1 引言
　　在造紙、紡織、印染、冶金等多單元電氣傳動系統(tǒng)中,常采用多臺交流電機(jī)或直流電機(jī)作為拖動裝置, 而多電機(jī)的同步傳動控制技術(shù)則是系統(tǒng)的核心,它直接影響系統(tǒng)的可靠性和控制精度。隨著電力電子技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展,采用由微機(jī)控制的全數(shù)字同步傳動控制裝置來實現(xiàn)高精度、高可靠性的同步控制對我國工業(yè)發(fā)展有重要的意義。
　　本文采用基于PCC 2005 的分布式控制系統(tǒng)來實現(xiàn)多電機(jī)同步傳動控制。應(yīng)用現(xiàn)場總線和通信技術(shù), 上位機(jī)可以方便地實現(xiàn)與總線上任意一臺變頻器之間的串行通信: 發(fā)送控制信息、設(shè)定運行參數(shù)、讀取運行狀態(tài)、調(diào)節(jié)輸出頻率（即電機(jī)轉(zhuǎn)速） 等；模糊控制算法的使用,改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能,徹底解決了現(xiàn)場干擾以及電機(jī)慣性大、滯后時間長等因素給傳動系統(tǒng)帶來的控制難題,提高了系統(tǒng)的可靠性。
　　2 設(shè)計方案
　　本系統(tǒng)為兩級計算機(jī)控制系統(tǒng),上級為監(jiān)督控制系統(tǒng), 用于計算機(jī)監(jiān)控操作, 通過RS232 總線相連；下級為PCC 對變頻器控制系統(tǒng), 用于對現(xiàn)場進(jìn)行實時控制, 通過RS485 總線相連。PCC 通過對速度信號的采集、判斷和處理得到電機(jī)運行速度的對應(yīng)數(shù)值,再由RS485 總線寫入變頻器執(zhí)行。
　　2. 1 PCC 模塊化設(shè)計
　　本系統(tǒng)由PCC 來實現(xiàn)多電機(jī)同步傳動控制。在PCC 的軟件編程環(huán)境AS（B &R Automation Studio）建立一個工程, 該工程包括四個任務(wù)模塊: 電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋模塊、變頻器通訊模塊、上位機(jī)通訊模塊、Profibus 通訊模塊。各模塊相互獨立, 可單獨調(diào)節(jié),也可作為一個模塊導(dǎo)入或?qū)С瞿骋还こ獭?br /> 　　任務(wù)1 負(fù)責(zé)完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集,通過查表進(jìn)行調(diào)節(jié),對實時性要求最高,應(yīng)具有最高的優(yōu)先級;
　　任務(wù)2 負(fù)責(zé)PCC 與現(xiàn)場控制設(shè)備之間的通信, 是非常重要的任務(wù), 對實時性要求也很高, 應(yīng)放在較高的任務(wù)等級中; 任務(wù)3 完成數(shù)據(jù)顯示, 對實時性要求不高, 但需要長期運行; 任務(wù)4 負(fù)責(zé)完成Profibus 通信功能,實現(xiàn)PCC 之間的通信,要求盡可能快。
由PCC的多任務(wù)處理原理可知, 高優(yōu)先級的任務(wù)應(yīng)該中斷低優(yōu)先級的任務(wù), 保證了較為重要的任務(wù)能夠首先被完成。在系統(tǒng)完成之后,如果需要增加新的任務(wù),只要把新的任務(wù)增加到該工程中即可。
　　2. 2 串行通訊的實現(xiàn)
　　盡管各大公司相繼推出了帶有標(biāo)準(zhǔn)接口的通用變頻器, 為用戶設(shè)計滿足工業(yè)現(xiàn)場需求的控制系統(tǒng)帶來了極大方便, 但仍有很多公司的變頻器具有自己的通信協(xié)議。MicroMaster 6SE3115 變頻器是較早的產(chǎn)品,它不支持標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議,但實際控制現(xiàn)場要求與該變頻器進(jìn)行通信, 而普通的PLC不具有與第三方產(chǎn)品通信的能力,造成系統(tǒng)集成巨大困難,讓開發(fā)人員從底層開發(fā)通信協(xié)議是一項復(fù)雜且工作量相當(dāng)大的工作, 而且系統(tǒng)的可靠性也難以得到保證?；谏鲜鰡栴},某2000 系列PCC產(chǎn)品除了支持標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議之外, 還向用戶提供了用于與第三方產(chǎn)品通信的協(xié)議開發(fā)工具——-幀驅(qū)動器, 用戶只需要了解第三方產(chǎn)品的通信協(xié)議（包括信息幀格式的組成等） ,并用幀驅(qū)動器寫出與第三方產(chǎn)品通信協(xié)議一樣的通信規(guī)約, 就可以方便地實現(xiàn)PCC與第三方產(chǎn)品之間的通信。本系統(tǒng)利用PCC的幀驅(qū)動器,成功地實現(xiàn)了PCC對多臺變頻器的通訊控制。系統(tǒng)的串行通信程序是用B &R Automation Basic 來開發(fā)的, 作為完整的任務(wù)模塊可以添加到任何其它復(fù)雜任務(wù)中,不僅能夠提高系統(tǒng)的可靠性,而且可以提高代碼的可重用性,縮短項目的開發(fā)周期。
　　PCC與變頻器通過RS- 485 相連,每臺變頻器被設(shè)置各自獨立的地址碼（0 - 31） 用來識別各自的身份, 這樣, PCC便能通過RS- 485 接口,對掛接在總線的所有變頻器進(jìn)行控制操作。
　　2. 3 基于PVI 的上位機(jī)串行通信
