1 變頻主從控制概述

在變頻器的實(shí)際使用過程中,，經(jīng)常由于工藝的要求或者變頻器容量的限制，會采用一個傳動設(shè)備是由兩個或多個電機(jī)驅(qū)動共同配合工作的方案,，這種情況下,，各驅(qū)動電機(jī)之間需要保證相同的運(yùn)行速度，以及轉(zhuǎn)矩的平均分配,，為此,，我們需要在驅(qū)動電機(jī)的變頻器上實(shí)現(xiàn)需要的速度及轉(zhuǎn)矩分配控制要求，變頻器的這種應(yīng)用我們稱之為主從控制應(yīng)用,。

針對主從控制應(yīng)用的方案,，我們通常在變頻器上采用如下兩種控制方法來實(shí)現(xiàn)：

·        直接轉(zhuǎn)矩分配

·        速度偏差與轉(zhuǎn)矩限幅

1．1直接轉(zhuǎn)矩分配

    直接轉(zhuǎn)矩分配方案主要應(yīng)用于電機(jī)之間是硬連接方式，如齒輪,、同軸等,，電機(jī)之間通過連接器保持相同的轉(zhuǎn)速，如下圖：

圖1

    在配置直接轉(zhuǎn)矩控制方式時,，需要將主機(jī)設(shè)定在速度模式工作,，從機(jī)設(shè)定在轉(zhuǎn)矩模式工作，將主機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)定值作為從機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值,，這樣保證系統(tǒng)運(yùn)行時,，從機(jī)轉(zhuǎn)矩始終與主機(jī)一致,，同時因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)的原因,，從機(jī)速度始終與主機(jī)相同，這樣就完成了轉(zhuǎn)矩的分配,。

        該方式的特點(diǎn)是,，從機(jī)轉(zhuǎn)矩始終跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)按照主機(jī)的速度環(huán)運(yùn)行,，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)比較快,。

1．2速度偏差與轉(zhuǎn)矩限幅

        速度偏差與轉(zhuǎn)矩限幅的方案主要應(yīng)用于電機(jī)之間軟連接方式，如皮帶,、繩索等,，由于是柔性材料產(chǎn)生的耦合關(guān)系，電機(jī)之間需要有相同的運(yùn)行速度,，同時保證電機(jī)力矩的均勻分配,，還要有防止連接斷裂時的保護(hù),。

圖2

在速度偏差與轉(zhuǎn)矩限幅方式時，主機(jī)從機(jī)都工作在速度模式,，主從機(jī)的速度設(shè)定值相同,，然后從機(jī)在此基礎(chǔ)上附加+/- 5%-10%左右的速度偏差（與運(yùn)行方向有關(guān)，附加速度大小由實(shí)際情況決定）,，將主機(jī)的轉(zhuǎn)矩值連接到從機(jī)的轉(zhuǎn)矩限幅上,。在啟動后，由于速度偏差的存在,，連接的材料迅速拉緊,，從機(jī)的速度環(huán)飽和，輸出的轉(zhuǎn)矩受轉(zhuǎn)矩限輻限制,，從而保證從機(jī)的轉(zhuǎn)矩跟隨主機(jī)的轉(zhuǎn)矩,；從機(jī)速度受到連接的牽引，與主機(jī)速度相同,。當(dāng)發(fā)生斷帶時,，主從電機(jī)工作在各自的速度環(huán)模式下，不會發(fā)生飛車現(xiàn)象,。

該模式的特點(diǎn)是,，啟動瞬間主機(jī)從機(jī)的速度環(huán)都起作用，張力的建立比較平緩,，避免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩,。既保證了速度及轉(zhuǎn)矩的分配，也對系統(tǒng)進(jìn)行了保護(hù),。

2  S120系統(tǒng)的主從控制方案的配置

    實(shí)際使用過程中,，根據(jù)使用的設(shè)備類型不同，常見的有幾種不同的硬件配置方案,。

2.1 CU310主從配置

       使用CU310作為控制單元,，主從數(shù)據(jù)交換可以通過如下兩種方法：

·         PROFIBUS DP的SLAVE TO SLAVE通訊；

·        通過TM31端子模塊DI/DO和AI/AO,；

a.   PROFIBUS DP連接到PLC上（見圖3）,，此時可以借助PROFIBUS DP的SLAVE

TO SLAVE通訊，實(shí)現(xiàn)兩個S120設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換,，具體操作說明請參考下面鏈接：

       http://www.ad./download/docMessage.aspx?id=4390

圖3

b.  通過TM31端子模塊互相連接（圖4）,，使用DI/DO和AI/AO完成數(shù)據(jù)交換。模擬量信號最好使用電流信號,，采用雙絞屏蔽電纜,，抗干擾性比較強(qiáng)。

圖4

2.2 CU320主從配置

        使用CU320作為控制單元，主從數(shù)據(jù)交換可以通過如下幾種方法：

·         PROFIBUS DP的SLAVE TO SLAVE通訊,；

·        通過TM31端子模塊DI/DO和AI/AO,；

·         Sinamics Link通訊；

·         TB30端子擴(kuò)展板的DI/DO和AI/AO,；

·         CU320的多軸直接連接,；

a.  PROFIBUS DP連接到PLC上（見圖5），此時可以借助PROFIBUS DP的SLAVETO SLAVE通訊,，實(shí)現(xiàn)兩個S120設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換,，具體操作說明請參考下面鏈接：

http://www.ad./download/docMessage.aspx?id=4390

圖5

b.  通過TM31端子模塊互相連接（圖6），使用DI/DO和AI/AO完成數(shù)據(jù)交換,。模擬量信號最好使用電流信號,，采用雙絞屏蔽電纜，盡量減少被干擾的可能性,。

