北京科技大学ASEA运动控制系统测试案例

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内容摘要：

北京科技大学ASEA运动控制系统测试案例
1,测试系统硬件
控制计算机,PLC(Siemens S7-200,S7-300;Omron CH;Mitsubishi Q02H,FX2N-32MT等),变频器或伺服控制器,异步电动机或伺服电动机,扭矩传感器(含扭矩和转速信号输出),惯性轮,扭矩负载(磁粉制动器),测试计算机.
2,测试系统软件
组态软件:Intouch,WinCC,GTDesigner,组态王,昆仑通态,等
PLC编程:Step 7,STEP 7 Micro/WIN,Omron CX-Programmer,MELSOFT ,等
电动机控制器: Siemens 变频器, Mitsubishi FR-A500,MR-E-10A,ABB 变频器,等
3,测试内容
助理工程师:根据设计文档进行文本 /图形界面的组态;PLC编程;变频器参数的设置和调整;系统特性的测定;系统运行.
工程师:根据工艺过程要求进行文本/图形界面的设计与组态;PLC程序的设计与编程;变频器/伺服控制器参数的设置和调整;系统特性的测定;系统运行.
总的原则:控制闭环的算法在PLC程序中实现,组态软件用作监控画面的制作.
4,运动控制的考题
按照《ASEA技能测试中心指导性建设意见》我们完成了运动控制系统测试各单元各模块的测试准备工作,在此基础上根据我们的认识,设计了一些侧重于系统应用的题目,测试形式和要求和指导意见的要求保持一致.由于这些题目需要在我们自己设计的系统上进行,这里只列出题目名称如下:
变频器在风机上的节能应用
变频器在车床主轴上的应用
变频器在高炉上料卷扬机的应用
变频器在电梯上的应用
变频器在塑料机械上的应用
变频器在污水处理设备上的应用
变频器在丝网印刷机的应用
变频器在彩色印刷机的应用
变频器在造纸机上的应用
变频器在包装机组上的应用
变频器在热连轧机组中的应用
变频器在冷连轧机组中的应用
变频器在连铸机上的应用
变频调速在中央空调的应用
伺服控制系统在数控滑台中的应用
伺服控制系统在机器人中的应用
变频器在燃油锅炉上的应用
变频器在小区供暖系统中的应用
旋转门的运动控制
自动门的控制
电梯机组的协调控制
两坐标数控工作台的控制
直角坐标机器人的控制
多电机同步运动协调控制
张力控制
两轴变位机的控制
旋转工作台的控制
5,测试题目试用情况
结合我校工业自动化专业02级毕业设计,安排了19名学生做涉及ASEA技能测试考题内容的毕设课题.目前,正在按照毕设的进度要求顺利进行中,根据每周检查的情况,估计在5月中下旬可以完成这些题目.能够实现考题的要求.毕业生的课题是按照工程师的测试要求进行的.
6,测试规范
助理工程师
(1)选择或抽取题目
(2)根据设计文档笔答设计过程及方法,规定完成时间小于10分钟
(3)文本/图形界面的组态编程;PLC控制程序编程.
(4)操作:系统接线;PLC硬件组态;显示界面和PLC控制程序的下载及试运行;变频器参数的设置和调整;系统特性的测定.规定完成时间小于50分钟.
(5)系统运行及调试.规定完成时间小于60分钟
工程师
(1)选择或抽取题目
(2)根据设计要求笔答设计过程及方法,规定完成时间小于20分钟
(3)文本/图形界面的组态编程;PLC控制程序编程.
(4)操作:系统接线;PLC硬件组态;显示界面和PLC控制程序的下载及试运行;变频器参数的设置和调整;系统特性的测定.规定完成时间小于50分钟.
(5)系统运行及调试.规定完成时间小于50分钟
7,运动控制系统测试设备的理论依据
根据运动系统的动力学特性,可以将任何系统归算到电动机轴上,表示为
(1)
式中:
为了给电动机施加式(1)所表示的负载,测试系统安置了施加负载转矩的磁粉制动器,磁粉制动器的制动力由计算机按照具体系统的运动规律控制.
