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1、深圳市格蓝德工业自动化设备有限公司 整车装配板链线、零件输送悬挂线控制方案整车装配板链线、零件输送悬挂线控制方案1 概述摩托车整车装配线包括整车装配板链线和零件输送悬挂线，整车装配板链线用于装配摩托车整车，零件输送悬挂线用于输送摩托车零部件。因为装配工艺的需要，零件输送悬挂线的每个吊篮内均放置了1台摩托车的全部零部件，摩托车装配结束时相应吊篮内的零部件也全部用完，所以要求装配板链线和零件输送悬挂线同步连续运行或同步节拍运行。2 控制要求3 线体工作方式第一种工作方式：单独连续运行模式。整车装配板链线可以单独运行，零件输送悬挂线也可以单独运行，它们均处于独立运行状态而不是同步运行状态，可以随意启
2、动/停止任何一条线体。这种工作方式适用于线体调试、产品/零部件单独输送或其它需要的场合。第二种工作方式：同步节拍运行模式。整车装配板链线和零件输送悬挂线均处于节拍（步进）同步运行方式运行工作状态（以设定速度运行1个工位的距离，然后停止一段时间，然后又以设定速度运行1个工位的距离如此循环运行）。在整车装配板链线和零件输送悬挂线并行运行过程中，整车装配板链线的夹具和零件输送悬挂线相应吊篮的相对位置不会发生改变。第三种工作方式：同步连续运行模式。整车装配板链线和零件输送悬挂线均处于同步连续运行工作状态。在整车装配板链线和零件输送悬挂线并行运行过程中，整车装配板链线的夹具和零件输送悬挂线相应吊篮的相对
3、位置不会发生改变。正常生产时，根据生产工艺和管理的需要，可以使两条线工作在第二种工作方式或第三种工作方式。3.1 控制功能控制柜面板功能：控制电源指示；整车装配板链线单独启动、单独停止、单独运行指示；零件输送悬挂线单独启动、单独停止、单独运行指示；整车装配板链线和零件输送悬挂线全部同步节拍启动、全部同步连续启动、全部停止、全部运行指示、全部紧急停止、全部紧急停止指示。人机界面功能：整车装配板链线运行速度（米/分，下同）设定、运行速度显示；零件输送悬挂线运行速度设定、运行速度显示；整车装配板链线和零件输送悬挂线全部同步连续运行速度设定、全部节拍运行停止时间（秒）设定；PLC复位（PLC相应存储器
4、清零，在控制紊乱时使用）；4 控制方案4.1 原控制方案功能更改4.1.1 功能删节分析4.1.1.1 删节理由新控制方案取消原控制柜面板上的整车装配板链线的速度微增控制按钮/速度微增指示灯/速度微减控制按钮/速度微减指示灯、零件输送悬挂线的速度微增控制按钮/速度微增指示灯/速度微减控制按钮/速度微减指示灯。这些按钮指示灯并不从控制柜面板上拆除，只是从控制功能上不使用这些按钮指示灯了。取消原因如下所述：当两条线处于单独运行工作方式时，板链线和悬挂线的运行速度改变都可以通过修改人机界面上相应的设定值来实现，速度微增控制按钮和速度微减控制按钮没有必要。当两条线处于同步节拍运行工作方式或同步连续运行
5、工作方式时，板链线与悬挂线是主从控制关系板链线按照设定速度运行，悬挂线跟随板链线运行。这种情况下，在人机界面上只能对板链线的速度进行设定，这个速度也就是同步运行速度，而不能对悬挂线的速度进行设定（即使设定了也没有任何意义）。所以在这两种工作方式下，速度微增控制按钮和速度微减控制按钮也没有必要。4.1.1.2 保留理由当线体编码器出现故障或同步出现失控时，需要线体处于手动控制模式运行，这时就需要两条线体处于开环运行模式。这个时候就需要速度微增和微减控制，所以笔者还是考虑保留这个功能。只不过在人机界面中设1个操作者可以更改的标志位，由该标志位的状态选择线体运行在单独连续PID运行模式还是单独连续开
