西門子G120變頻器實現塑料板鏈的同步運行

承德華遠自動化設備有限公司 蔡俊英

1.塑料板鏈的組成及簡單描述

板鏈設置：在驅動電機后第一與第二托輥間設置懸垂段（跨距較普通支撐輥間距大）；線體出口側設置驅動電機；線體入口側設置張緊電機。

驅動電機：帶抱閘、編碼器，速度控制。運行時力矩與輸出轉速方向同向。

張緊電機：恒力矩控制，力矩范圍在最大張緊力矩（參考項目計算書）范圍內調試。也有部分客戶使用速度差控制實現。運行時，力矩與實際運行方向相反（兩電機在板鏈工作面施加張緊力）。

啟動順序：先啟動驅動電機（同時打開抱閘），延時1.5-2秒啟動張緊電機。

停機順序：張緊電機停車（斷電狀態），延時1.5-2秒驅動電機停車（同時抱閘制動）。

2.塑料板鏈廠家推薦應用描述

塑料板鏈單元是由主驅動拖動的，張緊驅動作為負載，這樣的話，運輸板帶永遠是繃緊的。張緊驅動的應用壓力必須選擇適當，以使作用在板帶上的力和板帶的震動都降到最小。

兩個驅動都要求帶有制動器抱閘，分布在不同的控制柜內，通過現場總線連接，因此，張緊驅動的再生能量減少主驅動的能源消耗。

張緊驅動的簡單變化不需要編碼器。因此不需要編程，很多客戶不接受這種方式。

驅動的速度控制（帶有電機編碼器）通過SEW的系統總線（SBus）將其實際速度以負信號的方式傳送給張緊驅動 →主從控制

為了產生制動張緊力，驅動必須工作在再生狀態。這意味著使用的同步電機必須工作在第二或第四象限。

在第四象限的工作模式稱為“超同步制動”，第二象限的工作模式稱為“逆流制動”。

逆流制動

超同步制動

Mk：分解力矩

Mw：反向力矩

n：實際速度

nd1：張緊驅動的機械速度

nd2：張緊驅動的旋轉區域速度（定性描述）

兩種操作模式的主要不同點

第二象限逆流制動第四象限超同步制動在驅動啟動過程中的張緊力矩可調，具有弱磁和電流限幅。可調節為一個幾乎不變的張緊力矩，這在操作中是可以實現的張緊驅動的張緊力矩可由速度設定值來調節。因此在操作中改變張緊力矩是可以實現的。因為張緊力矩的機械振幅也是震蕩的。張緊力矩幾乎不變并依賴于張緊電機的機械速度如果速度不是恒定的話，張緊力矩依賴于速度，并且是波動的。張緊力矩根據主驅動和張緊驅動之間速度設定值的差異是可調的。

3.塑料板鏈調試

(1)標準調試思路：知道驅動電機、制動電機配置參數，驅動電機軸端鏈輪直徑、驅動軸上鏈輪直徑，制動電機端鏈輪直徑、制動軸上鏈輪直徑，生產節拍，工位間距，根據電機的參數和下面的公式計算出相應節拍下的電機的理論頻率值。

電機頻率設定的理論值計算如下：設定的節拍=J（JPH）,節距L=6m,由此得出：單節拍所用時間 t=3600/J（JPH）秒，板鏈的速度L/t=L* J（JPH）/3600米/秒，驅動輪轉速V驅動= 60*L J（JPH）/（3600*3.14*D驅動輪直徑）轉/分，電機轉速：V電機= 157*V1*R減速機鏈輪半徑/R驅動鏈輪半徑，再根據電機銘牌參數，50Hz頻率運行下的額定轉速，理論上可以計算出：電機頻率：f=50* V電機/n 赫茲。

