PMAC可编程多轴控制器简介

1、PMAC可编程多轴控制器简介PMAC是可编程多轴控制器（Programmable色 越Multi-Axis Controller）的简称，是美国Delta Tau公司生产的功能强大的运动控制器，PMAC是目前世界上 功能最强的运动控制器之一，是当前开放式数控系统控制器的突出代表。图3.3为PMAC的硬件原理和接 口图 22。PMAC是一台具有独立内存、独立运算操作能力的计算机Q,它采用Motorola的DSP56001作为CPU，它 可以通过存储在自己内部的程序进行单独的操作；它还是一台实时的、多任务的计算机，能自动对任务进 行优先等级判别，先执行优先级高的任务。PMAC既可以独立工作亦可按主机的命令进行工作，它和主机 的通讯可以通过串行口也可以通过总线进行，通过总线通讯时，还可以将中断信号引入主机，从而实现非 常灵活有效的控制系统。PMAC最多可以控制8个轴同时运动，在对伺服数据的处理能力、轴特性及输入 信号带宽方面，PMAC控制器由于采用专门的模块化结构，编码输入的串行处理速度是大多数控制器的10 到 15 倍， SUBAT（Servo Update/Block/Algorithm

2、 Term 伺服更新率/块执行速率/伺服算法的项数）是非 DSP 控制器的几十倍；它还可从高分辨率编码器件接收低插补位的5位并行数据；可得到320MHz的有效输入带 宽；其DAC输出分辨率高达16/18位；PMAC在实际的运动之前，先进行预运算，将不同的运动轨迹按某种 模式（如：PMAC具有内置PLC，可以在后台同时运行32个异步PLC程序，同时PMAC提供了非专用的数字输 入/输出口，利用这些I/O 口可以完成机床的逻辑控制，控制面板的操作、位置反馈、手轮及主轴的操作等。-工控机-键盘鼠标软驱光驱吕显力器主控制处理器PIII800CPU(:_:)通讯口ISA总线3DPRAMPMAC可编程多轴控制器运动控制功能PLC功能光电编码器反馈通道D/A输出通道1-O驱动 器1驱动 器2t交流交流伺服伺服电机电机12驱动 器6交流伺服电机6控制面板变频器在印染设备多电机同步调速中的应用发表于 2007-7-1 18:56:58变频器在印染设备多电机同步调速中的应用摘要 : 本文概述了变频器在印染设备多电机同步调速中的应用，从通用变频器到伺服变频器，包括有松紧架和无松紧架以及卷绕驱动。关 键 词

3、: 多电机同步调速 松紧架 变频器Abstract: This paper summarizes the applications of inverter in the multi-moto r synchronous drives on the dyeing and printing equipments; including with danc ers and without dancers and winding drives.Keywords: Multi-motor synchronous drivesDancersInverter1 引言我国是世界上最大的纺织品服装生产国。2000 年我国的纺织纤维加工总量达到了1210 万吨，纺纱、织造和服装的产量均位居世界第一位。2003 年，纺织品服装出口创汇超过80 0 亿美元，约占我国总出口创汇的 20%。2003 年我国的纺织机械进口和国内生产双双超过 4 0 亿美元。但是，受我国印染技术水平的制约，目前所生产的面料尚不能满足出口服装的要 求，致使每年面料进口都在50 亿美元左右。因此提高印染行业的技术水平，仍有巨大的发 展空间

