系统组成

涂装车间工艺过程复杂，机械化设备种类繁多，有很多分类方法，其中按照速度是否变化可以分成定速设备和变速设备两大类。定速设备一般应用在非工艺段，如排空区和存储区，以确定的速度进行工件的输送和存储；变速设备一般应用在工艺段，如连续式生产的前处理电泳段的RODIP、烘干段、人工操作段及自动喷涂段的双排输送链等，设备的速度可以根据工具工艺需要进行调整。

设备厂家进行涂装机械化设备调试时，技术人员往往在设定输送设备速度时没有明确的方法，采取不断修改变频器频率参数，不断试凑，逐步逼近的方法，工作效率很低。本文将介绍一种简单高效的方法，该方法涉及设备机械设计，电机选型，变频器参数计算和PLC程序设计。

变速设备的变速实现

速度可变的输送设备一般采用变频器驱动，如果要改变设备速度，就要修改变频器的频率，但是变频器的频率和输送链的运行速度之间并无直接关系，所以直接修改变频器频率来改变链速的方法存在很大的盲目性。本文将探讨一种方法，找出频率和设备速度之间的关系，用户修改速度时，只需要提供所需的速度即可，中间过程由PLC根据已知设备参数自动计算，并通过网络将计算结果发送给变频器。

其控制关系如下：操作人员通过HMI输入所需的速度；HMI将数值传给PLC；PLC计算出此速度所需的频率设定字，并发送给变频器；变频器控制减速电机输出一定的转速；驱动轴带动设备链轮，实现操作员设定的速度。

图1  双排工艺链

为了实现上述控制目标，需要知道两个机械参数：电机减速箱的减速比i，另一个是设备机械传动系数K，即设备前进的速度v和机械驱动轴旋转速度ω之比。

机械传动系数系数K由机械设计人员计算得出，并经过现场实际测量修正。具体如下：设驱动轮分度圆的直径为d，驱动轴旋转一周，驱动轮前进的距离πd，也就是设备前进的距离。系数K＝v/ω=πd/1=πd，系数K再除以电机减速机变比i，即K/i就是设备速度和电机转速之间的系数，用户设定的速度v除以K/i，就得到对应的电机转速vi/K 。至此机械部分的计算结束。

图2  XX汽车厂涂装电控系统

输出转速的方法

如何通过变频器控制电机输出vi/K这个转速？一般机械设备的电机都采用无速度传感器的矢量变频控制，这种控制方式基于磁场定向控制理论发展而来。实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，这一步是很困难的。但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照转矩计算公式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。

根据电机同步速度公式n＝60f/p ，其中p为电机极对数，一般常用电机p＝2，得出f＝pn/60=n/30。公式中的n为磁场的同步速度，转子转速与之存在一定的差值，不过变频器有100％转差补偿功能，变频器会把n当作用户所需的转子速度而自动提高定子电流频率，满足用户的要求，但是对外显示转子转速所对应的频率，以便于用户测算。

图3 PLC与变频器PROFIBUS-DP总线通信

计算实例

已知某输送机链轮分度圆直径d＝125mm，链轮与驱动轮直连，电机减速比i＝22.32，采用SEW MoviDrive变频器，要求输送机运行速度为v＝16.45m/s，请计算出电机的转速ω以及变频器的速度设定字。

1.机械部分计算：

v＝16.45m/s，d＝0.125m

机械传动系数K=πd=3.14159×0.125＝0.3926

电机转速ω＝vi/K=16.45×22.32/0.3926=934.97r/min。

2.电气部分计算

将上述计算结果乘以5，所得结果转换成16进制数，即为SEW MoviDrive变频器的速度控制字。若需要反向运转，将计算结果变成负数，同样转成16进制数即可。

图4 自动计算速度设定值的PLC程序

934.97×5＝4 675（取整数），转换成16进制数1243h，即为变频器的速度设定字。

若是反向运行，则速度设定字为（-934.97）×5＝-4 675＝EDBDh。

通过Profibus-DP可以很方便地控制MoviDrive系列变频器的启停以及转速。以上的计算和数制转换过程可以通过编写变频器的控制程序，由PLC程序自动完成，并通过现场总线发送给变频器，无需用户计算。

这样只要提供工艺速度给PLC, 程序会根据设备的机械传动系数K和电机的减速比i，自动计算出所需的频率，发送速度设定字给变频器，变频器控制电机以所需的速度运行。由于采用了无速度传感器的矢量控制, PLC在发送控制字的同时，还可以从变频器获取电机的电流矢量，用于内部矢量控制， 其速度控制精度可以达到 ± 0.01m/min，完全可以满足汽车涂装车间机器自动喷涂，烘干等工艺需求。