S120变频器主从控制

摘要：本文介绍S120变频器在主从控制中的工作原理及其实现方法，并论述了各种实现方法的控制特点。

关键词：主从控制；DRIVE-CLIQ；ProfiBUS。

Abstract: this paper introduces S120 inverter in master-slave control principle and realization method, and discusses the implementation methods of control characteristics.

Keywords: master-slave control; DRIVE - CLIQ; ProfiBUS.

中图分类号：U455.39文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

在变频器的应用中，有很多场合需要进行主从控制，当一个传动设备是由两个或多个电机驱动的时候，就需要通过主从控制来分配各个电机间的负荷使其达到均匀平衡，以满足对传动点的控制精度。

一、主从控制的工作原理： 主从应用中主传动是典型的速度控制，而从传动是速度或者转矩控制，一般情况下可分为：

1、 当主传动和从传动的电机轴为刚性连接时，从传动与主传动之间不能有速度差，从传动使用转矩控制，其工作时只负责输出一定比例的转矩以减少主传动的负荷，整个传动的速度控制由主传动来完成。

2、 当主传动和从传动的电机轴通过传输带等设备柔性连接时，从传动与主传动之间允许有细微的速度差，从传动使用速度控制。

3、 在一些特殊应用中从传动既需要速度控制，也需要转矩控制，原因是两个电机轴工作时有的时候是硬性连接，有的时候是柔性连接，一般有主从控制性能的变频器都有自由切换这两种控制方式的功能。

二、主从控制的实现方法

主从控制的关键技术问题是如何把主传动的速度信号或转矩信号高速和精确地传送到从传动变频器，实现方法因产品规格型号不同会有所差别，并且在各种应用场合中由于传动控制精度的要求不同也可以通过不同的方法来实现，以下以西门子的SINAMICS S120变频器为例说明主从控制的几种实现方法及其控制特点。

在对变频器进行主从控制前，需要先对电机进行单机调试。

1．对于2个电机的主从控制，可以设置一个控制单元CU320-2DP，转矩给定可以通过DRIVE-CLIQ通讯在两个电机之间进行直接传输，大大提高了数据传输的可靠性和快速性。SINAMICS S120变频器常用调试工具有三种：BOP20、AOP30和基于PG/PC的STARTER软件，其中后两者最常用。两电机进行主从控制时，主从同时接收到启动信号，主电机进行速度控制，从电机接收主电机的转矩给定进行转矩控制，从而实现设备负载的平均分配。根据设备对动态响应和稳定性的要求，在空载情况下进行比较细致的调试，反复调节主电机的速度调节器的比例增益和积分时间，从而保证主从电机输出转矩和实际速度尽可能保持一致，保证设备运行的可靠性。

2．对于多电机的主从控制，例如转炉由4个电机拖动，当转炉倾动到一定角度时负荷比较大，因此需要实现4个电机的主从控制，即一个电机为主，其余电机为从。4个电机实现主从控制的方式很多：1）通过PROFIBUS-DP通讯网络将主电机的转矩给定传输到从电机，这样做转矩给定的传输会有延迟，难以保证4个电机输出相同的转矩，因此将负荷调整到稳定的状态比较困难；2）将四个电机分为2组，如ZLA和ZLB是一组，ZLC和ZLD是一组，每组都由一个CU320-2来控制，每组内的转矩传输通过DRIVE-CLIQ通讯来实现，不同组的转矩传输通过ZLA和ZLC来实现，ZLA和ZLC要有两组命令数据，如果选择ZLB为主，则ZLA第一组命令数据组有效，ZLA的转矩给定通过DRIVE-CLIQ通讯来自于ZLB，如果选择ZLC为主，则ZLA第二组命令数据组有效，其转矩给定通过DRIVE-CLIQ通讯来自于ZLC，ZLB和ZLD的转矩给定总是通过DRIVE-CLIQ通讯来自于ZLA和ZLC，这样就大大缩短了转矩给定在4个电机之间的传输，从而保证多电机主从控制的性能；3）使用PLC作为主从控制器，选用CU310作为控制模块，通过PROFIBUS-DP实现PLC与CU310的通讯，将1台电机设置为主，其余3台电机设置为从，通过PLC读取主电机变频器的转矩，然后通过PROFIBUS-DP网络发送给从电机的变频器从而实现同步，这样4台变频器可以在主从之间切换，主机采用速度控制，从机采用转矩控制，当其中一台主机故障时，将其中一台从机切换为主机，故障主机切换为从机，系统正常后继续运行，适当的时候再对故障设备进行检修，这样就实现了多电机主从控制的灵活性。

三、 结束语

西门子SINAMICS S120系列变频器的强大功能使得它实现主从控制的方式有很多种，除了以上所列举的几种方法外，还有利用4~20mA模拟信号控制、用同步板TSY实现的两台变频器的同步控制等方法，在实际应用中工程人员可以根据两台（或多台）电机的负载耦合方式或控制精度要求的不同而选择不同的方式来实现主从控制。

参考文献：

(1)《SINAMICS使用大全 矢量控制 V1.0》西门子电气传动有限公司2011/11

作者简介：

赵占平，1971年7月出生，男，电气工程师，一级建造师，1994年毕业于河北科技大学。从事电气设计、施工及调试工作。