6、环运行模式。默认状态下，在单独连续运行时系统以单独连续PID运行方式运行。4.1.2 功能更改分析原控制柜顶上的告警设备是通过PLC外部时间继电器来驱动的，因此该告警设备只适合作为启动告警，而不适合作为故障告警（因为出现故障时告警设备应当立即告警而不应当延迟告警）。况且控制告警设备的时间继电器是并联在同步运行指示灯上面由PLC驱动的，因此就没有考虑将故障告警在外部进行显示（当然变频故障还是可以在变频器上看到的）。时间继电器的触点也没有送入PLC输入端。正常的启动告警过程为：按下启动按钮后立即进行告警，告警持续设定时间以后，告警停止，设备开始运转。所以，原控制方案只有当时间继电器的设定值等于PL
7、C中的延时启动时间的情况下，才能实现正常的告警过程。一旦对时间继电器的值进行调节，就无法实现正常的告警过程了。如果取1个时间继电器的动作信号到PLC，就可以实现在PLC外部调解启动告警时间的目的。但原控制方案中PLC输入点已经全部被用完，PLC无法再取得时间继电器的动作信号，因此，线体启动告警功能维持原方案不变。4.2 控制设备条件变频器：富士FRV-E9S系列变频器2台，分别用于驱动2条生产线的电机。接近开关：欧姆龙TL-N20ME1型接近开关2个，分别安装在两条生产线的驱动附近；用于检测板链装配线的每一个夹具和悬挂输送线的每一个吊篮（每个夹具和吊篮中心位置都有一个铁片供接近开关检测）。编码
8、器：欧姆龙E6B2-CWZ6C系列增量式旋转编码器2个，分辨率为360脉冲/转；分别与两条线体的主动大链轮同轴连接，用于检测线体的速度。TD200文本显示器：订货号6ES7 272-0AA00-0YA0，英文文本显示器，背光LCD，20字符/每行，8个功能键；软件版本为1.0的老版本。西门子PLC模块：西门子CPU 224 AC/DC/继电器CPU单元：订货号6ES7 214-1BD23-0XB0，集成14点DC24V数字量输入/10点继电器输出、AC120-240V电源、1个RS-485通讯接口；西门子EM 223 24V DC 输入/继电器输出数字量扩展模块：订货号6ES7 223-1HF
9、22-0XA0，4点DC24V输入/4点继电器输出；西门子EM 232 2输出12位模拟量输出模块：订货号6ES7 232-0HB22-0XA0，2点12位模拟量输出。其它：板链装配线夹具的间距悬挂输送线吊篮的间距。4.3 方案分析经过实践，原控制方案在更该线体长度、更换驱动减速机以后同步控制实效。由于不了解原控制方案（浙大方面并不提供控制方案，而且PLC也加了密码，无法对程序进行分析），所以无法在原程序的基础上进行修改，只能设计一套新的控制方案。4.3.1 板链线开环控制板链线开环控制：PLC输出给板链线变频器的DC 0-10V信号与设定速度成线性对应关系。控制算法所用到的公式如下：变频器D
10、C 0-10V输入与输出频率的关系：变频器给定值(V)10(V)变频器输出频率(Hz)变频器上限频率(Hz)变频器上限频率：最大给定值时的变频器输出频率。三相异步电动机的转速公式：nn0(1s)=【60fP】(1-s)n电机实际转速；单位：转/分钟；n0电机同步转速；单位：转/分钟；s电机转差率；f电机实际频率；单位：Hz；P电机磁极对数。板链线运行速度与电机速度的关系：VniV板链线运行速度，在人机界面上的设定速度；n电机实际转速；单位：转/分钟；i 传动比。传动比是指板链线运行速度（米/分钟）与电机转速（转/分钟）的比值，包括连体减速电机的减速比、减速电机输出速度与板链线运行速度的比值。只
