变频器之主从控制

: dingxiubing

2008-09-21

摘要：本文介绍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。

Abstract:In this paper ,the author introduces the principle of the Master- Slave Control of frequency converters , provides the realizing method and discusses the characteristic of different control means.

关键词：主从控制、模拟量输入输出、ProfiBUS、SIMOLINK。Keyword: The Master- Slave Control、AI/AO、Process Field Bus、Siemens Motion Link。

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（以下如没有特别说明都是以两个电机驱动的主从控制为例来说明），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通过齿轮或链条相互固定地连接时，从传动与主传动之间不能有速度差（参见图1），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地连接时，从传动与主传动之间允许有细微的速度差（参见图2），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SIMOVERT MASTERDRIVERS系列6SE70书本型变频器为例说明主从控制的几种实现方法及其控制特点。

1﹑通过模拟量输入输出口（AI/AO）连接实现主从控制 6SE70书本型变频器的CUVC控制板上集成有可编程的两个回路的AI(模拟量输入口)和两个回路的AO(模拟量输出口)，在主从应用中主传动的速度或转矩信号可以通过AO口转换成标准的4~20mA信号输出,而从传动则是通过AI口接收主传动发来的速度或转矩给定值，这样就可以实现经济实用的主从控制应用，其接线原理图如下图3所示：

在主传动中可以应用6SE70书本型变频器中的自由模块对D/A转换后的速度或转矩值进行运算之后再把结果当作从传动的给定值连接到P0640.1中，在从传动中若其是作为速度控制则把模拟输入口的A/D转换值K0011连接到速度给定连接量P0443.1中，若其是作为转矩控制则把K0011连接到转矩给定连接量P0486.1中，或者也可以应用自由模块先对K0011进行处理后再连接到相应的连接口，至于变频器的运行命令或连锁控制则可以通过变频器的数字量输入/输出接口来实现，从而完成简单实用的主从控制。控制特点：简单实用，不需要投入其他的硬件设备就可以实现两个变频器间的主从控制，模拟量的输出口分辨率为10bit+sign, 输入口分辨率为11bit+sign，响应时间为5mS左右，若是增加软件滤波时间则响应时间也会跟着增加，此方法对于速度较低、控制精度要求不是很高的主从控制来说相当方便实用，其主要的缺点是模拟信号较容易受电磁干扰，并且A/D和D/A转换器也会有零点漂移，在实际应用中要特别注意。

2、通过ProfiBUS通讯模块连接实现主从控制 6SE70书本型变频器的CUVC控制板上两个有用于扩展的插口，ProfiBUS通讯模块CBP可以直接插在上面使用，变频器通过CBP模块可以作为从站和PLC等主站进行数据交换，通过PLC完成两台变频器的主从控制，其接线原理图如下图4所示：

在该应用中主从传动的速度或转矩分配是由PLC来完成，PLC根据两个传动的控制特点把计算好的速度或转矩值周期性地发送给变频器，变频器根据接收到的控制命令和给定值进行高精度的速度或转矩控制。控制特点：ProfiBUS(Process Field Bus)是一个功能强大、开放、耐用的现场总线系统，数据的传送速率可达到12Mbit/S,6SE70变频器通过通讯方式可以进行32位的数据处理，通过PLC的控制两台变频器可以实现高精度的主从控制，为了提高控制精度和响应速度可以选用西门子的S7-300系列的PLC来控制，S7-300 PLC可以通过ProfiBUS通讯方式中的同步功能使两台变频器的运行命令和速度或转矩给定值实现同一时间接收，从而实现高精度和响应快的主从控制。该种控制方式要求为每台变频器配置一块ProfiBUS通讯模块，并且需要对PLC等上位机进行软件编程才能实现控制，所以特别适合在已经配置有ProfiBUS通讯网络的中大型传动中使用。

3、通过SIMOLINK通讯模块连接实现主从控制 SIMOLINK通讯接口可实现两个（或多个）传动设备之间的数据快速交换，其通讯板SLB板可以直接插在6SE70变频器的CUVC控制板的扩展槽上，然后通过光纤线来连接成闭合环形回路。在主从应用中可以把主传动的SLB板设置成主站，其余的设置成从站，主从传动的速度或转矩分配是由主站的变频器来完成；或者用一个带有SIMOLINK通讯接口的PLC等上位机作为主站，而变频器的SLB板设成从站，主从传动的速度或转矩分配则由PLC来完成，以前者为例描绘其接线原理图如下图5所示：

图5控制特点：SIMOLINK(Siemens Motion Link)是以光纤电缆位传输介质的通讯方式，其特点是响应速度快捷，抗干扰能力强，在每一个周期内依靠其精确的时间间隔和无偏差的同步功能使所连接的变频器在极快的数据传输中保持高性能的适时性和同步性，SIMOLINK有11Mbit/S的数据传输速率，可以传输32位的数据，总线循环周期为0.2～6.5Ms。在主从控制中通过SIMOLINK通讯方式可以使得两台电机的控制精度和响应速度方面都达到很高的性能。

三、结束语西门子SIMOVERT MASTERDRIVERS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，除了以上所列举的三种方法外，还有例如用同步板TSY实现的两台变频器的同步控制等方法都可以实现主从控制，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，基于相同的控制原理，这条原则在其他变频器的主从控制中也同样适用。

参考文献

[1] 北京ABB电气传动系统有限公司，ACS600主从宏固件手册

[2] 西门子电气传动有限公司，SIMOVERT MASTERDRIVERS矢量控制使用大全

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