一、引言
現(xiàn)今社會PC機軟硬件資源豐富、產(chǎn)量大、價格低且質(zhì)量高，為廣大技術(shù)人員所熟悉和認(rèn)可，家用電腦逐步普及。目前，PC機占通用計算機95%以上，這是工業(yè)PC熱的基礎(chǔ)。從事工控的專家和技術(shù)人員自然想賦予PC機更高的使命，擬讓它在過程控制、制造自動化及樓宇自動化等方面扮演重要角色。
IPC機箱中插入各種高性能的CPU卡、RAM、ROM/Flash電子盤、各類外設(shè)卡及工業(yè)I/O卡，再配以相應(yīng)的工控軟件，便構(gòu)成了一個工業(yè)過程控制IPC系統(tǒng)。該文針對某印染廠L型練漂聯(lián)合機C單元的控制，通過工控機完成了印染設(shè)備交流變頻同步調(diào)速系統(tǒng)的全部設(shè)計和控制。
二、L型練漂聯(lián)合機簡介
對印染設(shè)備來說，同步協(xié)調(diào)是要保證布匹加工中恒線速度和恒張力。前后速度一致是布匹運行的基本條件，否則不是斷布就是纏軸；而張力恒定則與印染加工的質(zhì)量有密切的關(guān)系，它與印花、漂白、染色織物的均勻度、勞度、手感、縮水率等有關(guān)。某印染廠的+ 型練漂聯(lián)合機是1985年從日本引進的設(shè)備，全機分A、 B、C 3個單元，共使用了28臺直流電機傳動，計A單元10臺，B單元7臺，C單元11臺，3個單元同步調(diào)速，單元間設(shè)有三輥松緊架和旋轉(zhuǎn)變壓器，以此調(diào)節(jié)線速度一致和維持適當(dāng)?shù)牟紡埩ΑＵ麄€聯(lián)合機屬兩級同步，調(diào)速范圍為35～140m/min，3個單元既可聯(lián)合運行也可單獨運行。
原系統(tǒng)采用共——分電源混合直流同步傳動：單元內(nèi)部各直流電機共（電樞）電源，同步采用調(diào)激磁；單元間采用分（電樞）電源，同步采用調(diào)電樞電壓，單元內(nèi)部各主令電機的主軸上裝有測速發(fā)電機，引入速度反饋，以保證速度穩(wěn)定。
這臺聯(lián)合機已使用多年，部件損壞嚴(yán)重，因此提出對L機實行技術(shù)改造，將傳動由直流改為交流變頻，電機由直流電機改為鼠籠電機。
三、系統(tǒng)改造方案
由于電力電子技術(shù)的發(fā)展和交流電機變頻調(diào)速技術(shù)的成熟，在生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用已經(jīng)開始。在印染設(shè)備上采用交流多電機變頻同步調(diào)速，用鼠籠電機取代直流電機已成為可能。除個別設(shè)備外，印染機械都是單方向不可逆運行，在給定的工藝條件下，負(fù)載基本不變，屬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。這些特點特別適合于變頻調(diào)速。多單元速度的公調(diào)和自調(diào)都通過變頻，這對變頻器來說是不難辦到的。經(jīng)過技術(shù)革新，現(xiàn)已將A、B單元均成功改造成用可編程控制器控制的交流多電機變頻同步調(diào)速系統(tǒng)，而 C單元欲改造成工控機控制的交流多電機變頻同步調(diào)速系統(tǒng)。
C單元包括11臺電機，每一臺電機均由一臺變頻器控制。電機間共有8套松緊架同步裝置進行布張力的同步。工業(yè)控制計算機（IPC）內(nèi)部的ISA槽插有 2塊板卡，其中一塊是開關(guān)量輸入輸出卡，完成C單元全部邏輯控制關(guān)系，另外一塊是模擬量I/O卡，通過A/D轉(zhuǎn)換完成實時監(jiān)測松緊架位置信號并顯示于計算機屏幕上，同時通過計算機主令頻率給定，進行D/A轉(zhuǎn)換，經(jīng)過頻率給定放大隔離電路控制11臺變頻器的主頻率給定（公調(diào)），而松緊架的位置信號經(jīng)同步裝置轉(zhuǎn)換成-5V～+5V的差分電壓信號，作為變頻器的輔助頻率給定（自調(diào)），主頻率和輔助頻率同時作用于變頻器，進行同步調(diào)節(jié)。另由 ADAM4520（RS-232轉(zhuǎn)RS-485）完成印染設(shè)備在Windows98下DCS變頻調(diào)速系統(tǒng)的串行通信控制，通過上位機對變頻器內(nèi)部參數(shù)進行讀取并顯示，寫參數(shù)于變頻器，可以代替變頻器的面板按鈕功能。