驅動端和張緊端的主軸轉速的計算：根據編碼器來測定主軸的轉速。即在規定的時間間隔內Tg內，測量所產生的脈沖數來獲得被測速度值，若編碼器每轉一圈發出的脈沖數P，且在規定的時間Tg內，測得的脈沖數為m1，則電機每分鐘的轉數：

n=60* m1/（P*Tg）轉/分。

張緊電機的控制方法：主驅單位時間內板鏈出鏈長度ΔL1，張緊端單位時間內進鏈長度ΔL2，若ΔL1＞ΔL2，張緊電機的轉速小于主驅電機的轉速，所以：F主驅電機拉力=f上層板鏈摩擦力+F板鏈張緊力，F張緊電機= F板鏈張緊力+ f下層板鏈摩擦力=9549P/n*r=9549I2R/ n*r，F板鏈張緊力增大，所以張緊電機的電流增大。若ΔL1＜ΔL2，張緊電機的轉速大于主驅電機的轉速，所以：F張緊電機= F + f下層板鏈摩擦力=9549P/n*r=9549I2R/ n*r，F增大，所以張緊電機的電流增大。

預設問題調整建議：

出現爬行：1）檢查板鏈支撐面、懸垂、回程支撐；2）調整兩個電機的控制方式；3）在張緊最大力矩范圍內調整張緊力；

出現跳齒：1）支撐板端部相對鏈輪水平或垂直位置設計不合理；2）鏈輪上板鏈包角不足，包角需在180-190度間；3）鏈輪與板鏈嚙合不良；4）鏈輪或板鏈底部有異物或形變，致板鏈在鏈輪上被頂出；5）定位環位置不合理；6）板鏈或鏈輪過度磨損。

(2)實際方案設計：選用簡單配置，即主副驅動全部選用西門子G120變頻器，主驅選用無編碼器的矢量控制，張緊驅動選用轉速控制，轉矩限幅模式。張緊驅動轉矩限幅設置為主驅實時轉矩的10%～15%之間，根據實際情況調整。

(3)變頻器調試，設置IP地址連接變頻器（在線），進行快速調試；

有兩種方式：一種是在STARTER軟件中設置，一種是直接在Portal軟件中設置。

3.1 在STARTER中進行設置，配合Portal軟件完成設置。

3.1.1 輸入目標站的IP地址（Input target station ip address）：

在STARTER中搜索主驅和張緊電機的地址（PC/PG選擇物理網卡TCPIP通訊）

點擊“update”按鈕

PN通訊時PLC硬件組態的IP地址或者設備名稱必須與變頻器一致，并且不能重復。

勾選需要設定的設備，右擊在彈出的窗口中可以設定IP地址及設備名稱：

設定完成后Assign name按鈕。

3.1.2 將主驅和張緊的參數上載到電腦中。

3.1.4 將主驅動的報文改為PZD改為2/6 報文。

Communication->Field BUS 雙擊打開，下拉菜單選擇報文，如下圖所示。

3.1.5 將張緊電機報文PZD改為4/4 報文，參數P1552 ，P1554設定轉矩上下限的百分比。

3.1.6 在Starter專家列表中修改p2003。

將P2003的值修改為電機額定的輸出轉矩值。

3.1.7 將Starter中設置的參數保存并且下載到變頻器中，注意一定要執行Copy RAM to ROM操作，保存參數，否則一些參數斷電不保存。

3.1.8 在TIA Portal中打開程序，PLC硬件組態的IP地址及設備名稱必須與STARTER中變頻器的設置一致。

3.1.9 將主驅電機報文改為PZD 2/6，將張緊電機報文改為PZD4/4。

3.1.10 在程序中讀取主驅動電機的輸出轉矩值MD420里。

3.1.11在程序中將通過計算自己調整系數輸出到副驅動的轉矩值里輸出PQW246。

3.1.12 張緊電機采用速度控制轉矩限幅，設定張緊機反向或者比主驅動電機速度慢一些，達到速度環飽和，限幅值起作用。

4.總結

將主驅電機報文設置為2/6，張緊電機報文設置為4/4，這樣就可以讀出主驅動輸出的實時力矩值，在程序中處理，乘以主驅減速機的變比系數，乘以10%，再除以張緊減速機的變比系數再傳輸至張緊電機的力矩上下限設定值中。具體系數根據情況做調整。

[1]《SINAMICS G120變頻控制協調實用手冊》機械工業出版社.