基于变频器的电机车定位控制原理范文

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《自动化博览杂志》2014年第十二期

1定位控制计算原理

1.1基本数据及计算公式车轮踏面直径D=Φ840mm；电机减速机速比i=14.529；电机额定转速n=975转/min；增量编码器分辨率4096P/R；变频器内部的电机角度参量KK120。

1.2参数说明变频器内部模拟量连接器KK120是电机编码器角度参量即累积的编码器脉冲数，该参量为双字存储，低字存储脉冲数，高字存储圈数，每4096个编码器脉冲计1圈，圈数加1，脉冲数归0。电机编码器正向旋转时，脉冲数增加，圈数同步增加；电机编码器反向旋转时，脉冲数减少，圈数同步减少。变频器KK120参数以低字的高位字节存储编码器脉冲数据。以4096脉冲编码器为例，需要12bit位计数，与KK120低字（16bit位）的高位对齐，需将以二进制表示的编码器脉冲值向高位平移4位，即扩大16倍（2²×2²），所以旋转编码器旋转一圈发出4096个脉冲在KK120存储为65536=4096×16。这样将KK120除以65536后得到了含小数位的电机旋转圈数，方便了工程计算。

1.3测量结果修正在实际应用当中，由于车轮存在一定锥度，同时受车轮加工精度影响，车轮与轨道接触的踏面并不在严格的半径为840mm的圆周上，圆周率小数位取值也会引入计算误差，这些因素最终形成了不可避免的测量系统误差。系统误差会随着测量距离的加长逐渐累积。定位测量模块引入线性化K值对系统累积误差进行了修正。K值计算工作如下：线性化值：K=Sr/Sc行车距离：S=K×Sc=K×(KK120/(i×65536))×(π×D)Sr为车轮走过的实际长度，由专用工具测量得到，S为线性化修正后的行车距离。

2定位控制的软件设计

2.1变频器内部主要参数设置6SE70变频器中的连接器KK120是电机编码器的位置计量值，计值的前提条件是编码器类型的选择带零脉冲的旋转编码器即P130=15，每转脉冲数参数P151=4096；电机控制参数P100=4选择带编码器的矢量控制模式，电机额定转速P108=975，电机功率P105=75，额定频率P107=50；SIMOLINK同步控制命令参数完成主从变频器同步运行，传输通道数P745=2,传输控制字P751.1=K30，传输力矩给定值P751.3=K153。DP总线通讯参数设定完成PLC和变频器之间的数据交换。DP地址P918.X=3（另一台变频器设为4），通讯波特率选为19.2Kbit/S，PLC到变频器控制数据P743.1=K32，P734.2=KK148实际频率,实际电流P734.3=K22,实际功率P734.4=K23，电机轴圈数P743.5=KK120,电机轴角度的脉冲数P734.6=KK120,编码器位置归零P172.x=K3033。其它辅助运行参数设置完成电机驱动的正常运行。DP速度给定P443=K3002，变频器启动命令P554=K3100，给定正向行驶P571=B3111,给定反向行驶P572=B3112。

2.2PLC程序设计PLC硬件组态如图2所示。编程语言采用梯形图和语句表相结合的方式进行编程，本文以3#站变频器为例给出位置计算相关程序。通过DP总线从站读取指令SFC14，读取变频器的PZD区，其主要管脚功能如下：LADDR：=w#16#108，3#站变频器IAddress的起始地址为十进制数值264，将其转换16进制数值为w#16#108，填入SFC14的LADDR管脚，建立PLC与3#站变频器的数据区的映射关系。RECORD：=P#M600.0BYTE12：读取3#站变频器长度为12个BYTE的PZD区，将其映射到以M600.0开始M611.7结束的长度为12个BYTE存储区中。按SFC14建立通讯的映射关系，变频器中状态值“圈数+角度”的数据映射到PLC的地址为MD608，经过取整及根据相关的速比计算，得到电机车离原点的距离，再按一定比例关系缩放电机车离原点的位置，在触摸屏上模拟电机车的实际位置。

2.3人机交互界面的设计电机车触摸屏监控画面如图3所示，画面上浅蓝色的显示框内实时显示了行车速度和行车位置。考虑雨雪等极端天气工况下行车可能出现车轮打滑现象，人机界面上设置了清零按钮，以便于测量系统的归零。绿色箭头指示了行车方向。该画面上同时设置了电机车操作按钮及各种操作模式的选择及状态指示。

3结语

该定位控制方式在调试过程中，进行了反复的实验和校正，表明行车定位的重复精度可达厘米级，确保了干熄焦工艺要求的±100mm技术指标。实践证明该方法经济可行，数据稳定且定位可靠，是非常值得推广的一种位置控制方式。该电机车已在平顶山首山焦化公司试运行，达到了预期效果。

作者：郁景民单位：秦皇岛秦冶重工有限公司