專利名稱：一種帶式運輸機多電機同步控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電機控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶式運輸機多電機同步控制系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
連續(xù)運輸系統(tǒng)是物料搬運機械的基本組成部分，而帶式運輸機是連續(xù)運輸機中效 率最高、使用最普遍的一種機型。在20世紀80年代前，帶式運輸機的驅(qū)動裝置多為一臺電 動機，就能滿足生產(chǎn)要求，到了 80年代，單驅(qū)動的動力已經(jīng)無法滿足大型帶式運輸機的動 力要求，驅(qū)動裝置就開始有了多電動機驅(qū)動。隨著大型帶式運輸機的使用，于是出現(xiàn)了系統(tǒng) 穩(wěn)定性問題、能耗問題、安全等問題。對于大型普帶運輸機的傳動電機的同步控制技術(shù)主要 包括并行控制，主從控制，交叉耦合控制，虛擬總軸控制，偏差耦合控制。其中交叉藕合控制 這種控制策略最初由Koren在1980年提出，交叉藕合控制策略最主要的特點就是將兩臺 電機的速度或者是位置信號進行比較，從而得到一個差值作為附加的反饋信號，再將這個 附加的反饋信號作為跟蹤信號，系統(tǒng)能夠反映出任何一臺電機的負載變化，從而獲得良好 的同步控制精度，但是這種控制策略不適合兩個以上電動機的同步控制情況。而偏差藕合 控制的主要思想是將某一臺電機的速度反饋同其它電機的速度反饋分別作差，然后將得到 的偏差相加作為該電機的速度補償信號，增益Kr用來補償各個電機之間的轉(zhuǎn)動慣量的不 同。這種偏差藕合控制策略能夠克服以上各種控制策略的缺點，實現(xiàn)很好的同步性能，但是 增益Kr的設(shè)定十分困難。當前的帶式運輸機控制系統(tǒng)大都以PLC控制系統(tǒng)為主，主要有如 下不足系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高；PLC控制系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)原因，無法實現(xiàn)高級的控制算法，從 而多電機同步運動誤差大、精度低、協(xié)調(diào)性差，特別是啟停時，皮帶系統(tǒng)震動較大，同步性更 差。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供了一種通過變頻器檢測各電機運行參 數(shù)，并由同步控制器對各電機轉(zhuǎn)速參數(shù)進行分析并修正的皮帶運輸電機同步控制系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種帶式運輸機多電 機同步控制系統(tǒng)，包括上位機、變頻器、電機、同步控制器和RS-485總線系統(tǒng)，所述的同步 控制器包括為電源模塊、控制模塊、USB接口和RS-485通信接口，所述的電源模塊分別與 控制模塊、USB接口和RS-485通信接口連接，所述的控制模塊再分別與USB接口和RS-485 通信接口連接，其中USB接口與上位機相連，RS-485通信接口通過總線系統(tǒng)與各變頻器的 RS-485通信接口端相連，各變頻器輸出端分別連接到電機。作為優(yōu)選，所述的控制模塊選用微控制器STM32F103V8T6，作為同步控制器的信號
處理單元。作為優(yōu)選，所述的電源模塊選用低壓差穩(wěn)壓器LD1086D2M33，為同步控制器提供工 作電源。[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是選用RS-485總線系統(tǒng)，使現(xiàn)場接線 十分簡單，簡化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)省費用，數(shù)字信號傳輸方式提高了系統(tǒng)的工作可靠性；同步 控制器選用USB接口實現(xiàn)控制器與上位機信息交互以及同時可以從計算機的USB接口獲取 同步控制器的工作電源，進一步簡化了結(jié)構(gòu)；方便查詢各電機的運行狀態(tài)，便于早期分析、 排除故障，縮短了維護停工時間；整個系統(tǒng)的調(diào)試運行都在上位機上進行，無需到現(xiàn)場，減 輕了系統(tǒng)調(diào)試、運行的勞動強度；方便的編程，克服了 PLC控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)高級控制算法 的缺點；同時該同步控制器能充分發(fā)揮變頻器的性能，系統(tǒng)運轉(zhuǎn)穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)精度高，使 各電機以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速同步運轉(zhuǎn)。

