[发明专利]一种高频直缝焊管多电机同步控制方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及冶金行业直缝焊管多电机同步控制技术。属于冶金行业直缝焊钢管生产、机械、计算机与自动控制交叉领域，其产品焊管主要应用于石油开采、运输等领域。从控制模型和算法方面展开详细研究，结合工艺特点和机械特性，对其高频焊管生产线中多电机进行了同步控制系统的设计。大幅度提高控制精度，进而提高了产品的质量和成材率，经济效益明显。

二、背景技术

焊管生产是冶金系统中钢管厂重要的生产环节，其产品的经济效益明显，受到众多冶金企业的重视。实现其生产线的自动化和信息化无疑对产品的质量和生产管理水平的大幅度提高至关重要，从而也能带来巨大的经济效益。

该生产过程主要由四道工序组成，分别为预弯、精弯、定径1、定径2，每道工序均由一直流电机拖动。生产工艺要求四台电机在一定的负载和转速设定值下具有良好的同步性能，即线速度差异尽可能小。实现自动控制的难点在于多个控制点控制电机的高可靠同步工作以及采样周期的合理选择使控制系统达到高效实时的要求。

在高频焊管生产线上由于生产线上各工艺点为刚性联接，故同步率直接影响产品质量。为保证各驱动点上的生产线线速度相等，常规技术是采用单片机控制直流电机+机械变速箱调速。由于在多电机控制系统中，各电机的速度同步精度较低(不同步率在1％左右)，影响同步率的因素主要为：1.各电机的静态工作速度；2.在扰动时，各电机控制系统的速度响应曲线不一致；3.控制系统的可靠性。

同时，不同的焊管品种具有不同的同步要求，对普通焊管，不同步率在1％左右即能满足工艺要求。但对于一些精密焊管，不同步率应达到1‰左右。

另外，在焊管生产现场，除控制系统外，另有一台大功率(3000KVA)的高频焊机。在生产过程中，该焊机与调速机组联动，因而对系统的可靠性和抗干扰能力提出了很高的要求。

上述生产中的实际问题不仅使产品质量不高，还造成电力等能源的巨大浪费，同时给生产带来严重隐患，曾经由于电机不同步造成钢管飞出打伤工人事件。所以，引进新技术改进生产工艺迫在眉睫。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种在直缝焊管生产中采用多电机同步控制的方法。具体实现内容包括：

1)通过使用模拟量+数字量(现场总线)的方法解决了现场总线系统中的指令到达各子系统的时延问题；

第一台电动机的速度给定值可以通过手动电位器或主机通过网络控制系统(USS协议)给定，第一台电动机控制装置可将当前本台电动机的速度实时值经过处理后通过Peer-to-Peer协议传输给下一台电动机作为设定值。在这种模式下，下一台电动机在上一台电动机的转速基础上进行运算获得速度设定值的(采样)时间大大缩短。由于是直接通过串行口通信取得，即采样时间由串口的波特率决定，由于直流电动机控制装置(6R24)之间物理距离可较短，在几米之内。因此可将串口通信波特率提至38400bps。这样传送一个设定值的字长为2个字节，按1位起始位、1位停止位和1位校验位，传送一个设定值的时间为22/38400＝0.573ms。在Peer-to-Peer网采样的末端与第一台的输出之间的延迟仅为2×3×0.573＝3.438ms(毫秒)。这种工作模式能大大提高系统的响应(在模式1时为300ms，在模式2时为3.438ms)，使网络控制系统的性能(采样频率)有了极大的提高(比无设定值网络时提高了90倍)。

过采用现场总线技术，解决多电机控制系统的直流电机不同步率高的问题。现场总线技术主要解决各子系统的之间数据共享的通信问题。但数据传输率影响电机系统响应速度，时延严重时使系统无法正常工作。因此采用现场总线技术时，需解决串行通信的时延问题。在本系统采用下述技术解决：在手动工作状态下，通过4个连轴电位器给定速度指令电压，可基本保证电机同步；在自动工作状态下，在采用4个连轴电位器给定速度指令电压的基础上，增加(减少)指令的补偿值的方法来克服串口通信时延的弱点。系统实时运行时，经测试证明系统中电机速度不同率为1‰以下。

2)建立了多电机同步模型，并应用在多电机同步控制实时系统中取得了较好的效果，电机速度不同率为1‰以下；

同步率的物理含义可描述为欲比较电机的线速度与作为基准的精弯电机线速度之差异。显然，精弯电机的同步率为0，同步率愈小，与精弯电机的线速度差异愈小，同步性能愈好。由于生产线上各工艺点为刚性联接，故同步率直接影响产品质量。。

电机的同步性能由同步率表示，以精弯直流电机为基准，计算公式如下：

同步率＝(欲比较电机线速度-精弯电机线速度)/精弯电机线速度