基于DeviceNet网络的多电机同步控制系统
赵强1 钱晓龙2
东北大学 罗克韦尔自动化实验室 110004
摘 要 本文分析了DeviceNet网络特点及其报文结构，通过对peer I/O对等通信原理的研究，提出了一种基于DeviceNet网络采用变频调速实现的多台电机同步控制系统设计方案，并给出了软硬件实现。
关键词 DeviceNet 变频器 peer I/O 多电机同步
一、引 言
近年来，交流调速的发展十分迅速，变频器调速控制系统已广泛应用于机械、冶金、化工等各个行业。作为变频调速系统中的控制核心部分的变频器，最初是以单台形式工作的，而现在各种大中型自动化生产线则要求由多台变频器组成的同步控制、比例控制等复杂的控制系统，并且要相互协调，形成连续生产线的调速控制系统。
本文设计了基于DeviceNet网络的多台电机分布传动机制集中监测和控制新系统，采用最少的硬件设备和简单的布线连接实现了多电机的同步、比例控制。与以往通过控制PLC设定运行参数，通过D/A转换模块发出（0~10VDC或4~20mA）信号控制变频器的速度指令来完成的同步控制相比，大大降低了系统成本，增大了信号传输距离，增强了抗干扰能力，尤其适合远距离，多电机控制系统。
二、系统设计
选用DeviceNet网络完成电机的集成控制还具有诸多优点，如：
①支持设备的热插拔，可带电更换网络节点，在线修改网络配置，便于系统的扩充和改造。
②网络上设备的安装比传统的I/O布线更加节省费用，尤其是设备分布在几百米范围内时，更有助于降低安装成本。
③利用RSNetwork for DeviceNet 可方便的对网上设备进行配置，测试和管理。网上设备以图形方式显示工作状态，一目了然。
目前，众多DeviceNet 上变频器的网络适配器均支持peer I/O 连接报文的传送，如20-comm-D（PowerFlex系列变频器），1203-GU6（1305,1336系列变频器），1336-GM6内置适配器（1336系列变频器）。本文所设计的多电机控制系统变频器主从适配器间即采用peer I/O 报文进行数据传送[1]。
系统实现以一台变频器做主站通过主从通讯控制其他多台变频器的同步起停、转向、点动、比例跟随等各种控制要求。
图1 多台电机同步控制系统结构图
系统硬件结构如图1所示，采用PowerFlex 70 变频器来控制交流电机动作。PowerFlex 70变频器带有5个串行端口，每个端口对应不同的通讯设备。通过DPI端口与连接的20-COMM-D设备网适配器可以把变频器直接挂在设备网上[2]。PC机通过外接设备网适配器20-COMM-D对DeviceNet网络进行组态、软件编写及在线监控。
主适配器：
从适配器：
采用DriveExplorer软件对主从多台变频器及适配器进行参数设置，如图2所示。
图2 从适配器初始化界面
三、通信的实现
主从适配器初始化完毕，即可通过对主从变频器的参数设置来完成现场的控制要求。例如将主变频器的控制逻辑值通过数据链结A1送出，速度参照值由数据链结A2送出。即可通过主变频器的人机界面同时启动、停止、转向、点动主从多台变频器。通过调节主从变频器的速度参照比来调整从变频器相对与主变频器的运行速度，使从电机按一定速度比跟随主电机动作。其速度的可在线调节性尤其适用于整条线路的电机分别用与主设备不同的速度运行。每台电机又均可按控制要求独立调节其各参数。同理，可以通过数据链接B来传送主变频器的其他参数如加减速时间等，从而更加精确地控制从变频器的跟随性能。主从变频器间的连接及数据交换如图3所示。
图3 主从变频器数据交换图 |
四、结束语
本文提出了一种基于DeviceNet网络采用变频调速实现的多台电机同步控制系统，完成了以一台变频器做主站通过主从通讯控制其他多台变频器的同步起停、转向、点动、比例跟随等各种控制要求。
实验表明，系统运行可靠，跟随电机根据工艺要求按设定的比例精确同步跟随牵引电机速度。系统结构简单，造价低廉，控制方便。同时，系统具有可扩展性和很大的灵活性，可根据实际现场选用功率匹配变频器，组成单主、多主系统，以满足不同的控制要求。
参考文献(References):
[1] DeviceNet selection guide. Rockwell Automation company.
[2] PowerFlex DeviceNet Adapter 20-COMM-D User Manual . Rockwell Automation company.
