CN207571563U - 玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于电气控制技术领域，提供了一种玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统，包括：HMI人机交互模块、PLC可编程控制器、变频器、编码器和电机；HMI人机交互模块通过工业通信网络与PLC可编程控制器通信；PLC可编程控制器通过Profibus‑DP通讯总线与变频器一端相连接；变频器的另一端通过驱动电缆与电机相连接；编码器设置在电机的减速机输出轴上或所述电机的转轴上；电机通过减速机与退火窑辊道相连接。上述控制系统通过使用同步电机带编码器变频矢量控制技术来实现对辊道速度的跟踪与修正，通过使用Profibus‑DP通讯线来提高辊道速度的给定精度，进而减小各辊道间的速度差异，提高生产的玻璃产品质量。

Description

玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统

技术领域

本实用新型属于电气控制技术领域，尤其涉及一种玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统。

背景技术

在生产电子玻璃或高档汽车玻璃原片时，为了满足工艺要求，退火窑辊道速度往往设计成多段速度控制的方式，每段速度控制系统由变频同步电机、减速机、退火窑辊道组所组成。

发明人在实现本实用新型的过程中发现，现有的速度控制系统采用的是变频器开环矢量控制方法，速度的调整是通过传统的4-20mA模拟量信号来进行的。然而，上述速度控制系统存在如下的缺陷：虽然使用了同步电机驱动，但在控制上采用的是开环矢量控制，系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响，没有自动修正或补偿的能力；采用4-20mA模拟量信号在大范围调速应用中精度较差；上述缺陷使得各组辊道之间存在速度差，进而导致玻璃与辊道接触面划伤，严重影响产品质量。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统，以解决现有技术中玻璃生产线退火窑各组辊道之间存在速度差，进而导致玻璃与辊道接触面划伤，影响产品质量的问题。

本实用新型实施例提供了一种玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统，包括：HMI人机交互模块、PLC可编程控制器、变频器、编码器和电机；

所述HMI人机交互模块通过工业通信网络与PLC可编程控制器通信；所述PLC可编程控制器通过Profibus-DP通讯总线与变频器的一端相连接；所述变频器的另一端通过驱动电缆与电机相连接；所述编码器设置在电机的减速机输出轴上或所述电机的转轴上；所述电机通过减速机与退火窑辊道相连接。

可选的，所述变频器上设置有与PLC可编程控制器通讯的第一连接卡和与编码器通讯的第二连接卡；

所述变频器通过第二连接卡读取编码器获得的电机实际转动速度，所述变频器通过第一连接卡将电机实际转动速度传输至PLC可编程控制器。

可选的，所述变频器的输入端设有输入电抗器，所述变频器的输出端设有输出电抗器。

可选的，所述编码器为重载型增量式编码器。

可选的，所述电机为永磁同步电机。

可选的，所述HMI人机交互模块为触摸屏或工业计算机，所述触摸屏或工业计算机与PLC可编程控制器通过工业通信网络连接。

本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本实用新型实施例将HMI人机交互模块、PLC可编程控制器、变频器、编码器和电机依次连接，HMI人机交互模块通过工业通信网络与PLC可编程控制器通信；PLC可编程控制器的信号输出端通过Profibus-DP通讯总线与变频器的一端相连接；变频器的另一端通过驱动电缆与电机相连接；编码器设置在电机的减速机输出轴上或所述电机的转轴上；电机通过减速机与退火窑辊道相连接；通过使用同步电机带编码器变频矢量控制技术来实现对辊道速度的跟踪和修正，同时采用Profibus-DP通讯总线来提高辊道速度的控制精度，从而减小各辊道间的速度差异，减小辊道接触面对玻璃的划伤，进而提高生产的玻璃的产品的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参见图1，示出了本实用新型实施例提供的玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统的结构示意图，详述如下：

玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统，包括HMI人机交互模块101、PLC可编程控制器102、变频器103、编码器1041和电机104。

HMI人机交互模块101通过工业通信网络与PLC可编程控制器102通信；PLC可编程控制器102通过Profibus-DP通讯总线与变频器103的一端相连接；变频器103另一端通过驱动电缆与电机104相连接；编码器1041设置在电机104的减速机输出轴上或电机的转轴上；电机104通过减速机与退火窑辊道相连接。

对于现有技术中，虽然也使用了同步电机作为驱动，但是对于同步电机的控制方面采用的还是开环矢量控制。采用开环矢量控制的缺点是：输出端不能回馈到输入端，不能参与到输出端的再控制。这样对于速度控制系统来说就不能根据电机104目前的速度来控制随后的速度输出。因此，针对这个问题，在电机104上设置编码器1041，通过编码器1041将电机104的实际转速送至变频器，为变频器矢量算法提供准确数据，进而控制电机104，调节电机104的转速。