从式(1)可以看出,负载转矩折算到电动机轴上时,其数值需要除以减速比的平方,如果在测试系统中安置减速装置会大大削弱负载的作用,有可能使系统的控制变为电动机的空载运行控制,而电动机的控制器无论是变频器还是伺服控制器其缺省参数基本是设置在电动机空载运行状态,这样在测试时,可能不需要或很容易进行电动机参数的设置和调整,难于体现被测试者对系统的控制能力.因此我们没有在测试系统中设置减速装置,这样还减少了制造成本.而且使系统的负载特性可以覆盖几乎所有的运动控制应用.这样设计的难度在于,应用系统的动力学模型及制造的加工难度.
为了客观地评价被测试者的控制效果,我们在电动机和负载之间增加了转矩传感器和转速传感器及位置传感器,通过监考计算机测量这些实际物理量评判控制效果.这些传感器也可以供被测试者在控制中使用,实现闭环控制.
8,运动控制测试系统的构成
控制计算机,IPC或PC,组态软件有: Intouch,WinCC,GTDesigner,组态王,昆仑通态;PLC编程:Step 7,STEP 7 Micro/WIN,Omron CX-Programmer,MELSOFT 等
工业控制系统:PLC.
电机控制器:变频器,伺服控制器.
电动机:三相交流异步电动机,永磁同步电动机.
机械对象:可计算机按应用对象特性进行控制的转矩负载.
测量装置:编码器,旋转变压器,转矩传感器.
评测基准:完成任务时间;误差限确定.
考试系统软件:在ASEA全国办公室统一规范指导下编制.
系统如图1所示.
9,运动控制测试系统的特点
结构简单,造价低;可以模拟各种实际的运动控制系统;可以客观的评价被测试者的能力.便于组成多轴系统如数控机床,机器人,生产线等系统.
10,测试题目样例
12层楼房的电梯控制
测试对象:助理工程师
测试内容和完成时间:组态画面,PLC编程,变频器参数设定,系统运行,变频器参数的调试.
内容
时间要求
评价标准
1
组态画面设计,PLC程序框图绘制,需要设置的变频器参数及方法叙述
10分钟
在规定时间内完成
2
编程
3
实际操作,系统配置,软件输入
50分钟
硬件配置无误,组态画面清楚,PLC的I/O检测正确
4
系统运行,调试等
60分钟
PLC控制程序正确,电动机起,加速,稳速,减速,停止运行平稳,实际运动误差小于国标规定
技术要求(暂略):电梯运行轨迹图
PLC外部I/O点表及接线图
组态画面要求反映电梯轿厢运行状态.
系统运行中,测试监控计算机控制负载磁粉制动器并施加电梯轨道产生干扰转矩.检测转矩,转速传感器的信号,通过曲线和运行误差与标准值比较,给出达到要求或否的结论及数值.
两坐标数控工作台的控制
测试对象:工程师
测试内容和完成时间:组态画面,PLC编程,伺服控制器参数设定,系统运行,伺服控制器参数的调试.
内容
时间要求
评价标准
1
组态画面设计,PLC程序框图绘制,需要设置的伺服控制器参数及方法叙述
10分钟
在规定时间内完成
2
编程
3
实际操作,系统配置,软件输入
50分钟
硬件配置无误,组态画面清楚,PLC的I/O检测正确
4
系统运行,调试等
60分钟
PLC控制程序正确,电动机起,加速,稳速,减速,停止运行平稳,两台电动机运行转角的合成轨迹满足轨迹要求
技术要求(暂略):滑台运行轨迹图
PLC外部I/O点表及接线图
组态画面要求反映滑台运行状态.
系统运行中,测试监控计算机控制负载磁粉制动器并施加滑台上受到的干扰转矩.检测转矩,转速传感器的信号,通过曲线和运行误差与标准值比较,给出达到要求或否的结论及数值.
题目的试用情况,目前正在本科毕业生的毕业设计中进行.整个系统正在调试过程中,尚不能提供结果.预测能够达到设计目标.
题库
HMI 1
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HMI 2
HMI n
工业自动化软件系统
工业控制系统
服务器
ASEA技能测试
管理系统
Internet
全国ASEA
办公室
变频器
伺服
控制器
异步
电动机
伺服
电动机
转矩传感器
转速传感器
考试
测控
系统
负载
变频器
异步
电动机
伺服
控制器
伺服
电动机
转矩传感器
转速传感器
转矩传感器
转速传感器
转矩传感器
转速传感器
负载
负载
负载
图1 ASEA运动控制技能测试系统结构图
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