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《自動化博覽雜志》2014年第十二期

1定位控制計(jì)算原理

1.1基本數(shù)據(jù)及計(jì)算公式車輪踏面直徑D=Φ840mm；電機(jī)減速機(jī)速比i=14.529；電機(jī)額定轉(zhuǎn)速n=975轉(zhuǎn)/min；增量編碼器分辨率4096P/R；變頻器內(nèi)部的電機(jī)角度參量KK120。

1.2參數(shù)說明變頻器內(nèi)部模擬量連接器KK120是電機(jī)編碼器角度參量即累積的編碼器脈沖數(shù)，該參量為雙字存儲，低字存儲脈沖數(shù)，高字存儲圈數(shù)，每4096個編碼器脈沖計(jì)1圈，圈數(shù)加1，脈沖數(shù)歸0。電機(jī)編碼器正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖數(shù)增加，圈數(shù)同步增加；電機(jī)編碼器反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖數(shù)減少，圈數(shù)同步減少。變頻器KK120參數(shù)以低字的高位字節(jié)存儲編碼器脈沖數(shù)據(jù)。以4096脈沖編碼器為例，需要12bit位計(jì)數(shù)，與KK120低字（16bit位）的高位對齊，需將以二進(jìn)制表示的編碼器脈沖值向高位平移4位，即擴(kuò)大16倍（2²×2²），所以旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)一圈發(fā)出4096個脈沖在KK120存儲為65536=4096×16。這樣將KK120除以65536后得到了含小數(shù)位的電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，方便了工程計(jì)算。

1.3測量結(jié)果修正在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，由于車輪存在一定錐度，同時(shí)受車輪加工精度影響，車輪與軌道接觸的踏面并不在嚴(yán)格的半徑為840mm的圓周上，圓周率小數(shù)位取值也會引入計(jì)算誤差，這些因素最終形成了不可避免的測量系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差會隨著測量距離的加長逐漸累積。定位測量模塊引入線性化K值對系統(tǒng)累積誤差進(jìn)行了修正。K值計(jì)算工作如下：線性化值：K=Sr/Sc行車距離：S=K×Sc=K×(KK120/(i×65536))×(π×D)Sr為車輪走過的實(shí)際長度，由專用工具測量得到，S為線性化修正后的行車距離。

2定位控制的軟件設(shè)計(jì)

2.1變頻器內(nèi)部主要參數(shù)設(shè)置6SE70變頻器中的連接器KK120是電機(jī)編碼器的位置計(jì)量值，計(jì)值的前提條件是編碼器類型的選擇帶零脈沖的旋轉(zhuǎn)編碼器即P130=15，每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)參數(shù)P151=4096；電機(jī)控制參數(shù)P100=4選擇帶編碼器的矢量控制模式，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速P108=975，電機(jī)功率P105=75，額定頻率P107=50；SIMOLINK同步控制命令參數(shù)完成主從變頻器同步運(yùn)行，傳輸通道數(shù)P745=2,傳輸控制字P751.1=K30，傳輸力矩給定值P751.3=K153。DP總線通訊參數(shù)設(shè)定完成PLC和變頻器之間的數(shù)據(jù)交換。DP地址P918.X=3（另一臺變頻器設(shè)為4），通訊波特率選為19.2Kbit/S，PLC到變頻器控制數(shù)據(jù)P743.1=K32，P734.2=KK148實(shí)際頻率,實(shí)際電流P734.3=K22,實(shí)際功率P734.4=K23，電機(jī)軸圈數(shù)P743.5=KK120,電機(jī)軸角度的脈沖數(shù)P734.6=KK120,編碼器位置歸零P172.x=K3033。其它輔助運(yùn)行參數(shù)設(shè)置完成電機(jī)驅(qū)動的正常運(yùn)行。DP速度給定P443=K3002，變頻器啟動命令P554=K3100，給定正向行駛P571=B3111,給定反向行駛P572=B3112。

2.2PLC程序設(shè)計(jì)PLC硬件組態(tài)如圖2所示。編程語言采用梯形圖和語句表相結(jié)合的方式進(jìn)行編程，本文以3#站變頻器為例給出位置計(jì)算相關(guān)程序。通過DP總線從站讀取指令SFC14，讀取變頻器的PZD區(qū)，其主要管腳功能如下：LADDR：=w#16#108，3#站變頻器IAddress的起始地址為十進(jìn)制數(shù)值264，將其轉(zhuǎn)換16進(jìn)制數(shù)值為w#16#108，填入SFC14的LADDR管腳，建立PLC與3#站變頻器的數(shù)據(jù)區(qū)的映射關(guān)系。RECORD：=P#M600.0BYTE12：讀取3#站變頻器長度為12個BYTE的PZD區(qū)，將其映射到以M600.0開始M611.7結(jié)束的長度為12個BYTE存儲區(qū)中。按SFC14建立通訊的映射關(guān)系，變頻器中狀態(tài)值“圈數(shù)+角度”的數(shù)據(jù)映射到PLC的地址為MD608，經(jīng)過取整及根據(jù)相關(guān)的速比計(jì)算，得到電機(jī)車離原點(diǎn)的距離，再按一定比例關(guān)系縮放電機(jī)車離原點(diǎn)的位置，在觸摸屏上模擬電機(jī)車的實(shí)際位置。

2.3人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)電機(jī)車觸摸屏監(jiān)控畫面如圖3所示，畫面上淺藍(lán)色的顯示框內(nèi)實(shí)時(shí)顯示了行車速度和行車位置。考慮雨雪等極端天氣工況下行車可能出現(xiàn)車輪打滑現(xiàn)象，人機(jī)界面上設(shè)置了清零按鈕，以便于測量系統(tǒng)的歸零。綠色箭頭指示了行車方向。該畫面上同時(shí)設(shè)置了電機(jī)車操作按鈕及各種操作模式的選擇及狀態(tài)指示。

3結(jié)語

該定位控制方式在調(diào)試過程中，進(jìn)行了反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和校正，表明行車定位的重復(fù)精度可達(dá)厘米級，確保了干熄焦工藝要求的±100mm技術(shù)指標(biāo)。實(shí)踐證明該方法經(jīng)濟(jì)可行，數(shù)據(jù)穩(wěn)定且定位可靠，是非常值得推廣的一種位置控制方式。該電機(jī)車已在平頂山首山焦化公司試運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期效果。

作者：郁景民單位：秦皇島秦冶重工有限公司