这里将编码器1041设置在电机104的减速输出轴上或者是电机104的转轴上，优选的，尽可能的将编码器1041设置在减速机的输出轴上，从而使得能够消除因减速机与电机连接以及减速机本身存在的机械配合误差，而导致的变频器获得不够精准的速度反馈值。当然，如果不能够设置在电机104的减速输出轴上时，也可以设置在电机的转轴上。

为了解决现有技术中采用的是4-20mA模拟量来控制速度而导致的速度调整的精度较大的问题，本申请中采用Profibus-DP通讯总线来实现高精度的数量通信。具体的，采用传统的4-20mA模拟量的给定方式时，那么变频器的调节精度就是0.1HZ；然而，当采用高精度的数字量通讯时，数字量通讯采用的是15位的A/D转换，那么频率转换工程值范围可达32767，对于0-100HZ的变频器，变频器的调节精度可达0.003HZ；可见，采用Profibus-DP通讯总线能够大幅提高变频器的速度调节精度。

通过在电机上设置编码器1041，使得编码器1041能够对电机104的运行速度进行测量，同时编码器1041将测量的信号传输至变频器103，变频器103是电机104的驱动源，能够接收编码器1041发送的数据，并将数据传输至PLC可编程控制器102，PLC可编程控制器102是高精度数字量处理的核心单元，PLC可编程控制器102能够根据HMI人机交互接口101的指令向变频器103发送或接收数据，从而实现PLC可编程控制器102与变频器103的数据通信。PLC可编程控制器102与HMI人机交互模块101相连，从而为用户提供电机104运行速度的历史趋势，以及对于驱动设备状态进行监视。

在本实用新型中，对PLC可编程控制器102的选择需要满足使用的要求，例如：通讯方式、数据处理能力、扩展模块以及功能要求等。PLC可编程控制器102和变频器103之间需要进行数据通信，数据通信的内容包含：给定频率、反馈频率、给定速度、反馈速度及设备的运行状态，PLC可编程控制器102根据所述数据就能发出相应的指令给变频器103，变频器103根据接收的指令进而控制电机104的运转速度。

需要注意的是，当PLC可编程控制器102和变频器103不是同一品牌时，需要在PLC可编程控制器102的组态软件中安装变频通讯协议GSD文件，从而保证PLC可编程控制器102和变频器103能够顺利完成数据通信。

上述玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统，通过设置HMI人机交互模块、PLC可编程控制器、变频器、编码器和电机，并将HMI人机交互模块与PLC可编程控制器相连，将PLC可编程控制器通过Profibus-DP通讯总线与变频器相连，从而提高变频器的速度控制精度；变频器与电机相连，在电机上设置编码器，通过在电机上设置编码器来获得电机的速度，并将速度反馈给变频器，变频器再与PLC可编程控制器通信，完成HMI人机交互模块与变频器之间的数据通信，采用带编码器的变频矢量控制技术来实现对辊道速度的反馈调节，进行跟踪和修正，进而减小各辊道间的速度差异，提高产品质量。

作为一种具体的实施方式，变频器103上设置有与PLC可编程控制器102通讯的第一连接卡和与编码器1041通讯的第二连接卡。变频器103通过第二连接卡读取编码器1041获得的电机104实际转动速度，所述变频器通过第一连接卡将电机104实际转动速度传输至PLC可编程控制器102。

在本申请中变频器103需要支持同步电机104矢量控制功能，变频器103的作用是接收PLC可编程控制器102的控制指令，并驱动电机104转动，驱动电机104转动的前提是变频器103需要设置必要的参数，例如：同步电机的参数、电机的类型、电机控制类型、编码器的类型和作用以及变频器与PLC可编程控制器之间的通讯参数。可以通过电机名牌上的参数来设置同步电机的参数，电机的类型应设置为同步电机，由于在同步电机上设置编码器，电机控制类型为同步电机闭环控制，编码器的作用一般设置为监视及调节作用。在将上述参数设置好后，变频器就能驱动电机正常运转。

作为一种具体的实施方式，变频器103的输入端设有输入电抗器，变频器103的输出端设有输出电抗器。

在变频器103的输入端通过导线与输入电抗器相连，在变频器103的输出端通过导线与输出电抗器相连。在变频器103的输入端加入电抗器能够起到滤波或谐波抑制的作用。具体的，可以限制回路中电压突变或过电压而引起的电流冲击。在变频器103的输出端加入电抗器相当于增加了变频器到电机的导线距离，可以减小变频器对电机的干扰，同时还可以削弱电磁辐射。

