西門(mén)子6SL3320-1TE36-1AA3 S120電機(jī)模塊800kW
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如何實(shí)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(shí)際使用過(guò)程中，經(jīng)常由于工藝的要求或者變頻器容量的限制，會(huì)采用一個(gè)傳動(dòng)設(shè)備是由兩個(gè)或多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)共同配合工作的方案，這種情況下，各驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(chēng)之為主從控制應(yīng)用。
針對(duì)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(lái)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(guò)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(shí)，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(shí)，從機(jī)轉(zhuǎn)矩始終與主機(jī)一致，同時(shí)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(shí)保證電機(jī)力矩的均勻分配，還要有防止連接斷裂時(shí)的保護(hù)。
圖2
在速度偏差與轉(zhuǎn)矩限幅方式時(shí)，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(dòng)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(shí)，主從電機(jī)工作在各自的速度環(huán)模式下，不會(huì)發(fā)生飛車(chē)現(xiàn)象。
該模式的特點(diǎn)是，啟動(dòng)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(duì)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(guò)程中，根據(jù)使用的設(shè)備類(lèi)型不同，常見(jiàn)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(guò)如下兩種方法：
· PROFIBUS DP的SLAVE TO SLAVE通訊；
· 通過(guò)TM31端子模塊DI/DO和AI/AO；
a. PROFIBUS DP連接到PLC上（見(jiàn)圖3），此時(shí)可以借助PROFIBUS DP的SLAVE
TO SLAVE通訊，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)S120設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，具體操作說(shuō)明請(qǐng)參考下面鏈接：
http://www.ad.siemens.com.cn/download/docMessage.aspx?id=4390
圖3
b. 通過(guò)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(hào)最--好使用電流信號(hào)，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(guò)如下幾種方法：
· PROFIBUS DP的SLAVE TO SLAVE通訊；
· 通過(guò)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(jiàn)圖5），此時(shí)可以借助PROFIBUS DP的SLAVETO SLAVE通訊，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)S120設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，具體操作說(shuō)明請(qǐng)參考下面鏈接：
http://www.ad.siemens.com.cn/download/docMessage.aspx?id=4390
圖5
b. 通過(guò)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(hào)最-好使用電流信號(hào)，采用雙絞屏蔽電纜，盡量減少被干擾的可能性。
圖6
c. 通過(guò)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(jiàn)下面鏈接：
http://www.ad.siemens.com.cn/download/docMessage.aspx?id=5830
圖7
d. 通過(guò)在CU320擴(kuò)展插槽增加TB30端子板，使用I/O端子來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換（圖8），但是TB30模擬量信號(hào)只支持電壓型信號(hào)，需要注意可能發(fā)生的干擾問(wèn)題。
圖8
e. 在一個(gè)CU320單元連接多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的情況下，直接利用軸間變量的互連（圖9），來(lái)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(tái)設(shè)備都將無(wú)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(shí)，首先需要完成基本驅(qū)動(dòng)單元的調(diào)試，具體步驟參見(jiàn)調(diào)試手冊(cè)：
http://www.ad.siemens.com.cn/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）：
主機(jī)發(fā)送
主機(jī)接收
從機(jī)發(fā)送
從機(jī)接收
控制字
從機(jī)狀態(tài)字
狀態(tài)字
主機(jī)控制字
狀態(tài)字
自定義
自定義
主機(jī)狀態(tài)字
轉(zhuǎn)矩設(shè)定值
主機(jī)轉(zhuǎn)矩設(shè)定值
速度設(shè)定值
主機(jī)速度設(shè)定值
自定義
自定義
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(lái)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(shí)，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(guò)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(duì)波動(dòng)?。▓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(lái)得到相同的啟動(dòng)邏輯，保證主從設(shè)備的同時(shí)啟動(dòng)、停止，并實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。（圖13 ）
圖13
b. 通過(guò)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15）,
圖15
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(shí)，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(gè)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(jiàn)下圖：
圖16
A方案工作時(shí)：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(shí)：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(shí)：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(shí)：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17）
圖17
當(dāng)啟動(dòng)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(shí)對(duì)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(kāi)，從機(jī)從速度環(huán)快速退飽和，轉(zhuǎn)入速度閉環(huán)，不會(huì)導(dǎo)致飛車(chē)。
