【摘要】：分析了工業(yè)門機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求及系統(tǒng)工作流程，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)的描述了系統(tǒng)的架構(gòu)與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方案。 【關(guān)鍵詞】：可編程 交流同步伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng) 工業(yè)門機(jī)控制系統(tǒng) Abstract：This paper analyzes the technologies and flow of the control system based on the industrial door machine. And design the system structure. The implementation scheme and structure of the industrial door machine is described in detail. Key words: Programmable Synchronous Servo Driver System Industrial Door Machine Control System 引言： 近年來隨著物流倉儲設(shè)備的快速發(fā)展，有很多物流倉儲設(shè)備都選用多功能工業(yè)門機(jī)作為大宗貨物進(jìn)出倉庫的閥門。工業(yè)門機(jī)具有快速、全自動、安全、可靠、多功能等多種優(yōu)點(diǎn)，可以高效便捷的使貨物進(jìn)出倉庫，保證倉庫內(nèi)的環(huán)境清潔和安全,成為先進(jìn)物流倉儲設(shè)備的重要組成部分。 一、概述： 傳統(tǒng)的工業(yè)門機(jī)的控制系統(tǒng)由可編程邏輯控制器PLC+變頻器+交流異步電動機(jī)組成：由PLC根據(jù)外部輸入信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算控制，計(jì)算結(jié)果輸出信號給變頻器，再由變頻器驅(qū)動交流異步電機(jī)帶動門做出相應(yīng)的動作。這種方式的驅(qū)動系統(tǒng)因其響應(yīng)慢、啟動停止不平滑、能耗大、調(diào)速范圍小、輸出轉(zhuǎn)矩小、過載能力差、等自身缺點(diǎn)，越來越不能適應(yīng)先進(jìn)物流倉儲設(shè)備的快速發(fā)展。驅(qū)動系統(tǒng)響應(yīng)慢會造成工業(yè)門的開啟與關(guān)閉的頻率降低，使貨物的物流速度明顯降低；工業(yè)門的啟動停止的不平滑，會對門的機(jī)械結(jié)構(gòu)造成很大的沖擊，會明顯降低門的機(jī)械壽命；能耗大會造成設(shè)備的運(yùn)營成本上升；而調(diào)速范圍小、輸出轉(zhuǎn)矩小、過載能力差，等缺點(diǎn)都會使工業(yè)門機(jī)系統(tǒng)的效率降低，運(yùn)營成本上升，壽命降低。 同時整個控制系統(tǒng)的控制器是外置的，由于變頻器本身會對控制器及系統(tǒng)的輸入輸出設(shè)備存在著干擾，所以整個系統(tǒng)的抗干擾處理也是非常繁瑣的，也會造出系統(tǒng)成本的上升，不便于產(chǎn)品的推廣和使用。 而帶有可編程單元的交流同步伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)就可以很好的解決了這一系列的問題。傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)是根據(jù)上位機(jī)的指令來動作的，它實(shí)時快速響應(yīng)上位機(jī)的指令，具有極快的動態(tài)響應(yīng)能力和較高的調(diào)速范圍，在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)，特別是在低速情況下，不會因負(fù)載的增加而使轉(zhuǎn)矩輸出減小、從而使轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)速始終保持平穩(wěn)，即可以有很寬的調(diào)速范圍，還具有兩到三倍的過載能力。另外，與交流異步驅(qū)動系統(tǒng)相比它有著明顯的節(jié)能優(yōu)勢（一般節(jié)能可到20%左右），非常適合在先進(jìn)工業(yè)門機(jī)上的應(yīng)用。進(jìn)口的高檔工業(yè)門機(jī)都采用國外交流同步伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，例如松下、倫茨LUNZE、SEW等國外的交流同步伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。而國產(chǎn)的交流同步伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)在工業(yè)門機(jī)上的應(yīng)用卻還是一個空白。 