永磁式同步电机的伺服系统在短纤维装置的应用

　　永磁式同步电机组成的伺服系统常用于快速、准确、精密的位置控制场合，电机体积小、质量轻、效率高，转子无发热问题。洛阳石化短纤维车间丝束落桶装置，采用两台永磁式同步电机，分别拖动辊轮架小车左右往复和辊轮前后往复运动，从而使落到辊轮上丝桶里的丝束铺放均匀。本文将对采用西门子6FK型永磁式同步电机，西门子6SE70系列小型交一直一交变频器，S7—300PLC组成的系统进行详细的介绍，并指出运行维护中出现的问题，以供大家参考。
1 基本情况
　　落桶装置的简单示意图如图1所示。

　　整个生产区域分为三个区：进桶区、卸桶区、运行区。在运行区，小车左右往复运动，B8接近开关是它的行程中心校准点。轮辊前后运动，B15接近开关是它的行程中心校准点。进桶区，空桶用搬运车放至进桶位时，B2接近开关点亮，人桶电机启动，空桶进行至B1接近开关后人桶电机停止。丝束落桶选择的周期时间到时后，小车快速校准于中间位置制动静止；辊轮变速拖动满桶向前运行，到达向前运动设定最远行程后，人桶电机启动，空桶上轮架。轮辊向后运动时拖动满、空两桶，B13光电开关激活时，出桶电机启动，引导满桶至卸桶区。B13光电开关检测到满、空桶两者之间的空隙时，轮辊电机制动开始向后运动。满桶至B3接近开关后，出、人桶电机同时停止运行。一个完整的生产循环周期结束，重新计时开始。
2 伺服系统的硬件组成
　　该系统的人机端面采用西门子OP27操作面板，它与西门子S7—300PLC交换信息，并向其发出控制指令。PLC轨架上组合有西门子S7—315型CPU，两块FM350计数模块，数字输人、输出模块，通讯模块等。S7—300CPU与两台西门子6SE70系列小型交一直一交变频器串级通讯联接，完成对轮辊、小车电机运动的方向、速度变化的控制。计数模块接收6SE70变频器端子排414上的脉冲信号，收集计算同步电机的方向、速度值。PLC输人模块引人信号有该系统的自动／手动选择按钮，接近开关、光电开关反馈的信号等。输出模块发出指令，控制总开关，变频器的输出接触器，人、出桶电机接触器的闭断等。
3 永磁式同步电机的自控方式
　　永磁式同步电机在变频器的作用下，逐渐升频完成启动，其自控式变频调速系统功能图如图2所示。该系统把来自测速机的信号进行分析，判明同步电机转子的真实位置和转速后，控制变频器输出三相电压、电流的频率，幅值和初始相位，达到同步转速跟踪转子转速的目的。

3．1 测速机的信号
　　测速机的转子与同步电机的转子同轴连结，定子上激磁线圈上施加10V（2—10KZ）的电源，二组输出线圈的信号分别称作为sinψ、cosψ信号，两者即时值的正切值即为同步电机转子的真实位置指示。
3．2 双闭环控制中速度信号的作用
　　西门子6SE70系列小型交一直一交变频器CU—VC控制板上选插用了resolver模板，该模板收集测速机的两组信号，经分析、计算，直接作用于速度、电流双闭环的调速系统中。计算出的转速值与输入速度值比较放大作为给定值；测量计算出的转子位置瞬间值作用于电流环三相电流的瞬间相位值给定。
3．3 PLC程度中速度信号的作用
　　模板计算出的速度脉冲值同时输出连接到了S7—300PLC系统中的计数模板FM350。PLC与计数模块的数据通讯，可在数据块中实现对电机的运行位置、位移的计算记录。组态在PLC的上一级OP操作面板上显示小车、辊子的位置和速度，方便操作工选择恰当的输入选择值。
3．4 GRAPH编程语言实现的顺序控制
　　在STEP7组态的软硬件系统中，功能块FB61应用了GRAPH编程语言实现了对小车及辊子的顺序控制，GRAPH编程语言可以很方便地选择设定每个步骤的启动条件。在功能块FB61中，换桶顺序控制大致可分为4个阶段：①判断无急停、联锁，建立换桶顺序控制的起始标志；②小车左右往复，辊子前后往复位移；③小车快速校准于中间位；④辊子变速运动，入、出桶电机启停。
4 该系统运行中需关注的两个问题
4．1 测速机的准确定位安装
　　测速机的定子固定卡紧镙丝的安装位置可以是任意的。但在检修打开同步电机时，必须精确标记测速机定子码盘在同步电机定子上的安装角度。定子码盘的安装角度不准确，测速两组输出信号发生畸变，同步电机会因此速度波动，温度升高。严重时速度失控或者电机因温度过高而匝间短路烧毁。
4．2 运行周期时间的选择限制
　　理论上讲，该系统的运行周期时间设定选择可以是任意无间断的。实际生产当中，我们被迫采用43～46min、54～56min等时间段内选择设定运行周期时间，来保证换桶时小车从左侧向中间变速靠近制动定位，从而使换桶过程平稳完成。这是因为入桶电机采用链条驱动，电机在启动和正常运转时，链条的张紧度不一样，从而使空桶向运行区的路线变直线稍偏离中心线，进而造成空桶不能顺利跟桶上至小车轮架上，撞击小车轮架联锁停车。我们发现，空桶用拖运车放到进桶区时斜线置放，可以缓解进桶电机驱动变线的缺陷；但同时轮架小车从左侧和右侧向中间位准确制动定位时也存在制动位有允许的偏差变化；因此我们被迫限制了运行时间周期的选择，来保证轮架小车从左侧位向中间变速靠近制动定位，进而确保空桶平稳运行至小车轮架上。
　　综上所述，同步电机有着异步电机无可比拟的优越性，随着微电子控制的快速发展，其应用将更加广泛。