-5V～+5V的差分电压信号，作为变频器的辅助频率给定（自调），主频率和辅助频率同时作用于变频器，进行同步调节。另由ADAM4520（RS-232转RS-485）完成印染设备在Windows98下DCS变频调速系统的串行通信控制，通过上位机对变频器内部参数进行读取并显示，写参数于变频器，可以代替变频器的面板按钮功能。

8套松紧架即为张力传感器，多传感器数据融合问题在这里有了很好的体现。张力传感器将电机间张力不一致的信号检测出来，分别送入各变频器进行决策，然后11台变频器在主频率的统一调整下对整个系统进行控制。这说明本系统的控制应用了分布式检测信息融合的方法。其结构如图1所示：

图1 用于多传感器系统数据融合模型

多传感器数据或信息融合的基本思想是，首先对来自多个传感器检测到的数据和信息进行预处理，然后计算各个证据的基本概率赋值、信任函数和似真度函数（即证据体），再根据一定的合成规则将各个证据体合并成一个新的证据体。最后按照一定的判决规则选择信任函数和似真度函数最大的假设作为融合结果。

四、解决的几个问题

在L型练漂联合机变频同步调速中有几个问题比较关键。

1、松紧架同步装置

多电机同步拖动主要是保证各单元机的协调运行。松紧架是染整设备中常用的一种同步装置（张力传感器），安装在两电机的中间，如前后两单元机线速度不一致，调整辊就会移动，发出信号，控制前面或后面机台（即从动单元机）的线速度，使前后机台协调运行。

2、角度——电压转换装置

是选用旋转变压器及其同步装置来实现的。旋转变压器与松紧架机械同轴连接，当松紧架信号有变化时（即线速度不一致时），旋转变压器就会转过一个角度，因线性旋转变压器的输出电压在一定转角范围内与转角成正比，所以来自旋转变压器上的电压，经过同步电路，转换成-5V～+5V的电压。从而舍去了原系统中的测速装置，较好地解决了负载波动引起的速度变化。

3、频率给定放大隔离电路

计算机给定电机运行的主频率，经过模拟量I/O卡的D/A转换，转换成0～+5V的电压，光电隔离，线性放大，然后送入11台变频器，进行主频率给定。

五、工控软件实现

对于工控软件而言，一方面由于在运行过程中，需要进行大量的数据处理；另一方面由于工控软件包括组态和运行两部分，需要完成从系统配置到数据采集、过程监控等众多复杂任务，涉及计算机、通信和控制众多知识领域，可将其大体分为：数据通信、控制算法、总貌画面、趋势画面、工位仪表、报表处理等。程序通过Visual C⁺⁺ 6.0的C模式编程来实现。软件功能模块划分见图2。

图2 软件功能模块图

六、结束语

该文参考国内最新工控软件组态王5.0，完成用工控机实现某印染厂L机C单元交流多电机同步变频调速控制系统，其中软件采用C⁺⁺ 6.0的C模式编程，硬件中的工业开关量卡完成其开关量输入输出逻辑，并能很好地做到实时监测；模拟量I/O卡对变频器进行主频率和辅助频率控制；利用API函数实现与变频器的全部串行通信，从而实现了在Windows98环境下用单台工控PC机控制多台变频器的任务，即分布式变频调速系统。整个控制系统灵活、方便、实用，不失为Windows下工控机应用的一个较成功实例。