4、。传统的纺织印染工业是劳动密集型产业，装备的自动化程度不高。所用传动大多数为不 调速，需要调速的场合多数使用直流电机，如整经机、浆纱机和众多的印染设备。交流调速 用的不多，主要有力矩电机交流调压调速、滑差电机调速、晶闸管串级调速、晶闸管交-直- 交变频调速等。印染设备借助力矩电机的软机械特性，保证整个机台线速度一致下有一个适 中的布张力; 纺织厂的前纺则利用力矩电机调压调速实现棉卷的自调匀整; 晶闸管控制的 电磁调速电动机（又称滑差电机和电磁转差离合器）用于梳棉机调速;晶闸管串级调速主要用 在纺织厂的通风机上，达到节能的目的;晶闸管交-直-交变频调速，用在化纤工业的长丝纺 丝机上。2 变频器在纺织工业的应用概况 纺织工业是交流电机变频调速技术较早推广应用的一个领域。早在70 年代化纤长丝纺 丝机已经广泛采用晶闸管静止变频装置驱动众多的同步电机，以解决高速和多电机同步问 题。进入80 年代以后，由于交流调速技术的成熟和新型高性能变频器的问世，纺织工业采 用交流电机变频调速技术全面展开。这是因为纺织、印染、化纤设备多为单方向、不可逆运 行的恒转矩负载，单台功率在几十kW以下，特别适合当时技

5、术水平下的通用型交流变频调 速装置的推广应用。我国的纺织工业装备经过十多年的引进技术、消化吸收、合资办厂和自 主开发，取得了长足进展，设备的机电一体化水平、自动化水平有了较大提高。不仅设备制 造企业，而且更多的纺织企业认识到机电一体化纺织机械的优越性。八五期间主要在印染设 备上推广应用变频调速技术和PLC技术，九五期间推广应用到整个纺织工业。现在可以说变 频调速技术已经在纺织工业得到了普及。各类纺织机械其主传动几乎毫无例外的应用了交流电机变频调速技术，包括单机变频调 速系统和多单元机同步变频调速系统。从变频器的种类讲，包括从通用型变频器到高性能交 流伺服控制器等应有尽有。（1）通用 V/F 控制变频器异步电机调速。90 年代初开始在我国的印染工业推广应用，典型 的例子是印染前处理设备如退煮漂联合机、布夹丝光机、直辊丝光机、皂洗机等;后整理设 备如热风拉幅机、热定型机等; 平网印花机的刮印单元等，由直流传动改造为交流传动，用 交流变频技术实现多电机同步调速。其特点是使用大功率双极性晶体管逆变技术、速度开环、 控制简单、可靠性高、使用简便;静态调速精度要求较低，一般为2%5%;调速范围不

6、大，一般为（1020）:1;功率不高，在几十kW以下；启动转矩不大，取代直流电机时一般 功率要放大一级。(2) 风机、泵类专用变频器异步电机变频调速。与通用 V/F 控制变频器同步在我国的纺织工 业中推广应用，典型的应用例子是纺织厂的空调通风与印染厂的热风机。其特点为价格低、 节能显著、调速范围小。(3) 无速度传感器异步电机矢量控制变频调速。90年代后期开始取代普通的V/F控制变频 器，成为变频器的主流在纺织工业中推广应用。其特点是使用IGBT作为逆变主开关元件、 控制简单、可靠性高、使用较简便;可达到的调速精度较高，静态调速精度可达(0.51)%; 调速范围可达(2050):1;动态性能较好，启动转矩较大;如果使用变频专用电机，取代直流 电机时，功率不必放大一级。(4) 带速度反馈的异步电机矢量控制变频调速。其特点是控制电路较复杂、价格也较高，然 而其调速性能好，主要特点有:可以从零转速起进行速度控制，调速范围可达100:1以上；可对转矩进行精确控制；动态响应速度快主要用于对调速性能要求高的各种纺织机械，如 POY 和 FDY 直接纺丝设备，粘胶短纤纺 丝生产设备以及高档定型机、予

7、缩机、磨毛机、圆网印花机、平网印花机、大卷装卷轧染机 等。(5) 交流伺服控制用变频器。带有光电编码器(Encode)或者旋转变压器(Resolvor),驱动异 步电机或者交流永磁同步电机用作高精度的速度或者位置控制。其特点是动态性能好，但价 格高。借助交流伺服，在平网印花机和圆网印花机的传动中提高对花精度;在浆纱机的分部 传动中提高张力的均匀性。3 印染设备交流变频多电机同步调速在印染设备中， 为了对织物进行连续加工， 通常把众多的加工单元组合成联合机，各加 工单元分别由一台电动机驱动。工艺要求加工中保持各单元之间张力恒定或者线速度成适当 关系。这就要求各单元电动机之间有一种调节机制，使得各单元之间速度发生不协调时， 能 及时调节自身的速度，自动保持与相邻单元一致，这种调速方式称为多电机同步调速。印染 设备采用多电机同步调速方式者非常之多。印染设备多为恒转矩负载，生产工艺要求调速，但对速度的精度要求不高。传统的印染 设备采用直流电机驱动，单元之间采用摆式或者辊式松紧架检测张力，通过差动变压器、旋 转变压器、自整角机、电位器或者可变电阻将松紧架的位置信号转变为调节用的电信号，借 助电子

