采用TD3100變頻器實現的高精度定位控制的幾種方法

艾默生網絡能源有限公司 劉宏鑫 毛新建 肖資江

摘 要：本文提出采用TD3100電梯專用矢量控制變頻器實現的高精度定位控制的幾種方法，重點論述了該系統的原理及應用實例。
關鍵詞：距離控制 定位控制 變頻器
Abstract: The methods of high-accuracy position control are presented in this paper, in which the high

performance vector control inverters TD3100 are used. The control theory

and application of the methods are discussed in detail.
Keywords: Distance control ，Position control , Inverter
一、引言
在機械加工和制造行業中，經常需要高精度位置控制，一般采用直流或者交流伺服來解決，但是成本較高。本文針對這一情況，提出了采用艾默生網絡能源有限公司生產的TD3100變頻器的實現方案。
二、TD3100距離控制原理簡介
TD3100是我司在高性能矢量變頻器TD3000基礎上開發的電梯專用變頻器，深受電梯廠家的青睞。其中的距離控制功能，實現了樓層距離自學習、直接高精度停靠功能，用戶無需進行減速點的計算，簡化了用戶的軟件設計工作量，在電梯和立體倉庫方面得到了廣泛的應用。變頻器將各個樓層的高度信息通過編碼器學習記憶在存儲器中，在運行過程中，如果是給定樓層距離控制，變頻器會自動計算減速點減速停車。目的樓層信息通過樓層使能端子FLE有效時，從F1~F6端子獲取。如果是給定REQ請求信號的距離控制，變頻器會自動計算每層的減速點，可以通過Y1~Y4可編程輸出端子，提前輸出給控制器，控制器在接收到每層的減速信號后，如果需要停車，就給出停車請求信號REQ給變頻器，變頻器就按照減速曲線正常減速停車。兩種距離控制的時序如圖1所示。

圖1 TD3100變頻器距離控制時序

三、采用TD3100實現兩點距離固定的定位控制方法
對于兩點固定的定位控制，相當于電梯只有兩層樓的情況，需要在兩個端點安裝限位開關，只要在兩點之間進行距離自學習，直接按照給定停車請求的距離控制。
1、自學習
自學習連接線路如圖2（a）所示。將UPL和DWL短接，左限位與右限位并聯，當作平層信號輸入到UPL、DWL，自學習開始的位置應該從左端或者右端的限位外的位置開始，如果不能夠離開限位的位置，可以先自學習后，在正常運行時通過調整平層距離調整F4.07或者層高1 F4.09來保證位置精度。設定F4.00為2，F4.01根據位置寬度來設定，用于自動計算分頻系數。自學習時，將FWD、SL端子合上，即開始自學習，注意在運行到限位開關動作后，去除FWD命令，學習完成。查看F4.08和F4.09的值，看看是否正確記錄。如果加減速時間太長或者過短，可以通過調整F3.11~F3.16來解決。

圖2 采用TD3100實現兩點距離固定的定位控制

2、正常運行
根據式1計算設定F1.07，式中D為控制線速度處的輥輪直徑， 為機械減速比。設定F5.00=15，選擇X1端子為距離控制使能功能，根據工序需要的運行效率調整S曲線。最后通過調整F3.02和F3.21可以調整停車的位置精度。

根據圖2（b）接線，控制FWD、REV、INS三個命令，正常運行時只需控制FWD/REV信號。INS為點動命令，點動運行時，將INS先有效，然后控制命令FWD/REV有效即可控制點動左運行或右運行。
3、在玻屏移載機中的應用
玻屏移載機的結構如圖3所示，采用2.2kW電機驅動，電機額定電壓380V，額定工作頻率50HZ，額定電流5.0A，額定轉速1420r/m，減速比1：17，安裝有2個接近開關，其中1#和2#接近開關之間距離大約1400~1800毫米，移載平臺帶負荷約150~170kg左右。移載機要求在兩個限位開關之間運動和定位，定位精度誤差要求3毫米以內，單行程移動完成時間大約2-3秒，即從1#限位開關加速到恒速，再到減速停止在2#限位點的時間要求在2-3秒內完成。

圖3 玻屏移載機結構示意圖

按照圖2（a）接線，設定F4.00=2，先通過INS與REV閉合將車開到一側，再通過FWD與SL端子閉合，完成自學習過程。為了提高運行效率，將S曲線有關參數設置最大，將抱閘控制延遲時間F7.00、F7.01設置為零，啟動頻率與啟動等待時間F3.00、F3.01=0設置為零，S曲線參數F3.02、F3.11、F3.12、F3.14、F3.15均設定為2.400m/ ，F3.10、F3.13、F3.21均設定為2.00m/ ，F3.02設定為0.3m/ 。結果是運行平穩，完全滿足工藝精度要求，達到采用伺服控制的定位效果。
四、采用TD3100實現多點距離固定的定位控制方法
對于立體倉庫、立體車庫這樣需要X、Y、Z三維多點定位運動控制的場合，采用TD3100實現，可以大大簡化電路，降低成本，提高可靠性。由于最高層數可以達到128層，因此采用給定目的樓層的距離控制，使用異常簡單。采用TD3100立體倉庫的系統如圖4所示，圖中UPL與DWL信號可以使用用戶的平層開關信號，也可以直接將UPL與DWL與COM短接。FLE為目的層使能端子，當其有效時，F1~F7的給定層信號有效；INI為當前層初始化端子，其有效時，恢復當前層為F1~F7的給定層。從圖中對比可以看出，采用通信控制，線路簡單，節省資源，節省成本。需要注意一點的是，目前該功能需要非標定制。當然該系統在應用前還需要進行層高自學習，自學習方法同上節描述，只需要將總層數F7.00按照實際情況設定即可。

圖4 采用TD3100變頻器的立體倉庫系統

五、采用TD3100實現兩點距離變化的定位控制方法
TD3100在實現兩點距離變化的定位控制的時候，使用方法基本同兩點距離固定的定位控制方法，唯一的區別是必須在停車方式下，手動或者自動改變層高1 F4.09的數值，然后運行即可。由于手動更改困難，一般需要通過上位機進行通信控制來實現。另外，由于為距離給定控制，為了防止上下或者左右到位產生機械沖擊，需要兩個限位開關用于位置到位的判別。
該功能的典型應用主要應用在類似智能數字舞臺控制這樣的多電機多軸高精度距離控制系統中。采用PROFIBUS-DP現場總線控制的現代舞臺驅動系統如圖5所示。該系統采用PC機控制，內置西門子插卡式PROFIBUS主站控制板CP5611或者CP5412均可，實現手動和自動控制。適配器采用EMERSON生產的PROFIBUS-DP適配器TDS-PA01與TD3100直接接口。采用PROFIBUS控制的目的是，由于舞臺控制電機較多，可以達到較高的實時控制精度和較快的響應時間，達到既快又準的目的。

圖5 采用PROFIBUS-DP現場總線控制的現代舞臺驅動系統

六、結束語
TD3100除在電梯方面的應用外，通過靈活的配置，可以應用在多種需要定位和距離控制的場合，同時可以有效地減少用戶硬件設計成本和軟件設計工作量，提高控制系統可靠性。
參考文獻：
1、 TD3100變頻器產品說明書
2、 TDS-PA01適配器說明書