8套松緊架即為張力傳感器，多傳感器數(shù)據(jù)融合問題在這里有了很好的體現(xiàn)。張力傳感器將電機間張力不一致的信號檢測出來，分別送入各變頻器進行決策，然后11臺變頻器在主頻率的統(tǒng)一調(diào)整下對整個系統(tǒng)進行控制。這說明本系統(tǒng)的控制應(yīng)用了分布式檢測信息融合的方法。其結(jié)構(gòu)如圖1所示：
圖1 用于多傳感器系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合模型
多傳感器數(shù)據(jù)或信息融合的基本思想是，首先對來自多個傳感器檢測到的數(shù)據(jù)和信息進行預(yù)處理，然后計算各個證據(jù)的基本概率賦值、信任函數(shù)和似真度函數(shù)（即證據(jù)體），再根據(jù)一定的合成規(guī)則將各個證據(jù)體合并成一個新的證據(jù)體。最后按照一定的判決規(guī)則選擇信任函數(shù)和似真度函數(shù)最大的假設(shè)作為融合結(jié)果。
四、解決的幾個問題
在L型練漂聯(lián)合機變頻同步調(diào)速中有幾個問題比較關(guān)鍵。
1、松緊架同步裝置
多電機同步拖動主要是保證各單元機的協(xié)調(diào)運行。松緊架是染整設(shè)備中常用的一種同步裝置（張力傳感器），安裝在兩電機的中間，如前后兩單元機線速度不一致，調(diào)整輥就會移動，發(fā)出信號，控制前面或后面機臺（即從動單元機）的線速度，使前后機臺協(xié)調(diào)運行。
2、角度——電壓轉(zhuǎn)換裝置
是選用旋轉(zhuǎn)變壓器及其同步裝置來實現(xiàn)的。旋轉(zhuǎn)變壓器與松緊架機械同軸連接，當(dāng)松緊架信號有變化時（即線速度不一致時），旋轉(zhuǎn)變壓器就會轉(zhuǎn)過一個角度，因線性旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成正比，所以來自旋轉(zhuǎn)變壓器上的電壓，經(jīng)過同步電路，轉(zhuǎn)換成-5V～+5V的電壓。從而舍去了原系統(tǒng)中的測速裝置，較好地解決了負(fù)載波動引起的速度變化。
3、頻率給定放大隔離電路
計算機給定電機運行的主頻率，經(jīng)過模擬量I/O卡的D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成0～+5V的電壓，光電隔離，線性放大，然后送入11臺變頻器，進行主頻率給定。
五、工控軟件實現(xiàn)
對于工控軟件而言，一方面由于在運行過程中，需要進行大量的數(shù)據(jù)處理；另一方面由于工控軟件包括組態(tài)和運行兩部分，需要完成從系統(tǒng)配置到數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控等眾多復(fù)雜任務(wù)，涉及計算機、通信和控制眾多知識領(lǐng)域，可將其大體分為：數(shù)據(jù)通信、控制算法、總貌畫面、趨勢畫面、工位儀表、報表處理等。程序通過 Visual C++ 6.0的C模式編程來實現(xiàn)。軟件功能模塊劃分見圖2。
圖2 軟件功能模塊圖
六、結(jié)束語
該文參考國內(nèi)最新工控軟件組態(tài)王5.0，完成用工控機實現(xiàn)某印染廠L機C單元交流多電機同步變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，其中軟件采用C++ 6.0的C模式編程，硬件中的工業(yè)開關(guān)量卡完成其開關(guān)量輸入輸出邏輯，并能很好地做到實時監(jiān)測；模擬量I/O卡對變頻器進行主頻率和輔助頻率控制；利用API函數(shù)實現(xiàn)與變頻器的全部串行通信，從而實現(xiàn)了在Windows98環(huán)境下用單臺工控PC機控制多臺變頻器的任務(wù)，即分布式變頻調(diào)速系統(tǒng)。整個控制系統(tǒng)靈活、方便、實用，不失為Windows下工控機應(yīng)用的一個較成功實例。