CN101566522A - 齿轮箱性能试验平台及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种齿轮箱性能试验平台及其使用方法，齿轮箱性能试验平台包括两台电动机、两台变频器、一套可编程控制器组件，所述的可编程控制器组件包括接收外部控制信号的I/O端口、控制器用光纤链路模块、控制器模块和DP接口，其中控制器用光纤链路模块连接到DP接口，控制器模块通过控制器用光纤链路模块将内部DP总线转换成外部光纤网络，连接到变频器用光纤链路模块，向变频器发送控制信息。使用方法包括运行参数设定、启动、发送接排指令、停机程序。由于本发明采用主从控制技术方案，因而能保证两电动机转矩的动态平衡，实现电机并联工况下的平滑稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种齿轮箱性能试验平台及其使用方法，属于工业自动化控制技术领域。
背景技术
齿轮箱完成生产后，需要一个测试平台，用电动机带动齿轮箱进行不同负载、转速下的模拟试验，对齿轮箱的性能进行验证。对于三轴伸型的齿轮箱，它有两个输入轴和一个输出轴，需要有两台电动机同时输入。目前同类测试平台多为单机运行系统，无法满足双电动机并联运行的要求；或为双机并联运行系统，但其控制技术方案为：两套变频驱动系统分别独立运行于转速、转矩双闭环控制状态，其转矩给定值由上层控制器按一定算法进行计算后给出。此技术方案理论上可行，但实际工程应用中难于实现，首先是对上层控制器运算速度、计算精度及整个通讯速率有很高的要求，另外，双机并车为一动态过程，该技术方案对这一动态过程中的扰动敏感，一旦平衡控制稍有滞后，将引起系统振荡，造成解列，甚至威胁设备安全。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能实现双电动机并联运行的齿轮箱性能试验平台，保证两电动机转矩的动态平衡，实现电机并联工况下的平滑稳定运行。本发明还提供所述的齿轮箱性能试验平台的使用方法。
为解决上述技术问题，本发明的齿轮箱性能试验平台包括：两台为齿轮箱提供驱动的电动机、两台分别为电动机提供电源的变频器、一套控制两台电动机转矩自动平衡的可编程控制器组件；该可编程控制器组件包括接收外部控制信号的I/O端口、控制器用光纤链路模块、控制器模块和DP接口，其中控制器用光纤链路模块连接到DP接口，控制器模块通过控制器用光纤链路模块将内部DP总线转换成外部光纤网络，连接到变频器用光纤链路模块，向变频器发送控制信息。
具有附加技术特征的进一步技术方案为：
所述的电动机具有测速编码器，以将速度信号输入到变频器的编码器检测模块。
所述的变频器包括变频器控制模块、编码器检测模块和变频器用光纤链路模块，该变频器用光纤链路模块与可编程控制器组件的控制器用光纤链路模块相连接组成光纤网络，通过光纤网络获得可编程控制器组件传递的控制信息。
所述变频器还包括：一个用于连接到外部三相电源的变频器三相电源进线接口和一个连接到电动机的变频器三相电源输出接口。
一种能实现双电动机并联运行的齿轮箱性能试验平台的使用方法，包括以下步骤：
1)用户在计算机里设置两台电动机的运行参数，包括速度给定值、转动方向；
2)用户发出两台电动机运行启动指令；
3)当电动机都达到精确的同步速度后，由用户实现接排，并在计算机上发送接排成功指令到可编程控制器模块；
4)需要停机时，先逐步卸掉电动机负载，然后将主电动机转速给定降到规定的脱排转速以下，当实际转速降到脱排转速以下后，用户给出脱排指令，实现脱排，再将两台变频器的速度给定值设置为零，实现系统停机。
本发明与现有技术比较，有如下的有益效果：
1)本发明采用主从控制技术方案，使得从机转矩始终跟随主机转矩，这种控制技术方案使得从机转矩在任何时候都等于或略小于主机转矩，并且这种跟随是动态跟随，即使是在系统受到扰动时也同样保证跟随，因而能保证两机转矩的动态平衡，而实现系统并联工况下的平滑稳定运行。
2)本发明具体实现中，作为转矩平衡控制关键参数的从机转矩给定是主机转矩通过通讯直接给到从机，其中主控P LC仅仅作为通讯媒介，而不介入到转矩平衡控制与运算，这样使得控制系统实现相对容易，并且对主控PLC的运算性能也没有过高的要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明齿轮箱性能试验平台结构示意图。
图2为控制器模块11中运行程序示意图。
图中：1-电动机；2-变频器；3-可编程控制器组件；4-变频器三相电源进线接口；5-变频器三相电源输出接口；6-变频器控制模块；7-编码器检测模块；8-变频器用光纤链路模块；9-控制器用光纤链路模块；10-I/O端口；11-控制器模块；12-DP接口。
具体实施方式
如图1所示，本发明的齿轮箱性能试验平台，有两台为齿轮箱提供驱动的带测速编码器的电动机1及两台内部具有变频器控制模块6、编码器检测模块7和变频器用光纤链路模块8的变频器2，分别为两台电动机1提供电源；还有一套内部具有一个、也可以为多个接收外部控制信号的I/O端口10、控制器用光纤链路模块9、控制器模块11和DP接口12的可编程控制器组件3；其中控制器用光纤链路模块9连接到控制器模块的一个DP接口12，控制器模块通过控制器用光纤链路模块将内部DP总线转换成外部光纤网络，连接到变频器用光纤链路模块8，向变频器2发送控制信息。电动机1进线为对应的变频器2输出的可调的三相交流电，输出轴通过法兰连接到需要测试的齿轮箱产品的输入轴，驱动齿轮箱。电动机1具有测速编码器，将速度信号输入到变频器2的编码器检测模块7。变频器2进线为工业电网三相交流电源，变频器2内部的变频器用光纤链路模块8，与可编程控制器组件3的控制器用光纤链路模块9相连接组成光纤网络，通过光纤网络获得可编程控制器组件3传递的控制信息。变频器2内部装有编码器检测模块7，接收电动机1测速编码器的速度信号。变频器2还有一个用于连接到外部三相电源获取电能的变频器三相电源进线接口4和一个连接到电动机1的变频器三相电源输出接口5。变频器2内部有变频器控制模块6处理获得的控制信息，如启动、停止、转速是否需要闭环控制、转矩是否需要闭环控制等信号，控制模块还处理获得的用户设定的对应电动机1的速度给定值，控制模块通过计算得出对应电动机1的转矩给定值，控制模块还检测变频器2输出电流值从而通过计算得到对应电动机1当前转矩的实际值，从而能进行转速的闭环控制和转矩的闭环控制，调整输出端电压的幅值和频率，输出端连接到对应的电动机1。
