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西門子S120變頻器如何如何實(shí)現(xiàn)主從控制

發(fā)布時(shí)間:2019-08-24 來源:眾智博遠(yuǎn)

1 主從控制方案概述

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(gè)傳動設(shè)備是由兩個(gè)或多個(gè)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

11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:

 

 

 
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。

 

12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)。

 

 

 

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+/- 百分之5-1百分之0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(shí),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 DPSLAVE TO SLAVE通訊;

·         通過TM31端子模塊DI/DOAI/AO

 

a.   PROFIBUS DP連接到PLC上(見圖3),此時(shí)可以借助PROFIBUS DPSLAVE

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


 

 


 

3

 

 

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

 

  

 

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 DPSLAVE TO SLAVE通訊;

·         通過TM31端子模塊DI/DOAI/AO

·         Sinamics Link通訊;

·         TB30端子擴(kuò)展板的DI/DOAI/AO

·         CU320的多軸直接連接;

 

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

 

 

 

5

 

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

 

 

 

 

 

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:


 

 

 

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。

 

 

 

8

 

e.  在一個(gè)CU320單元連接多個(gè)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。

 

 

 

9

 

 

3  S120系統(tǒng)的主從控制方案的配置

3.1 基本調(diào)試

   

    

 

 

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,

 

 

 

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)定值相對波動小)(圖12)。

 

 

12

 

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

 

 

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15,

 

  

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(通常百分之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:

 

  

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= Nset-?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= Nset+?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= Nset+?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= Nset-?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

 

  

17

 

       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(shí)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。