圖6

c.  通過在CU320擴(kuò)展插槽增加CBE20通訊板,，使用裝置間主從通訊Sinamics Link網(wǎng)絡(luò)（圖7），具體配置方法見下面鏈接：

     http://www.ad./download/docMessage.aspx?id=5830

圖7

d.  通過在CU320擴(kuò)展插槽增加TB30端子板,，使用I/O端子來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換（圖8）,，但是TB30模擬量信號只支持電壓型信號，需要注意可能發(fā)生的干擾問題,。

圖8

e.  在一個CU320單元連接多個驅(qū)動軸的情況下,，直接利用軸間變量的互連（圖9），來實(shí)現(xiàn)主從控制的數(shù)據(jù)交換,，該種方式下,，當(dāng)CU出現(xiàn)故障，兩臺設(shè)備都將無法運(yùn)行,。

圖9

3  S120系統(tǒng)的主從控制方案的配置

3.1 基本調(diào)試

    在進(jìn)行主從控制配置時,，首先需要完成基本驅(qū)動單元的調(diào)試，具體步驟參見調(diào)試手冊：

http://www.ad./download/SearchResult.aspx?searchText=a0439

圖10 建立項(xiàng)目

3.2 配置主從通訊方式

   根據(jù)實(shí)際使用的主從通訊方式,，定義傳輸?shù)臄?shù)據(jù),，下表以網(wǎng)絡(luò)通訊為例的主從通訊數(shù)據(jù)表（僅作參考，實(shí)際設(shè)定根據(jù)需要定義）：

3.3 配置主從工作模式

     完成基本調(diào)試后,，確定電機(jī)的優(yōu)化,、運(yùn)行都正常后,，根據(jù)配置的主從方案,，來進(jìn)行主從工作模式的設(shè)置。

3.3.1 配置直接轉(zhuǎn)矩分配方式

      在直接轉(zhuǎn)矩工作模式時,，主機(jī)工作在速度模式,，從機(jī)工作在轉(zhuǎn)矩模式，而從機(jī)設(shè)定為轉(zhuǎn)矩控制方式共有兩種不同的方法：

a.     通過參數(shù)直接選擇轉(zhuǎn)矩工作模式

選擇從機(jī)轉(zhuǎn)矩工作模式P1300=22 or 23（圖11）,

圖11 電機(jī)工作模式設(shè)定

        然后在轉(zhuǎn)矩的給定值P1503處（）選則主機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)定值r079（實(shí)際值r080也可以，但是設(shè)定值相對波動?。▓D12）,。

圖12

       將從機(jī)的控制字命令源連接到主機(jī)的控制字，用來得到相同的啟動邏輯,，保證主從設(shè)備的同時啟動,、停止，并實(shí)現(xiàn)故障保護(hù),。（圖13 ）

圖13

b.    通過參數(shù)切換,，旁路速度調(diào)節(jié)器的輸出到轉(zhuǎn)矩直接設(shè)定

選擇從機(jī)轉(zhuǎn)矩工作在速度模式，P1300=20 or 21,，然后設(shè)定P1501切換速度模式到轉(zhuǎn)矩模式,，P1503轉(zhuǎn)矩設(shè)定源鏈接主機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)定r079（圖14）,

圖14

3.3.2 速度偏差與轉(zhuǎn)矩限幅方式

      在速度偏差與轉(zhuǎn)矩限幅時，主機(jī)從機(jī)都工作在速度模式,，P1300=20or 21,，從機(jī)的設(shè)定速度在主機(jī)設(shè)定速度的基礎(chǔ)上附加一個偏差速度?V（通常10%，僅作參考）,，超前或滯后的關(guān)系由實(shí)際的電機(jī)位置決定見下圖：

圖15

A方案工作時：從機(jī)的速度設(shè)定值滯后主機(jī)速度設(shè)定值,，Nset從= Nset主-?V；

B方案工作時：從機(jī)的速度設(shè)定值超前主機(jī)速度設(shè)定值,，Nset從= Nset主+?V,；

C方案工作時：從機(jī)的速度設(shè)定值超前主機(jī)速度設(shè)定值，Nset從= Nset主+?V,；

D方案工作時：從機(jī)的速度設(shè)定值滯后主機(jī)速度設(shè)定值,，Nset從= Nset主-?V；

然后設(shè)定轉(zhuǎn)矩限幅的源P1522連接到主機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)定值r079（如圖16）

圖16

       當(dāng)啟動后,，由于速度偏差的存在,，從機(jī)與主機(jī)間的材料迅速拉緊，從機(jī)的速度環(huán)快速進(jìn)入飽和狀態(tài),，輸出轉(zhuǎn)矩由轉(zhuǎn)矩限幅決定,，從而實(shí)現(xiàn)了主從負(fù)荷分配。

同時對于可能斷帶的材料,，該方式起到很好的保護(hù)作用,。當(dāng)材料斷開，從機(jī)從速度環(huán)快速退飽和,，轉(zhuǎn)入速度閉環(huán),，不會導(dǎo)致飛車。