圖1為一種帶式運輸機多電機同步控制系統(tǒng)連接框圖；圖2為一種帶式運輸機多電機同步控制系統(tǒng)電機同步控制框圖；圖3為一種帶式運輸機多電機同步控制系統(tǒng)控制程序流程框圖；圖4為同步控制器中斷程序流程框圖；圖5為同步控制器連接示意框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細的說明。為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施 例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖1和圖5中所示，一種帶式運輸機多電機同步控制系統(tǒng)，包括上位機、同步控 制器、變頻器、電機和RS-485總線系統(tǒng)，所述的同步控制器包括電源模塊、控制模塊、USB接 口以及RS-485通信接口，電源模塊分別與控制模塊、USB接口和RS-485通信接口連接，所 述的控制模塊再分別與USB接口和RS-485通信接口連接，其中電源模塊可以通過同步控制 器的USB接口從主機中獲取同步控制器工作電源，也可以從獨立的電源中獲取同步控制器 工作電源，電源模塊將獲取的電源電壓轉(zhuǎn)換為適合同步控制器的工作電源電壓，保障電源 供給；同步控制器的USB接口與上位機連接，USB連接有利于提高了上位機與同步控制器之 間的數(shù)據(jù)傳輸速率，同步控制器的RS-485通信接口通過總線系統(tǒng)與各變頻器的RS-485通 信接口端相連，各變頻器輸出端分別再連接電機，每一臺變頻器分別與一臺電機相連，控制 的電機數(shù)目根據(jù)不同的帶式運輸機有所不同，不限于圖中所示的電機數(shù)，所述的上位機、同 步控制器、變頻器、電機和總線系統(tǒng)共同構(gòu)成一種帶式運輸機多電機同步控制系統(tǒng)。如圖3中所示，作為同步控制器核心部件的控制模塊的程序存儲器中預(yù)先存有以 偏差藕合控制與模糊控制算法相結(jié)合的控制程序，首先初始化系統(tǒng)，設(shè)置USB、串口和定時 器等寄存器，通過上位機對同步控制器參數(shù)進行設(shè)置并保存在控制模塊的Flash內(nèi)存中， 上位機向同步控制器發(fā)送指令，通過同步控制器的控制模塊解析后再經(jīng)由RS-485總線系 統(tǒng)向各變頻器發(fā)送運行參數(shù)和開機指令，變頻器啟動電機運行，并周期性的采集各電機運 行參數(shù)信號包括電機的轉(zhuǎn)速參數(shù)信號，同步控制器的控制模塊通過RS-485總線系統(tǒng)接收 各變頻器采集的電機運行參數(shù)信息，并對收集的運行參數(shù)信息進行分析、處理、并產(chǎn)生控制信號，通過RS-485總線系統(tǒng)向各變頻器發(fā)送控制信號，通過各變頻器分別控制各電機輸出 速度，使各電機的轉(zhuǎn)速先趨向于一致，再同步向給定的轉(zhuǎn)速靠近，同步控制器調(diào)整各變頻器 的參數(shù)時，控制模塊通過USB接口向上位機上傳同步控制器的控制模塊產(chǎn)生的控制信號和 各電機的運行參數(shù)信號，并顯示于上位機。其中，同步控制器的控制模塊工作在無操作系統(tǒng) 的單任務(wù)實時狀態(tài)，其采樣周期由定時器中斷確定。如圖2和圖4中所示，同步控制器的控制模塊預(yù)存有偏差藕合控制與模糊控制算 法相結(jié)合的控制程序，在有速度測量負反饋的矢量控制作用下，變頻器保證各電機的轉(zhuǎn)速 跟隨給定值ω，某一電機η在干擾作用下轉(zhuǎn)速發(fā)生變化最大時，其他的電機的轉(zhuǎn)速也要暫 時跟隨該電機η的轉(zhuǎn)速而變化，之后各電機再同步接近給定值ω，使各電機在整個運行中 實時地保持一致，實現(xiàn)各電機的同步運行。具體中斷服務(wù)程序流程如下在定時器中斷時， 同步控制器的控制模塊通過相連的總線系統(tǒng)讀取各變頻器采集的各電機的轉(zhuǎn)速，如ω^ ω2、…、ωη，控制模塊參考各電機在前一時刻的轉(zhuǎn)速值計算各電機的轉(zhuǎn)速的變化量，如屯、 d2、…、dn，并確定最大轉(zhuǎn)速變化量的電機#n，其中電機數(shù)η不限于圖1中所示的電機數(shù)目， 不同的帶式運輸機采用的傳動電機數(shù)有所不同。同步控制器通過控制模塊預(yù)存的模糊PID 算法確定各電機與電機#η的同步系數(shù)kn，根據(jù)各電機的轉(zhuǎn)速、同步系數(shù)kn和給定值ω，通 過PI算法計算各電機的控制量，通過RS-485總線系統(tǒng)輸出到各變頻器，同時通過USB接口 單元將各電機的轉(zhuǎn)速和控制量輸出到上位機以便顯示、分析等，然后定時中斷返回。