11、要机械设计成型，这个比值就是已知的。最简单的计算方法：把变频器频率调到50Hz，实测线体速度和电机转速（可以通过编码器来测量，如果电机转速测量不方便，也可以认为n=1400转/分钟），然后可以计算出i值。根据以上公式可以推导出PLC输出给板链线变频器的DC0-10V信号给定值：变频器给定值(V)【10(V)PV(m/min)】【60i(1-s)变频器上限频率(Hz)】从上述公式可以看出，变频器给定值（直接决定线体实际运行速度）和电机极数、传动比、电机转差率、变频器上限频率有关系，一旦这些值发生变化而在PLC中不进行相应更改，在人机界面上设定的速度和线体实际运行速度将不一样！而且线体实际运行速度
12、不一样，也就直接影响到两条线的同步精度（一条线运行速度不准确而另外一条线运行速度准确，必然导致不同步）！这就是为什么上海新大洲的另一套线体在更换不同减速比的减速电机以后出现了不同步现象的原因了。对于板链线来说，这种控制方式适合单独连续运行、同步节拍运行、同步连续运行三种运行方式。但因为计算的原因，这种控制方式的精度不高，实际运行速度和设定速度存在偏差。4.3.2 板链线速度环PID控制板链线速度环PID控制：以板链线设定速度为给定值，将编码器信号换算成速度信号后作为反馈信号，以输出给板链线驱动变频器的信号作为输出值，实现板链线速度的PID控制。编码器信号与实际运行速度的关系：线体实际运行速度(
13、m/min)编码器每秒发出的脉冲数(个/秒)60(秒/分) 板链线主动链轮节圆的直径(m)编码器每转一圈产生的脉冲(个)从上述公式可以看出，板链线的实际运行速度的准确性只和编码器的型号、板链线的主动链轮有关系。一般情况下，即使设备扩容或者维修，一般也不会去改编码器型号和主动链轮大小，因此这两项的参数也不会发生变化。说明：这里以测量每秒钟编码器的脉冲个数的测速方式来测速，实际上这种测速方式只适合高速场合，实际测速方式以具体测速控制方案为准。对于板链线来说，这种控制方式适用于单独连续运行、同步连续运行两种运行方式。4.3.3 悬挂线开环控制悬挂线开环控制与板链线开环控制类同，这里就不再赘述了。对于
14、板链线来说，这种控制方式适用于单独连续运行、同步节拍运行两种运行方式。但因为计算的原因，这种控制方式的精度不高，实际运行速度和设定速度存在偏差。4.3.4 悬挂线速度环PID控制悬挂线速度环PID控制与板链线速度环PID控制类同，这里就不再赘述了。对于板链线来说，这种控制方式适用于单独连续运行、同步连续运行两种运行方式。4.3.5 悬挂线位置环控制悬挂线位置环控制：以板链线设定速度为给定值，再减去悬挂线吊篮和板链线的相对位置信号（当悬挂线吊篮位于板链线对应的夹具之前时，该信号为正；当悬挂线吊篮位于板链线对应的夹具之后时，该信号为负），作为悬挂线速度环PID控制的给定值。对于悬挂线来说，这种控制
15、方式适用于同步连续运行方式。但因为没有直接控制悬挂线的速度，这种控制方式达到动态平衡的时间比较长，在出现干扰时，系统也会变得不稳定而出现一段时间的振荡。4.3.6 悬挂线速度环PID控制位置环控制因为在同步连续运行时，最终目的是要保证悬挂线吊篮与板链线对应夹具的相对位置不变，而使两条线速度一致只是实现该目的的一种手段，所以可以采用位置环和速度环结合的方式实现控制。对于悬挂线来说，这种控制方式适用于同步连续运行方式。而且控制精度高、控制性能稳定。4.4 新控制方案4.4.1 单独连续开环运行采用以下公式对变频器设定频率进行计算：变频器给定值(V)【10(V)PV(m/min)】【60i(1-s)变频器上限频率(Hz)】 采用线体对应的频率微增/微减控制按钮对变频器输出频率进行更改，当然也可以通过改变设定速度的方式进行频率的更改。4.4.2 单独连续PID运行在板链线和悬挂线单独连续运行模式下，两条线以人机界面上各自的设定速度（需要进行数学处理，下同）为给定值，以各自编码器反映的实际运行速度为反馈值，以PLC输出给各自变频器的DC0-10V信号为输出值，进行PID