　　PVI（ Process Visualization Interface 過程可視化接口） 是基于Win32 平臺的軟件模塊, 它負(fù)責(zé)管理應(yīng)用程序和現(xiàn)場總線之間的數(shù)據(jù)交換。PVI 應(yīng)用程序都使用PVICOM. DLL 接口來實現(xiàn)和PVI 管理器之間的通信。當(dāng)PVI 管理器的數(shù)據(jù)有變化時, PVICOM接口通過Windows 消息（或回調(diào)函數(shù)） 來通知應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。PVICOM接口為用戶提供了大量用來實現(xiàn)串行通信的函數(shù),利用這些函數(shù)可以非常容易地編寫RS232、RS485、CAN、PROFIBUS等通信程序, 且程序的可移植性強(qiáng), 針對不同的通信介質(zhì)和通信協(xié)議,只需要修改相應(yīng)的PVI 參數(shù)即可實現(xiàn)通信任務(wù), 極大地縮短了項目的開發(fā)周期,提高了應(yīng)用程序的可重用性。
　　把上述實現(xiàn)通信的過程進(jìn)行封裝, 通過VB、VC或Delphi 軟件編程提供給用戶控制界面, 用戶只需對界面進(jìn)行直觀地操作就可實現(xiàn)啟動、停止、頻率設(shè)定（速度設(shè)定） 、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、連接任務(wù)設(shè)定、連接參數(shù)設(shè)定等,從而實現(xiàn)人機(jī)對話控制。本文采用Delphi 編程。
　　3 速度反饋控制回路的設(shè)計
　　在造紙、印染工業(yè)中,由于產(chǎn)品的不可延展性,所以為防止其出現(xiàn)斷裂、卷曲、壓痕,必須對各傳動部分進(jìn)行速度上的控制。本系統(tǒng)對速度的控制原理是采用光電編碼器反饋速度信號, 由PCC的NC150 模塊計脈沖個數(shù), 形成一個閉環(huán)控制回路。速度的實際值與速度設(shè)定值進(jìn)行比較,通過模糊控制算法反饋到執(zhí)行結(jié)構(gòu)中。為了克服電機(jī)慣性大、輸入調(diào)節(jié)滯后時間長、超調(diào)量大等因素引起的時間延長,在實驗過程中,通過軟硬件結(jié)合,選擇了一種智能控制方法。實驗證明, 模糊控制算法的使用,對電機(jī)因負(fù)載變化、電壓波動、外界干擾等引起的速度波動能夠發(fā)揮精確、快速調(diào)節(jié)的作用, 同時又可減小電機(jī)的啟動時間,提高對多臺電機(jī)同步傳動的控制精度。
　　4 智能控制原理
　　由于對象模型難以精確化,系統(tǒng)又是非線性的,同時, 慣性大、滯后時間長等因素的存在, 使得采用傳統(tǒng)的PID控制難以滿足要求,決定采用模糊控制。要提高模糊控制的精度和跟蹤性能,必須對語言變量取更多的語言值,分檔越細(xì),性能越好。本文所應(yīng)用的模糊控制為典型的雙輸入單輸出二維模糊控制, 變量有三個,即偏差E、偏差變化EC和控制量f。
　　4. 1 模糊化過程
　　模糊化是指將輸入變量的精確值轉(zhuǎn)化成適當(dāng)論域上的語言變量值（模糊輸入值） ,針對電動機(jī)轉(zhuǎn)速偏差范圍大, 精度要求高的特點, 取3個語言變量的量化等級為15 ,即｛ - 7 , - 6 , - 5 , - 4 , - 3 , -2 , - 1 , + 1 , + 2 , + 3 , + 4 , + 5 , + 6 , + 7｝ ,為設(shè)計計算方便,輸入輸出模糊子集的隸屬度函數(shù)采用三角形曲線, 語言變量取值七種, 即"正大"（ PB） ,"正中"（ PM） ", 正小"（ PS） ", 零"（ZE） ", 負(fù)小"（NS） ", 負(fù)中"（NM） ", 負(fù)大"（NB）。
　　4. 2 模糊控制規(guī)則的確定和推理
　　模糊控制規(guī)則是專家的經(jīng)驗和操作者的技能加以總結(jié)而得出的一條模糊條件語句的集合。確定模糊控制規(guī)則必須保證控制器輸出能夠使系統(tǒng)的動靜態(tài)特性達(dá)到最佳。這里采用人工的控制經(jīng)驗得出模糊控制規(guī)則表。
　　5 結(jié)論
　　通過對多電機(jī)同步傳動控制系統(tǒng)的理論分析和實驗研究, 在多電機(jī)同步傳動中應(yīng)用現(xiàn)場總線和通信技術(shù), 大大提高了系統(tǒng)的控制精度; 模糊控制算法,在實際調(diào)試過程中表現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)越性,使系統(tǒng)具有良好的智能控制效果。實驗運行結(jié)果表明,本系統(tǒng)具有可靠性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、調(diào)節(jié)時間短、同步效果好、易于維護(hù)等優(yōu)點。該控制方案具有先進(jìn)性,將其與具體的被控對象（如紡織、印染、軋鋼等） 相結(jié)合,可適用于任何需要實現(xiàn)同步傳動的控制系統(tǒng)。
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　　作者簡介:
　　王曉燕（1979 ） , 女, 蘭州交通大學(xué)碩士研究生, 主要研究方向為綜合控制與集成自動化。
　　臧利林（1979 ） ,男,山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生,主要研究方向為智能控制、模糊控制及復(fù)雜工業(yè)過程的建模與控制。