如圖1和圖5中所示，所述的控制模塊選用微控制器STM32F103V8T6，其通 信接口通過總線的物理接口與各變頻器的RS-485通信接口相連，STM32F103X是基于 ARMCortex-M3處理器核的微控制器，具有低功耗、短中斷延遲、低調(diào)試成本等眾多優(yōu)點，簡 化了編程的復(fù)雜性，集高性能、低功耗、低成本于一體，并具有豐富的性能出眾的片上外設(shè)， 包括16通道的12位A / D轉(zhuǎn)換器、7通道的DMA控制器、16位定時器、USART接口、CAN接 口和USB2. 0全速接口等。所述的電源模塊選用低壓差穩(wěn)壓器LD1086D2M33，通過USB接口 與上位機連接，可從上位機中獲取整個控制器電路的電源，從而簡化了控制系統(tǒng)的接線，降 低系統(tǒng)成本。來自USB接口的5v電壓通過低壓差穩(wěn)壓器LD1086D2M33輸出3. 3v的電壓，為 微控制器STM32F103V8T6提供工作電源，可工作在零下40攝氏度到125攝氏度，輸出電壓 精度為士 1%，適用范圍廣，精度高。所述的USB接口可運用針對STM32F芯片系列的USB開 發(fā)工具包完成對USB接口的配置以及與上位機之間的通信，由于微控制器STM32F103R8T6 芯片自身集成了豐富的通訊接口，有多種通訊方式可供選擇，加上外圍電路就可任選一種 通信方式完成通訊功能，由于微控制器STM32F103R8T6內(nèi)部集成了三個獨立的同步和異步 串口，每個串口都能以中斷或DMA的方式工作，其中一個UART接口通信速率可達4. 5兆位 /秒，其它UART接口通信速率可達2. 25M/S，控制模塊22的USART接口可被分配為RS-485 通信接口，RS-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，采用了光電隔離技術(shù)，抗共 模干擾能力強，即抗噪聲干擾性好，提高了同步控制器的抗干擾能力，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn) 定性。傳輸線可采用屏蔽雙絞線傳輸可達1. 5km傳輸距離，傳輸距離當大于0. 5km時，為了 保證通信速率，可選用光纖為傳播介質(zhì)，收發(fā)兩端再各加一個光電轉(zhuǎn)換器，多模光纖的傳輸 距離是5 10km，而采用單模光纖可達50公里的傳播距離。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種帶式運輸機多電機同步控制系統(tǒng)，包括上位機、變頻器和電機，其特征在于還 包括同步控制器和RS-485總線系統(tǒng)，所述的同步控制器包括電源模塊、控制模塊、USB接 口和RS-485通信接口，所述的電源模塊分別與控制模、USB接口和RS-485通信接口連接， 所述的控制模塊再分別與USB接口和RS-485通信接口連接，其中USB接口與上位機相連， RS-485通信接口通過總線與各變頻器的RS-485通信接口連接，各變頻器輸出端分別連接 有電機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶式運輸機多電機同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述的 控制模塊選用微控制器STM32F103V8T6，作為同步控制器的信號處理單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶式運輸機多電機同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述的 電源模塊選用低壓差穩(wěn)壓器LD1086D2M33，為同步控制器提供工作電源。
專利摘要本實用新型公開了一種帶式運輸機多電機同步控制系統(tǒng)，包括上位機、同步控制器、RS-485總線系統(tǒng)、變頻器、電機，其中同步控制器包括電源模塊、控制模塊、USB接口模塊、RS-485通信接口，同步控制器的USB接口與上位機相連，RS-485通信接口通過總線系統(tǒng)與各變頻器的RS-485通信接口相連，變頻器連接電機，同步控制器通過總線收集系統(tǒng)中各個電機的運行參數(shù)，通過對參數(shù)的分析并產(chǎn)生控制信號，調(diào)整各變頻器的參數(shù)，控制電機的輸出轉(zhuǎn)速，使各運轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)速趨向一致，上位機可讀寫該同步控制器的相關(guān)參數(shù)，從而可對系統(tǒng)進行在線調(diào)試和實施全程監(jiān)控，降低調(diào)試和運行的操作強度；總線系統(tǒng)使結(jié)構(gòu)簡化，降低安裝費用和維護成本。
文檔編號H02P5/74GK201854229SQ20102057504
公開日2011年6月1日 申請日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者劉勇, 周志, 張強 申請人:四川省安普瑞自動化設(shè)備有限公司