对本发明齿轮箱性能试验平台的工作原理进一步说明如下：可编程控制器组件3通过I/O端口10获得用户的命令信息，由控制器模块11运行自编程序解读用户命令，并将变频器的控制信号通过DP接口12和可编程控制器的控制器用光纤链路模块9发送到变频器用光纤链路模块8。变频器控制模块6通过变频器用光纤链路模块8接收发过来的控制信号，通过检测输出电流实际值计算得到电动机的转矩实际值，同时收到由编码器控制模块7获取的对应电动机的转速实际值，控制模块6根据这些数据调节输出三相电压，控制电动机1旋转。
图2是本发明中的控制器模块11中运行的自编程序的逻辑示意图。下面结合该图来介绍本发明齿轮箱性能试验平台的使用方法，其步骤如下：
1)用户在计算机里设置两台电动机的运行参数，该参数有速度给定值、转动方向；
2)用户发出两台电动机运行启动指令；
此时控制器模块11将电动机的速度给定值和转动方向发送到各自对应的变频器，并通知变频器实现各自对应的电动机的转速与转矩的闭环控制。
3)当电动机都达到精确的同步速度后，由用户实现接排，并在计算机上发送接排成功指令到可编程控制器模块；
可编程控制器模块收到接排成功指令后，将控制方式转换为主从控制，将其中一台电动机设定为主电动机，通知主电动机对应的变频器实现主电动机的转速与转矩的双闭环控制，同时接收由主电动机变频器发出的主电动机转矩实际值；同时将另一台电动机作为从电动机，将主电动机转矩实际值作为从电动机的给定值发到从电动机对应变频器，并通知从电动机对应的变频器实现从电动机的转矩闭环控制。
4)需要停机时，先逐步卸掉电动机负载，然后将主电动机转速给定降到规定的脱排转速以下，当实际转速降到脱排转速以下后，用户给出脱排指令，实现脱排，此后，两套变频器重新回到各自独立的转速、转矩双闭环控制运行状态，再将两台变频器的速度给定值设置为零，实现系统停机。
Claims (5)
1.一种齿轮箱性能试验平台，其特征在于：包括两台为齿轮箱提供驱动的电动机(1)、两台分别为电动机提供电源的变频器(2)、一套控制两台电动机转矩自动平衡的可编程控制器组件(3)；所述的可编程控制器组件(3)包括接收外部控制信号的I/O端口(10)、控制器用光纤链路模块(9)、控制器模块(11)和DP接口(12)，其中控制器用光纤链路模块(9)连接到DP接口(12)，控制器模块(11)通过控制器用光纤链路模块(9)将内部DP总线转换成外部光纤网络，连接到变频器用光纤链路模块(8)，向变频器(2)发送控制信息。
2.如权利要求1所述的齿轮箱性能试验平台，其特征在于：所述的电动机(1)具有测速编码器，以将速度信号输入到变频器(2)的编码器检测模块(7)。
3.如权利要求1所述的齿轮箱性能试验平台，其特征在于：所述的变频器(2)包括变频器控制模块(6)、编码器检测模块(7)和变频器用光纤链路模块(8)；该变频器用光纤链路模块(8)与可编程控制器组件(3)的控制器用光纤链路模块(9)相连接组成光纤网络，通过光纤网络获得可编程控制器组件(3)传递的控制信息。
4.如权利要求1或3所述的齿轮箱性能试验平台，其特征在于：所述变频器(2)还包括：一个用于连接到外部三相电源的变频器三相电源进线接口(4)和一个连接到电动机(1)的变频器三相电源输出接口(5)。
5.一种如权利要求1所述的齿轮箱性能试验平台的使用方法，包括以下步骤：
1)用户在计算机里设置两台电动机的运行参数，包括速度给定值、转动方向；
2)用户发出两台电动机运行启动指令；
3)当电动机都达到精确的同步速度后，由用户实现接排，并在计算机上发送接排成功指令到可编程控制器模块；
4)需要停机时，先逐步卸掉电动机负载，然后将主电动机转速给定降到规定的脱排转速以下，当实际转速降到脱排转速以下后，用户给出脱排指令，实现脱排，再将两台变频器的速度给定值设置为零，实现系统停机。
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|---|---|---|---|---|
| CN101814877A (zh) * | 2010-03-31 | 2010-08-25 | 大连华锐股份有限公司 | 齿轮箱转矩测试系统 |
| CN102410931A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-04-11 | 重庆齿轮箱有限责任公司 | 一种齿轮箱轴向负荷加载试验装置及方法 |
| CN103414405A (zh) * | 2013-08-28 | 2013-11-27 | 中国葛洲坝集团机械船舶有限公司 | 用于桥式启闭机电机力矩均衡的装置及控制方法 |
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2009
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