主從控制在輥道提升控制中的實(shí)現(xiàn)

玄振龍　徐豪杰　王亮

摘要：本文介紹了提升輥道中主從控制通過西門子變頻器的實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)要介紹了主從控制的工作原理和實(shí)現(xiàn)方案，以及如何通過DriveMonitor來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的參數(shù)調(diào)試和控制性能的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：主從控制；模擬量輸入輸出；調(diào)試

在變頻器的應(yīng)用中，有很多場(chǎng)合需要進(jìn)行主從控制，當(dāng)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)的時(shí)候，就需要通過主從控制來分配各個(gè)電機(jī)間的負(fù)荷使其達(dá)到均勻平衡，以滿足對(duì)傳動(dòng)點(diǎn)的控制精度。

一、提升輥道系統(tǒng)簡(jiǎn)介

萊鋼型鋼廠大H型鋼生產(chǎn)線串列軋機(jī)，用來傳送軋件的工作輥道的頭5個(gè)輥是升降輥，它們用于調(diào)整輥道高度來滿足不同高度的軋件，輥道的調(diào)整是由2臺(tái)電機(jī)通過齒輪和螺旋千斤頂完成的。2臺(tái)電機(jī)分別位于調(diào)整輥道的兩邊，電機(jī)中間共用一根傳動(dòng)軸，兩臺(tái)電機(jī)共同轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)齒輪和螺旋千斤頂，以達(dá)到高度調(diào)整的目的。兩臺(tái)電機(jī)的方向和轉(zhuǎn)速必須完全一致，才能夠確保機(jī)械機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，輥道實(shí)現(xiàn)升降，因此要求電機(jī)能夠達(dá)到同步。

控制采用西門子逆變器控制，兩側(cè)電機(jī)選擇功率型號(hào)完全一樣的電機(jī)，相應(yīng)的逆變器也完全一樣，這樣便于同步控制。

二、主從控制的工作原理簡(jiǎn)介

主從應(yīng)用中主傳動(dòng)裝置是典型的速度控制，因?yàn)橹鱾鲃?dòng)和從傳動(dòng)的電機(jī)軸通過齒輪和機(jī)械軸相互固定地連接，所以從傳動(dòng)與主傳動(dòng)之間不能有速度差，從傳動(dòng)使用轉(zhuǎn)矩控制，其工作時(shí)只負(fù)責(zé)輸出一定比例的轉(zhuǎn)矩以減少主傳動(dòng)的負(fù)荷，整個(gè)傳動(dòng)的速度控制由主傳動(dòng)來完成，主傳動(dòng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩值作為給定發(fā)給從傳動(dòng)，從傳動(dòng)跟隨著主傳動(dòng)的速度調(diào)節(jié)動(dòng)作進(jìn)行轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)，來實(shí)現(xiàn)兩側(cè)電機(jī)的同步動(dòng)作。

三、主從控制的實(shí)現(xiàn)

主從控制的關(guān)鍵技術(shù)問題是如何把主傳動(dòng)的速度信號(hào)或轉(zhuǎn)矩信號(hào)高速和精確地傳送到從傳動(dòng)變頻器，提升輥道選用的西門子的6SE70變頻器，實(shí)現(xiàn)方法是通過模擬量輸入輸出（AI/AO）連接實(shí)現(xiàn)主從控制。

6SE70變頻器的CUVC控制板上集成有可編程的AI和AO，主傳動(dòng)的速度或轉(zhuǎn)矩信號(hào)可以通過AO口轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA信號(hào)輸出，而從傳動(dòng)則是通過AI口接收主傳動(dòng)發(fā)來的速度或轉(zhuǎn)矩給定值。

在主傳動(dòng)控制中應(yīng)用自由模塊對(duì)D/A轉(zhuǎn)換后的速度或轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行運(yùn)算，再把結(jié)果當(dāng)作從傳動(dòng)的給定值連接到P0640.1中；在從傳動(dòng)中把模擬輸入口的A/D轉(zhuǎn)換值K0011連接到轉(zhuǎn)矩給定連接量P0486.1中，至于變頻器的控制命令則通過PLC程序?qū)崿F(xiàn)，從而完成簡(jiǎn)單實(shí)用的主從控制。

四、主從控制的基本調(diào)試方案

為了便于對(duì)參數(shù)的設(shè)置和修改，在對(duì)逆變器進(jìn)行調(diào)試時(shí)我們優(yōu)先選擇使用DriveMonitor調(diào)試軟件，利用DriveMonitor所特有的各種功能選擇，可以方便的觀察控制狀態(tài)和變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，通過DriveMonitor本身的記錄波形可以分析運(yùn)行曲線，及時(shí)修改參數(shù)設(shè)置。