需要注意的是，当变频器103在初次使用或长时间停用后再启动时，需要在空载的状态下启动变频器103对电机104的自学习功能，使得变频器103能够获得最新的电机参数，从而能够对电机104进行变频矢量控制。此处的空载状态指的是，保持变频器103与电机104的电源线的连接，电机保持空载状态。变频器103所学习的内容包括：定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、定子电机空载激磁电流和互感等。通过变频器103对电机104的自学习可以测定电机104的实际参数，以达到对电机104更精准的控制。

作为一种具体的实施方式，编码器1041为重载型增量式编码器。重载型的编码器适用于机械轴重负荷的场合，具有优秀的抗机械损伤性能，并在轴上能承受较高的径向和轴向负荷，使得编码器1041在恶劣的工作环境下，能够提供高精度及稳定的测量信号。增量式编码器是将电机的转动位移转换为周期性的电信号，再将电信号转换为计数脉冲，计数脉冲的个数就能表示位移的大小。

作为一种具体的实施方式，电机104为永磁同步电机。

本实用新型中采用永磁同步电机作为现场的驱动电机，永磁同步电机具有较硬的机械特性，因此具有较强的抗转矩扰动效果。永磁同步电机变频矢量控制可以将其相对于一台他励直流电机，矢量算法中采样得到的电机定子三相电流，将其经过Clarke变换，使得三相静止电流转换为两相静止电流，将两相静止电流经过Park变换，使得两相静止电流转换为两相旋转坐标系下的电流，将旋转坐标系下的两相电流与调节器的参考电流相比较，进而根据控制器调节后变为电压信号，将电压信号进行逆变换后得出的信号来控制SVPWM矢量脉宽调制，经过SVPWM矢量脉宽调制产生驱动信号给同步电机，从而控制电机104的转速。

作为一种具体的实施方式，HMI人机交互模块101为触摸屏或工业计算机，触摸屏或工业计算机与PLC可编程控制器通过工业通信网络连接。

HMI人机交互模块101就是一种工业级计算机，是实现人与机器进行交流的一个窗口，可以完成与PLC可编程控制器102之间的数据通讯，例如：发送数据至PLC可编程控制器102，以及读取PLC可编程控制器102的数据。在HMI人机交互模块101上设置触摸屏，通过触摸屏能够更加方便的观看各组退火窑辊道的历史速度，以及可以对设备的运行状态进行监视。

上述玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统，通过设置HMI人机交互模块、PLC可编程控制器、变频器、编码器和电机，并将HMI人机交互模块与PLC可编程控制器相连，将PLC可编程控制器通过Profibus-DP通讯总线与变频器相连，从而提高变频器的速度控制精度，变频器与电机相连，在电机上设置编码器，通过在电机上设置编码器来获得电机的速度，反馈给变频器，变频器再与PLC可编程控制器通信，完成HMI人机交互模块与变频器之间的数据通信，采用带编码器的变频矢量控制技术来实现对辊道速度的反馈调节，进行跟踪和修正，进而减小各辊道间的速度差异，提高产品质量。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述实施例中模块的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

在本实用新型所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统，其特征在于，包括：HMI人机交互模块、PLC可编程控制器、变频器、编码器和电机；

所述HMI人机交互模块通过工业通信网络与PLC可编程控制器通信；所述PLC可编程控制器通过Profibus-DP通讯总线与变频器的一端相连接；所述变频器的另一端通过驱动电缆与电机相连接；所述编码器设置在电机的减速机输出轴上或所述电机的转轴上；所述电机通过减速机与退火窑辊道相连接。

2.如权利要求1所述的玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统，其特征在于，所述变频器上设置有与PLC可编程控制器通讯的第一连接卡和与编码器通讯的第二连接卡；

所述变频器通过第二连接卡读取编码器获得的电机实际转动速度，所述变频器通过第一连接卡将电机实际转动速度传输至PLC可编程控制器。

3.如权利要求2所述的玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统，其特征在于，所述变频器的输入端设有输入电抗器，所述变频器的输出端设有输出电抗器。

4.如权利要求1所述的玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统，其特征在于，所述编码器为重载型增量式编码器。

5.如权利要求1所述的玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统，其特征在于，所述电机为永磁同步电机。

6.如权利要求1-5任一项所述的玻璃生产线退火窑辊道速度控制系统，其特征在于，所述HMI人机交互模块为触摸屏或工业计算机，所述触摸屏或工业计算机与PLC可编程控制器通过工业通信网络连接。