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转速-模拟电压转换模块

未知 2019-07-17 10:53

1 引言

  解决运转设备的同步方法主要有伺服电机、步进电机、机械联动和变频器驱动普通异步电机等几种方式。伺服电机的结构复杂,成本很高,精度很高,主要应用在高精度的同步运转设备系统中;步进电机由于其电机的结构不同,比较容易进行变速控制,但存在带负载能力弱,成本较高,可靠性较低的缺点;机械联动中采用无级变速箱和差速箱虽然精度较高,成本较低,但运行中的机械磨损增加了用户的使用成本并降低了使用寿命;利用变频器驱动普通异步电机进行运转同步虽然成本较低,但存在控制困难和精度较低的弱点。目前大多数均采用从上位机变频器中输出的模拟电压经过分压调整作为下位机变频器的控制电压而实现同步的,在上位机变频器控制的电机转速突然发生变化时,特别是负载发生变化时,上位机变频器输出的模拟电压并不能迅速反映出来,这样将造成整个运转系统的同步失调。如果能够解决这个问题,加上plc或单片机实时的逻辑控制提高精度,使用变频器驱动异步电机将是一种比较理想的运转同步控制方案。转速-模拟电压转换模块(以下简称速-模转换模块)正是为解决变频器驱动异步电机在受到负载变化问题而研究开发的。

2 速-模转换模块的原理与性能

  2.1 原理

  速-模转换模块是一种将电机减速后或电机输出轴旋转时的瞬时转速,变换成模拟电压的实时转换模块。它的最大特点是检测了瞬时转速并进行了实时的变换,这种变换的时间滞后完全可以保证在5ms以内,实现这种变换效果主要利用了单片机的实时运算能力和特殊的程序算法。首先,接近开关或光电传感器将机械转动中的检测轮信号转换成电压脉冲信号,将该信号送入模块中,模块的输入采用光电耦合器,并通过施密特触发器将信号变换成标准的方波,然后单片机对方波信号进行采集,检测和运算,在运算中充分考虑到输出的连续性和变换的实时性,将运算出的数字结果送入d/a转换器件,变换出模拟电压后,经过信号放大后输出,为了得到比较灵活的模拟电压,特别增加了电压基准微量调整输入,用户可以根据需要输出自己满意的实时电压曲线,原理如图2所示。

  2.2 性能指标

  工作电压 直流24v

  输出控制电压 直流0~5v或0~10v跟随速度变化

  辅助输出电压 直流稳压5v《30ma

  输入信号速度 60脉冲/min~7000脉冲/min

  检测信号 直流10~24v脉冲

  微量调节 5mv/次

  2.3 速-模转换模块参数计算方式和端口

  速-模转换模块参数计算方式和端口说明如图3所示。

  上位机速度检测凸轮计算:

  凸轮齿数=7000/最高转速r/min

  齿轮脉冲占空比 1:1

  检测元件工作频率 》400hz

3 速-模转换模块在智能型全自动包装机上的应用

  速-模转换模块已经在智能型全自动枕式包装机上得到了成功的应用。传统的包装机为了能够进行袋长的调整和切割精度的控制均采用机械式无级变速箱和机械差速传动的调整控制方式,智能型全自动枕式包装机采用两台变频器分别控制主电机和膜电机,主电机给切膜刀(端封刀)和送料系统提供动力;膜电机给包装膜提供动力。包装膜上印有色标,理想的运行效果要求切膜刀(端封刀)每旋转一周都要切出所需的袋长并能够准确地切到包装膜的色标上,这就要求两个电机需要在速度和位置上实现同步。我们应用该模块检测主电机减速轴上的瞬时转速,并将其转换成模拟电压,这种电压和运转系统中必要的位置检测传感器信号输入到plc中,经过加装在plc中特殊模块(准伺服模块)的处理后,输出给膜电机变频器,实现整个系统在速度和位置的稳定同步运行。采用这种处理方式的智能型全自动枕式包装机已经在伊利、蒙牛等大型冷食生产企业中连续生产运行了半年以上,速-模转换模块从未产生任何故障,运行稳定可靠。采用plc系统的结构如图4所示。

  由于plc的价格较高影响了这种方法的成本,并且plc的控制速度稍慢,在高速控制时对plc程序的编制要求就比较高,为了解决这个问题同时降低成本,我们可以将变换后的模拟电压, 用单片机进行控制, 这种单片机控制系统我们已经开发成功,与plc增加模块相比,在实时控制上有了明显的提高, 并且增加了plc不易实现的新程序算法,效果非常理想。采用单片机系统的结构如图5所示。

  以上两种方法都可以使整个包装机的稳定运行的精度达到2mm完全满足包装机的技术要求。对于不需要精度要求的场合完全可以用普通10k电位器代替plc或单片机处理系统,进行手动调节, 也可以达到速度同步, 如图6所示。

4 结束语

  速-模转换模块作为采用变频器驱动普通异步电机的同步系统中的关键技术,目前市场上还未发现同类产品,我们已经将它申请了国家发明专利和实用新型专利,该专利已经初步审查通过并已经公开,如果想进一步了解模块的技术,可以到国家专利局查询(发明专利申请号:03138923.6;实用新型专利申请号:03271326.6)。

  速-模转换模块作为采用变频器驱动普通异步电机的同步系统中的关键技术,目前市场上还未速-模转换模块虽然在包装机上已得到理想的应用,但这种变频同步控制系统在其他的行业中也有着广泛的应用前景,完全可以在其他行业上推广。并完全可以在一起将变频同步控制系统做得更加完善,性能进一步提高。

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