主從控制在輥道提升控制中的實現

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現，簡要介紹了主從控制的工作原理和實現方案，以及如何通過DriveMonitor來實現電機的參數調試和控制性能的優化。

關鍵詞：主從控制；模擬量輸入輸出；調試

在變頻器的應用中，有很多場合需要進行主從控制，當一個傳動設備是由兩個或多個電機驅動的時候，就需要通過主從控制來分配各個電機間的負荷使其達到均勻平衡，以滿足對傳動點的控制精度。

一、提升輥道系統簡介

萊鋼型鋼廠大H型鋼生產線串列軋機，用來傳送軋件的工作輥道的頭5個輥是升降輥，它們用于調整輥道高度來滿足不同高度的軋件，輥道的調整是由2臺電機通過齒輪和螺旋千斤頂完成的。2臺電機分別位于調整輥道的兩邊，電機中間共用一根傳動軸，兩臺電機共同轉動來帶動齒輪和螺旋千斤頂，以達到高度調整的目的。兩臺電機的方向和轉速必須完全一致，才能夠確保機械機構轉動，輥道實現升降，因此要求電機能夠達到同步。

控制采用西門子逆變器控制，兩側電機選擇功率型號完全一樣的電機，相應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介

主從應用中主傳動裝置是典型的速度控制，因為主傳動和從傳動的電機軸通過齒輪和機械軸相互固定地連接，所以從傳動與主傳動之間不能有速度差，從傳動使用轉矩控制，其工作時只負責輸出一定比例的轉矩以減少主傳動的負荷，整個傳動的速度控制由主傳動來完成，主傳動裝置運轉時的轉矩值作為給定發給從傳動，從傳動跟隨著主傳動的速度調節動作進行轉矩調節，來實現兩側電機的同步動作。

三、主從控制的實現

主從控制的關鍵技術問題是如何把主傳動的速度信號或轉矩信號高速和精確地傳送到從傳動變頻器，提升輥道選用的西門子的6SE70變頻器，實現方法是通過模擬量輸入輸出（AI/AO）連接實現主從控制。

6SE70變頻器的CUVC控制板上集成有可編程的AI和AO，主傳動的速度或轉矩信號可以通過AO口轉換成標準的4～20mA信號輸出，而從傳動則是通過AI口接收主傳動發來的速度或轉矩給定值。

在主傳動控制中應用自由模塊對D/A轉換后的速度或轉矩值進行運算，再把結果當作從傳動的給定值連接到P0640.1中；在從傳動中把模擬輸入口的A/D轉換值K0011連接到轉矩給定連接量P0486.1中，至于變頻器的控制命令則通過PLC程序實現，從而完成簡單實用的主從控制。

四、主從控制的基本調試方案

為了便于對參數的設置和修改，在對逆變器進行調試時我們優先選擇使用DriveMonitor調試軟件，利用DriveMonitor所特有的各種功能選擇，可以方便的觀察控制狀態和變頻器的運行狀態，通過DriveMonitor本身的記錄波形可以分析運行曲線，及時修改參數設置。

1、電機參數設置和優化，按照單個電機的設定過程進行。

首先，輸入電機的額定參數，選擇確認控制系統所采用的控制方式。

根據現場實際應用發現，使用v/f控制時的勵磁電流太大，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的順序對逆變器和電機進行自動優化。

P115=1和2是對電機性能的靜態測試，電機本身并不運轉；P115=4，是對電機的空載特性的測試，必須要脫開電機和減速機之間的聯軸器。

2、設置相關的電流限幅參數和轉矩限幅參數，以及速度調節器參數。

電流和轉矩的限幅根據工藝的需要進行設置，一般為不超過±110%。速度控制是逆變器控制中的核心，速度調節主要是調整PID系數，也就是對速度的諧波曲線進行設置。

設置時一般遵循如下原則：

（1）、P235=P236

P235=輸入n/f調節器增益的功能參數

P236=輸入n/f調節器增益高變換點的功能參數

（2）、P469一般設置為和P470相等

P469=斜坡信號發生器初始圓弧時間.

P470=斜坡信號發生器終止圓弧時間.

（3）、P462一般設置為和P464相等

P462=（斜坡信號發生器加速時間）

P464=（斜坡信號發生器減速時間）

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

3、設定PROCIBUS網絡通訊的地址。

通訊設置主要是對控制字和狀態字進行設置，合理選擇連接器參數與上位機通訊，對P981設置地址，作為和PLC控制通訊所用。

4、設置參數參考量。

參考量的用途是使設定值和實際值信號以統一的方式顯示出來，在進行速度和電流控制以及數據顯示時，對應的變量數值都是以參考量為基數的。而且當工藝要求的性能指標超出正常逆變器設定值時，可以通過適當的提高參考量來滿足要求。

需要設置的參考量主要有：

P350=A（參考電流）

P351=V（參考電壓）

P352=Hz（參考頻率）

P353=rpm（參考轉速）

P354=Nm（參考轉矩）

通常，參考轉速都被設定為要求的最大轉速，參考電流一般選擇最大允許電流的2/3，參考頻率的設置和轉速相同，對于參考轉矩一般設定為最大的轉矩。

5、主從參數設置，P587=0為主動裝置，P587=1為從動裝置。

五、小結

提升棍道控制中應用的西門子6SE70實現的主從控制具有如下特點：

簡單實用，不需要投入其他的硬件設備就可以實現兩個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，響應時間為5ms左右，若是增加軟件濾波時間則響應時間也會跟著增加，適用于速度較低、控制精度要求不是很高的系統控制，其主要的缺點是模擬信號較容易受電磁干擾，并且A/D和D/A轉換器也會有零點漂移。