上海開通數(shù)控有限公司長期致力于工控產(chǎn)品的研發(fā)，是國內(nèi)最早從事數(shù)控產(chǎn)品研發(fā)的公司之一，有著雄厚的研發(fā)實(shí)力。由上海開通數(shù)控研發(fā)的KT270系列伺服驅(qū)動器，采用DSP芯片，大大加快了數(shù)據(jù)的采集與處理速度，使電機(jī)運(yùn)行性能良好；應(yīng)用大規(guī)模門陣列電路，使產(chǎn)品具有很高的可靠性；使用最新的功率器件IPM，使驅(qū)動器的體積大為減??；具有寬速比、恒轉(zhuǎn)矩：調(diào)速比為1：5000；高速度、高精度：最高轉(zhuǎn)速可達(dá)3000rpm，回轉(zhuǎn)定位精度1/10000轉(zhuǎn)；KT270系列的功率范圍04KW～5.4KW（2NM～33NM），已廣泛應(yīng)用于機(jī)床加工設(shè)備、紡織、印染、包裝等行業(yè)；為了填補(bǔ)國產(chǎn)交流同步伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)在工業(yè)門機(jī)上應(yīng)用的空白，上海開通數(shù)控有限公司在KT270系列伺服驅(qū)動器的基礎(chǔ)上開發(fā)了帶有可編程單元的、可用于工業(yè)門機(jī)的專用交流同步電機(jī)伺服驅(qū)動器KT270-FM。 二、工業(yè)門機(jī)的控制驅(qū)動系統(tǒng)介紹： 工業(yè)門機(jī)專用驅(qū)動系統(tǒng)由輸入輸出信號、交流同步伺服驅(qū)動器、交流永磁同步電機(jī)組成： 具體組成框圖見圖1： [align=center] 圖1：工業(yè)門機(jī)專用驅(qū)動系統(tǒng)組成框圖[/align] 2、輸入信號： 上升鈕： 按下后，卷簾門就上升到設(shè)定的上限位置 下降鈕： 按下后，卷簾門就下降到設(shè)定的下限位置 禁止按鈕： 按下后，此門是禁止上升 急停鈕： 按下后卷簾門就停止動作（此時只有使用上升與雷達(dá)信號才可以取消停止動作，使門體上升到位） 感應(yīng)： 當(dāng)感應(yīng)時，實(shí)現(xiàn)門的開啟，安裝在門的外側(cè)，（是可選項(xiàng)） 原點(diǎn)： 系統(tǒng)工作的起始位，每次斷電重新開機(jī)后，系統(tǒng)自己找原點(diǎn)并依此點(diǎn)為門體下降起始點(diǎn)。 前后極限： 當(dāng)門體上升或下降超出規(guī)定的位置時（或程序跑飛時），前后極限作為一個保護(hù)裝置。 當(dāng)此點(diǎn)感應(yīng)時，系統(tǒng)會報(bào)警，同時馬達(dá)停止任何動作。復(fù)位時，必須手動脫離前后極限點(diǎn)，方可復(fù)位； 3、 輸出信號： 故障指示燈： 當(dāng)有故障時，系統(tǒng)輸出報(bào)警燈 運(yùn)行指示燈： 當(dāng)門體正常的上，下運(yùn)行時，須有燈亮提示 通行指示燈： 當(dāng)門體開啟到位后，通行指示燈就亮 4、 正常運(yùn)行工藝 當(dāng)人從門外走向自動門時，門外的感應(yīng)器感應(yīng)到，自動門就立即上升，運(yùn)行指示燈亮，自動門上升到位后，運(yùn)行指示燈滅，通行指示燈就亮，并延時一段時間，延時時間到，通行指示燈就滅，運(yùn)行指示燈再次亮，門就下降關(guān)閉，關(guān)閉過程中運(yùn)行指示燈保持常亮，關(guān)到位后運(yùn)行指示燈滅。反之，人從室內(nèi)向外走時，自動門打開，其工作流程同從室外向室內(nèi)走。 因感應(yīng)器是選裝項(xiàng)，若沒感應(yīng)器時，人要通過門時，須使用上升按鈕開門，門開后，同樣延時關(guān)門。 三、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)： 1、可編程輸入輸出接口： 可編程單元有8個可編程多功能輸入信號和4個可編程多功能輸出信號:每一個輸入與輸出信號都可以根據(jù)參數(shù)設(shè)置來選定其功能；同時每一個輸入與輸出信號的有效信號（高電平、低電平、上升沿、下降沿）都可以根據(jù)用戶的需要來設(shè)置。這樣做極大的提高了系統(tǒng)的靈活性，為用戶的操作提供了極大的便利，也提高了系統(tǒng)對于不同外圍硬件的適應(yīng)性。 2、豐富的指令系統(tǒng)： 整個可編程單元有著豐富的指令系統(tǒng)，提供了70余條指令供用戶編程，可以靈活的實(shí)現(xiàn)用戶的功能；整個指令系統(tǒng)有運(yùn)動控制指令，跳轉(zhuǎn)指令，邏輯運(yùn)算指令、算術(shù)運(yùn)算指令、比較指令、中斷控制指令、子程序調(diào)用指令、定時指令、輸入輸出指令、平滑過渡指令等多種類指令為用戶的不同控制需求提供了保障； 3、靈活的中斷優(yōu)先控制： 整個可編程單元有十六級不同優(yōu)先級別的中斷，每一級中斷可以由任何的一個輸入信號來觸發(fā)，這樣保證了系統(tǒng)中斷的靈活性。也使用戶的編程有了更多的選擇，為實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能提供了強(qiáng)有力的保證。 