1、電機(jī)參數(shù)設(shè)置和優(yōu)化，按照單個(gè)電機(jī)的設(shè)定過程進(jìn)行。

首先，輸入電機(jī)的額定參數(shù)，選擇確認(rèn)控制系統(tǒng)所采用的控制方式。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，使用v/f控制時(shí)的勵(lì)磁電流太大，而且變化及其劇烈，因此提升輥道控制采用P100=3（頻率控制）方式。

其次，按照P115=1，2，4的順序?qū)δ孀兤骱碗姍C(jī)進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化。

P115=1和2是對(duì)電機(jī)性能的靜態(tài)測(cè)試，電機(jī)本身并不運(yùn)轉(zhuǎn)；P115=4，是對(duì)電機(jī)的空載特性的測(cè)試，必須要脫開電機(jī)和減速機(jī)之間的聯(lián)軸器。

2、設(shè)置相關(guān)的電流限幅參數(shù)和轉(zhuǎn)矩限幅參數(shù)，以及速度調(diào)節(jié)器參數(shù)。

電流和轉(zhuǎn)矩的限幅根據(jù)工藝的需要進(jìn)行設(shè)置，一般為不超過±110%。速度控制是逆變器控制中的核心，速度調(diào)節(jié)主要是調(diào)整PID系數(shù)，也就是對(duì)速度的諧波曲線進(jìn)行設(shè)置。

設(shè)置時(shí)一般遵循如下原則：

（1）、P235=P236

P235=輸入n/f調(diào)節(jié)器增益的功能參數(shù)

P236=輸入n/f調(diào)節(jié)器增益高變換點(diǎn)的功能參數(shù)

（2）、P469一般設(shè)置為和P470相等

P469=斜坡信號(hào)發(fā)生器初始圓弧時(shí)間.

P470=斜坡信號(hào)發(fā)生器終止圓弧時(shí)間.

（3）、P462一般設(shè)置為和P464相等

P462=（斜坡信號(hào)發(fā)生器加速時(shí)間）

P464=（斜坡信號(hào)發(fā)生器減速時(shí)間）

（4）、加減速時(shí)間的設(shè)置原則為P462+P469/2=P464+P470/2

3、設(shè)定PROCIBUS網(wǎng)絡(luò)通訊的地址。

通訊設(shè)置主要是對(duì)控制字和狀態(tài)字進(jìn)行設(shè)置，合理選擇連接器參數(shù)與上位機(jī)通訊，對(duì)P981設(shè)置地址，作為和PLC控制通訊所用。

4、設(shè)置參數(shù)參考量。

參考量的用途是使設(shè)定值和實(shí)際值信號(hào)以統(tǒng)一的方式顯示出來，在進(jìn)行速度和電流控制以及數(shù)據(jù)顯示時(shí)，對(duì)應(yīng)的變量數(shù)值都是以參考量為基數(shù)的。而且當(dāng)工藝要求的性能指標(biāo)超出正常逆變器設(shè)定值時(shí)，可以通過適當(dāng)?shù)奶岣邊⒖剂縼頋M足要求。

需要設(shè)置的參考量主要有：

P350=A（參考電流）

P351=V（參考電壓）

P352=Hz（參考頻率）

P353=rpm（參考轉(zhuǎn)速）

P354=Nm（參考轉(zhuǎn)矩）

通常，參考轉(zhuǎn)速都被設(shè)定為要求的最大轉(zhuǎn)速，參考電流一般選擇最大允許電流的2/3，參考頻率的設(shè)置和轉(zhuǎn)速相同，對(duì)于參考轉(zhuǎn)矩一般設(shè)定為最大的轉(zhuǎn)矩。

5、主從參數(shù)設(shè)置，P587=0為主動(dòng)裝置，P587=1為從動(dòng)裝置。

五、小結(jié)

提升棍道控制中應(yīng)用的西門子6SE70實(shí)現(xiàn)的主從控制具有如下特點(diǎn)：

簡(jiǎn)單實(shí)用，不需要投入其他的硬件設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)變頻器問的主從控制，模擬量的輸出口分辨率為10bit+sign，輸入口分辨率為11bit+sign，響應(yīng)時(shí)間為5ms左右，若是增加軟件濾波時(shí)間則響應(yīng)時(shí)間也會(huì)跟著增加，適用于速度較低、控制精度要求不是很高的系統(tǒng)控制，其主要的缺點(diǎn)是模擬信號(hào)較容易受電磁干擾，并且A/D和D/A轉(zhuǎn)換器也會(huì)有零點(diǎn)漂移。