西門子6SL3320-1TE36-1AA3 S120電機模塊800kW
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如何實現(xiàn)S120 主從控制方案
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1 主從控制方案概述
在變頻器的實際使用過程中，經常由于工藝的要求或者變頻器容量的限制，會采用一個傳動設備是由兩個或多個電機驅動共同配合工作的方案，這種情況下，各驅動電機之間需要保證相同的運行速度，以及轉矩的平均分配，為此，我們需要在驅動電機的變頻器上實現(xiàn)需要的速度及轉矩分配控制要求，變頻器的這種應用我們稱之為主從控制應用。
針對主從控制應用的方案，我們通常在變頻器上采用如下兩種控制方法來實現(xiàn)：
· 直接轉矩分配
· 速度偏差與轉矩限幅
1．1直接轉矩分配
直接轉矩分配方案主要應用于電機之間是硬連接方式，如齒輪、同軸等，電機之間通過連接器保持相同的轉速，如下圖：
圖1
在配置直接轉矩控制方式時，需要將主機設定在速度模式工作，從機設定在轉矩模式工作，將主機的轉矩設定值作為從機的轉矩給定值，這樣保證系統(tǒng)運行時，從機轉矩始終與主機一致，同時因為機械結構的原因，從機速度始終與主機相同，這樣就完成了轉矩的分配。
該方式的特點是，從機轉矩始終跟隨主機轉矩，系統(tǒng)按照主機的速度環(huán)運行，轉矩響應比較快。
1．2速度偏差與轉矩限幅
速度偏差與轉矩限幅的方案主要應用于電機之間軟連接方式，如皮帶、繩索等，由于是柔性材料產生的耦合關系，電機之間需要有相同的運行速度，同時保證電機力矩的均勻分配，還要有防止連接斷裂時的保護。
圖2
在速度偏差與轉矩限幅方式時，主機從機都工作在速度模式，主從機的速度設定值相同，然后從機在此基礎上附加+/- 5%-10%左右的速度偏差（與運行方向有關，附加速度大小由實際情況決定），將主機的轉矩值連接到從機的轉矩限幅上。在啟動后，由于速度偏差的存在，連接的材料迅速拉緊，從機的速度環(huán)飽和，輸出的轉矩受轉矩限輻限制，從而保證從機的轉矩跟隨主機的轉矩；從機速度受到連接的牽引，與主機速度相同。當發(fā)生斷帶時，主從電機工作在各自的速度環(huán)模式下，不會發(fā)生飛車現(xiàn)象。
該模式的特點是，啟動瞬間主機從機的速度環(huán)都起作用，張力的建立比較平緩，避免系統(tǒng)產生振蕩。既保證了速度及轉矩的分配，也對系統(tǒng)進行了保護。
2 S120系統(tǒng)的主從控制方案的配置
實際使用過程中，根據(jù)使用的設備類型不同，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，實現(xiàn)兩個S120設備之間的數(shù)據(jù)交換，具體操作說明請參考下面鏈接：
http://www.ad.siemens.com.cn/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。
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，實現(xiàn)兩個S120設備之間的數(shù)據(jù)交換，具體操作說明請參考下面鏈接：
http://www.ad.siemens.com.cn/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擴展插槽增加CBE20通訊板，使用裝置間主從通訊Sinamics Link網(wǎng)絡（圖7），具體配置方法見下面鏈接：
http://www.ad.siemens.com.cn/download/docMessage.aspx?id=5830
圖7
d. 通過在CU320擴展插槽增加TB30端子板，使用I/O端子來實現(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單元連接多個驅動軸的情況下，直接利用軸間變量的互連（圖9），來實現(xiàn)主從控制的數(shù)據(jù)交換，該種方式下，當CU出現(xiàn)故障，兩臺設備都將無法運行。
圖9
3 S120系統(tǒng)的主從控制方案的配置
3.1 基本調試
在進行主從控制配置時，首先需要完成基本驅動單元的調試，具體步驟參見調試手冊：
http://www.ad.siemens.com.cn/download/SearchResult.aspx?searchText=a0439
圖10 建立項目
3.2 配置主從通訊方式
根據(jù)實際使用的主從通訊方式，定義傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，下表以網(wǎng)絡通訊為例的主從通訊數(shù)據(jù)表（僅作參考，實際設定根據(jù)需要定義）：
主機發(fā)送
主機接收
從機發(fā)送
從機接收
控制字
從機狀態(tài)字
狀態(tài)字
主機控制字
狀態(tài)字
自定義
自定義
主機狀態(tài)字
轉矩設定值
主機轉矩設定值
速度設定值
主機速度設定值
自定義
自定義
3.3 配置主從工作模式
完成基本調試后，確定電機的優(yōu)化、運行都正常后，根據(jù)配置的主從方案，來進行主從工作模式的設置。
3.3.1 配置直接轉矩分配方式
在直接轉矩工作模式時，主機工作在速度模式，從機工作在轉矩模式，而從機設定為轉矩控制方式共有兩種不同的方法：
a. 通過參數(shù)直接選擇轉矩工作模式
選擇從機轉矩工作模式P1300=22 or 23（圖11）,
圖11 電機工作模式設定
然后在轉矩的給定值P1503處（）選則主機的轉矩設定值r079（實際值r080也可以，但是設定值相對波動?。▓D12）。
圖12
將從機的控制字命令源連接到主機的控制字，用來得到相同的啟動邏輯，保證主從設備的同時啟動、停止，并實現(xiàn)故障保護。（圖13 ）
圖13
b. 通過參數(shù)切換，旁路速度調節(jié)器的輸出到轉矩直接設定
選擇從機轉矩工作在速度模式，P1300=20 or 21，然后設定P1501切換速度模式到轉矩模式，P1503轉矩設定源鏈接主機的轉矩設定r079（圖15）,
圖15
3.3.2 速度偏差與轉矩限幅方式
在速度偏差與轉矩限幅時，主機從機都工作在速度模式，P1300=20or 21，從機的設定速度在主機設定速度的基礎上附加一個偏差速度?V（通常10%，僅作參考），超前或滯后的關系由實際的電機位置決定見下圖：
圖16
A方案工作時：從機的速度設定值滯后主機速度設定值，Nset從= Nset主-?V；
B方案工作時：從機的速度設定值超前主機速度設定值，Nset從= Nset主+?V；
C方案工作時：從機的速度設定值超前主機速度設定值，Nset從= Nset主+?V；
D方案工作時：從機的速度設定值滯后主機速度設定值，Nset從= Nset主-?V；
然后設定轉矩限幅的源P1522連接到主機的轉矩設定值r079（如圖17）
圖17
當啟動后，由于速度偏差的存在，從機與主機間的材料迅速拉緊，從機的速度環(huán)快速進入飽和狀態(tài)，輸出轉矩由轉矩限幅決定，從而實現(xiàn)了主從負荷分配。
同時對于可能斷帶的材料，該方式起到很好的保護作用。當材料斷開，從機從速度環(huán)快速退飽和，轉入速度閉環(huán)，不會導致飛車。
