西門子S120驅動器力矩控制在開卷機上的運用

何亞福，周生偉，許 齊

（濟南二機床集團有限公司，山東 濟南250022）

0 前言

Sinamics S120 驅制器是西門子公司推出的新一代交流驅動器，既能實現通常的v/f 控制、矢量控制，又能實現高精度、高性能的伺服控制系統。它不僅能控制普通的三相異步電機，還能控制異步和同步伺服電機。本文只介紹采用矢量控制方式，根據驅動器力矩的大小，Sinamics S120 驅制器自動調節三相異步電機速度的運用。

1 引入驅動器力矩控制的原因

一般開卷剪切線的生產工藝順序為：開卷機→矯平機→送料機→剪切機等。

假設整線板料生產速度為v，由于開卷機上的料卷的直徑越來越小，為了保持整線板料生產速度v 不變，開卷機芯軸就需旋轉的越來越快。利用激光測距傳感器或超聲波傳感器，能方便地計算出卷料的直徑r。假設開卷機芯軸的轉速為n，則開卷機芯軸的線速度要求保持v=2πrn，所以n=v/2πr。由于傳感器檢測出的r 有誤差、料卷板料的厚度和屈服強度大小不同等原因，單單依據該理論公式計算開卷機轉速實際會導致開卷機與矯平機之間的板料要么松卷，要么拉的過緊，都會損傷板料。為了讓開卷機和矯平機之間的板料始終保持一定的松緊度，即保持一定的張力，采用S120 驅制器的力矩控制方式。在生產中，開卷機根據板料張力的大小自動調節開卷機的速度，保證板料在穩定張力下穩定生產。

2 實現方法

首先，在西門子STEP 7 程序硬件Hardwire 部分設置驅動器CU320 控制單元，建立CU320 和CPU之間的通訊，如圖1 所示。

圖1 硬件配置圖

打開驅動器SCOUT 軟件，設定supply、driver 等驅動元件。設定driver 的message frame type 為Siemens telegram 352，PZD-6/6，也就是說，設定驅動器的控制字為6 個字。scout 配置如圖2 所示。

圖2 scout 配置圖

打開driver-commumication 畫面，在驅動器的第3 個控制字設定為最大力矩P1522，第4 個控制字設定為最小力矩P1523。scout 控制字配置如圖3 所示。

圖3 scout 控制字配置圖

設定完畢后，對應的驅動器狀態字的第4 個字即為驅動器的力矩反饋字，讀取第4 個狀態字，即得到驅動器的力矩值。

圖4 通訊控制程序

建立驅動器和CPU 的通訊控制程序SFC14，SFC15。step 7 程序如圖4 所示。

讀取驅動器的第4 個狀態字，也就是力矩狀態字，為便于程序運算處理，將這個力矩狀態字由整數轉化為實數，step 7 程序如圖5 所示。

圖5 讀取力矩狀態字

由此得到開卷機驅動器的力矩值#driver_torque1，將驅動器的力矩值轉化-100%與+100%之間的比例表示值#Decoiler_torque。step 7 程序如圖6 所示。

假設當前矯平機的速度v 為#Lever_speed，根據開卷機驅動器力矩值#Decoiler_torque 的大小變化，運用以下公式，即可得到相應的開卷機自動調節速度#Decoiler_speed。step 7程序如圖7 所示。

再將通過運算得出的開卷機自動調節速度#Decoiler_speed 送給驅動器的速度控制字，step 7 程序如圖8 所示。

以上程序表明，如果開卷機驅動器力矩#Decoiler_torque 太大，說明開卷機速度過慢，開卷機速度#Decoiler_speed 就加速。如果開卷機驅動器力矩#Decoiler_torque 太小，說明開卷機速度過快，開卷機速度#Decoiler_speed 就減速。在開卷線運行中，程序表明開卷機速度可以在矯平機速度的1.1～0.9 倍之間自動調節。在開卷線的實際生產中，可以根據現場情況靈活定義開卷機速度的自動調節范圍。由于開卷機可以根據力矩大小自動調節速度，這就保證了矯平機和開卷機之間保持一定張力，避免了板料松卷或板料被拉的過緊的情況出現，生產中避免了板料的損傷。

圖6 驅動器力矩值轉化

圖7 開卷機速度自動調節值

圖8 速度調節與速度控制字

3 結束語

在開卷線的實際生產中，由于矯平機、開卷機電機的功率等參數不同，各個電機的響應時間、測量傳感器精確度等參數不同，單單依靠理論計算速度來控制開卷機，會導致開卷機速度要么越來越快，要么越來越慢，均會導致板料損傷。本文所述力矩控制方式，開卷機根據力矩大小自動調節運行速度，保證了矯平機、開卷機之間的一定張力。這種利用力矩的控制方式，可以給工程設計人員、維護人員等提供新的設計方法，來提高企業生產的經濟效益。

[1]西門子（中國）有限公司，編.Sinamics S120 驅制器系統手冊.西門子（中國）有限公司，2008.

[2]西門子（中國）有限公司，編.Sinamics scout 應用軟件系統手冊.西門子（中國）有限公司，2008.

[3]西門子（中國）有限公司，編.Siemens STEP-7 應用手冊.西門子（中國）有限公司，2005.