4、通訊功能： 整個系統(tǒng)還提供了RS485通訊功能,整個通訊協(xié)議嚴(yán)格遵循modbus通訊協(xié)議；可以通過由上海開通數(shù)控公司開發(fā)的基于PC的軟件來監(jiān)控被控對象的運(yùn)行工作狀態(tài)；整個通訊系統(tǒng)還可以連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動器的聯(lián)控與群控。 5、門機(jī)位控功能程序設(shè)計(jì)： 考慮到工業(yè)門機(jī)的運(yùn)行工藝，在編程的時候把整個程序分成初始化模塊、主循環(huán)模塊與中斷響應(yīng)程序模塊。 在初始化模塊中主要是對系統(tǒng)進(jìn)行一些配置，然后進(jìn)行系統(tǒng)的回原點(diǎn)操作。由于驅(qū)動系統(tǒng)所帶的電機(jī)是的增量式光電編碼器，所以整個系統(tǒng)在初始上電的過程中，必須進(jìn)行回原點(diǎn)操作，找到系統(tǒng)的初始定位原點(diǎn)。 在主循環(huán)程序模塊中又分成多個子程序模塊，根據(jù)不同的輸入信號來調(diào)用不同的子程序以完成不同的門機(jī)動作。 主循環(huán)程序中，程序不斷的掃描系統(tǒng)的輸入信號，一旦收到輸入信號后，程序就調(diào)用對應(yīng)功能的子程序，然后將對應(yīng)的數(shù)控子程序放在后臺運(yùn)行，主程序繼續(xù)執(zhí)行對輸入信號的掃描主程序，這樣可以保證對輸入信號的實(shí)時掃描。保證系統(tǒng)對輸入信號最大的實(shí)時掃描性。 例如：在收到上升信號后，主程序就調(diào)用門體上升的子程序。上升按鈕的服務(wù)子程序的主要功能是平穩(wěn)而又快速的帶動門體上升，門體運(yùn)行指示燈點(diǎn)亮；在上升到位后，運(yùn)行指示燈熄滅，將輸出信號—通行指示燈點(diǎn)亮；在門延時一段時間后，再調(diào)用門體下降子程序，平穩(wěn)而又快速的帶動門體下降；在門關(guān)到位后，運(yùn)行指示燈熄滅，將門關(guān)到位輸出信號置位。 在中斷響應(yīng)程序模塊中，主要是處理門機(jī)的保護(hù)機(jī)制功能。在門體下降的過程中一旦系統(tǒng)收到感應(yīng)信號，主程序立即將當(dāng)前，指令地址壓棧，同時將相應(yīng)的程序標(biāo)志位壓棧保護(hù)；然后再根據(jù)中斷向量表地址，跳轉(zhuǎn)到指定的中斷程序執(zhí)行地址。 6、系統(tǒng)程序主框圖： 四、試驗(yàn)結(jié)果： 由于整個門機(jī)控制驅(qū)動系統(tǒng)將控制器集成到驅(qū)動器中，使系統(tǒng)的成本下降，可靠性上升，效率也大大的提高，抗干擾能力也有著顯著的提升，更便于用戶的使用與維護(hù)。填補(bǔ)了國內(nèi)的空白，在國產(chǎn)驅(qū)動器中有著開創(chuàng)性的意義。 在實(shí)際的應(yīng)用中我們的門機(jī)控制驅(qū)動系統(tǒng)比傳統(tǒng)的門機(jī)控制驅(qū)動系統(tǒng)效率明顯提升，能耗明顯降低，可靠性也有了顯著的提高，功能更完善，保護(hù)措施也進(jìn)一步提高，達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，在國產(chǎn)伺服領(lǐng)域具有劃時代的意義。 五、結(jié)束語： 隨著我國伺服驅(qū)動器在工業(yè)控制與自動化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，帶有可編程單元的交流同步伺服驅(qū)動器在一些集成度要求較高的工控領(lǐng)域，完全可以替代中小型的PLC，取得更為經(jīng)濟(jì)有效實(shí)用的控制效果。相信在不遠(yuǎn)的將來，帶有可編程單元的交流同步伺服驅(qū)動器必定會在不同的工控與自動化領(lǐng)域取得更為廣泛的應(yīng)用，取得更為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 【參考文獻(xiàn)】： 1、阮毅 運(yùn)動控制系統(tǒng) 清華大學(xué)出版社 2006 2、李永東 高性能交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)現(xiàn)狀 《伺服控制》 2008，1 3、陳吉紅 發(fā)展我國伺服產(chǎn)業(yè)的探討 《伺服控制》 2007，2 4、李永東 交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng). 機(jī)械工業(yè)出版社, 2002 5、秦憶等. 現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng) 華中理工大學(xué)出版社, 1995 6、李鐘明等 稀土永磁電機(jī) 國防工業(yè)出版社, 1999 7、唐任遠(yuǎn)等 現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社, 1997 8、KT270 全數(shù)字交流伺服驅(qū)動器說明書 上海開通數(shù)控有限公司 2008 9、電機(jī)的DSP控制技術(shù)及其應(yīng)用 北京航空航天大學(xué)出版社 2005