8、装置调节电机速度。图1示出一个三单元(电机)同步调速简图，采用的是三辊式松紧 架。由于直流电机多故障、短寿命、价格高、低速同步性能差，从90年代初开始了用交流变频 传动取代直流传动的技术改造。鉴于对动态性能、稳态速度精度要求不高，使用通用V/F 控制变频器就能胜任，改造的技术难度不高。变频器需要有两个输入端:一个主频率给定用 于调速;一个辅助频率给定用于调同步。主频率给定来自于系统速度给定;辅助频率给定来自 本单元松紧架信号(主令例外)，两个频率给定在变频器内部相加。早期的变频器只有一个频 率给定，改造时需要制作一块同步板，以完成同步必须的加法功能。经过十几年的发展，印 染设备交流变频多电机同步调速技术有了长足进步，主要表现在:(1) 最新的变频器装备有RS-485接口或者现场总线接口，因而主频率给定可以通过串行通 讯，用广播的方式传送到所有的变频器，减少了现场的接线。另外数字频率给定取代模拟量 频率给定, 避免了模拟量易受干扰的缺点。(2) 无速度传感器矢量控制变频器成了通用变频器的主流。其特点是:动态性能好、低速转 矩大，转矩可以控制与观测。从而有了两种工作模式:速度工作模式和转矩

9、工作模式，速度 模式的给定是速度，转矩模式的给定是转矩。在卷绕驱动中使用转矩模式有很大的优越性， 只需修改转矩给定，可以不检测半径保持恒张力或者变张力卷绕。(3) 现场总线的使用使得对变频器的监控变得更方便、更全面。通过现场总线可以把变频器 运行的状况，如电流、电压、速度、转矩、报警、故障等信息全面汇报给中央控制器(PLC/ IPC),并显示在人机界面上。现场总线的使用使变频器成了控制系统计算机网络中的一个节 点，这是变频器信息化的基础。(4) 借助于矢量控制变频器的速度工作模式与转矩工作模式，有可能不用松紧架、不用张力 传感器、也不用速度传感器，实现两台异步电机的三无同步调速。在电机台数比较多时, 它 的直接好处是减少系统的松紧架的数量。(5) 松紧架位置传感器的进步。利用重力、高频电磁感应、磁敏电阻等原理研制成功无接触 松紧架位置传感器，提高了松紧架位置检测的可靠性。结合控制方法的改进(对松紧架进行 位置控制)，作到了松紧架的姿态控制，使稳态时松紧架总是处于中间位置。(6) 变频器的参数由最初的几十个发展到今天的上千个，变频器的功能越来越完善，几乎无 所不能。原来变频器使用中需要增加的硬件都已经包括在变频器内部了，开发者的工作只是 简单的对变频器进行设定。(7) 有速度传感器或者位置传感器的矢量控制技术(交流伺服控制)在多电机同步调速中得 到使用，如圆网印花机、平网印花机、浆纱机、湿法毡生产线等，其目的或者是为了改善对 花精度，或者是为了改善张力的动态均匀性，或者是为了恒张力或变张力卷绕等。4 印染设备无松紧架无张力传感器无速度传感器多电机同步调速 近十几年来，国内外采用交流变频异步电机驱动取代直流电机驱动，技术水平有了很大提高。 但是，同步检测调节环节仍然沿用了原有的松紧架结构(或者张力传感器或者速度传感器)。 这个环节成了新设备的薄弱部分，故障多、维护工作量大

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