主从控制在辊道提升控制中的实现

玄振龙　徐豪杰　王亮

摘要：本文介绍了提升辊道中主从控制通过西门子变频器的实现，简要介绍了主从控制的工作原理和实现方案，以及如何通过DriveMonitor来实现电机的参数调试和控制性能的优化。

关键词：主从控制；模拟量输入输出；调试

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，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、提升辊道系统简介

莱钢型钢厂大H型钢生产线串列轧机，用来传送轧件的工作辊道的头5个辊是升降辊，它们用于调整辊道高度来满足不同高度的轧件，辊道的调整是由2台电机通过齿轮和螺旋千斤顶完成的。2台电机分别位于调整辊道的两边，电机中间共用一根传动轴，两台电机共同转动来带动齿轮和螺旋千斤顶，以达到高度调整的目的。两台电机的方向和转速必须完全一致，才能够确保机械机构转动，辊道实现升降，因此要求电机能够达到同步。

控制采用西门子逆变器控制，两侧电机选择功率型号完全一样的电机，相应的逆变器也完全一样，这样便于同步控制。

二、主从控制的工作原理简介

主从应用中主传动装置是典型的速度控制，因为主传动和从传动的电机轴通过齿轮和机械轴相互固定地连接，所以从传动与主传动之间不能有速度差，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，主传动装置运转时的转矩值作为给定发给从传动，从传动跟随着主传动的速度调节动作进行转矩调节，来实现两侧电机的同步动作。

三、主从控制的实现

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，提升辊道选用的西门子的6SE70变频器，实现方法是通过模拟量输入输出（AI/AO）连接实现主从控制。

6SE70变频器的CUVC控制板上集成有可编程的AI和AO，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。

在主传动控制中应用自由模块对D/A转换后的速度或转矩值进行运算，再把结果当作从传动的给定值连接到P0640.1中；在从传动中把模拟输入口的A/D转换值K0011连接到转矩给定连接量P0486.1中，至于变频器的控制命令则通过PLC程序实现，从而完成简单实用的主从控制。

四、主从控制的基本调试方案

为了便于对参数的设置和修改，在对逆变器进行调试时我们优先选择使用DriveMonitor调试软件，利用DriveMonitor所特有的各种功能选择，可以方便的观察控制状态和变频器的运行状态，通过DriveMonitor本身的记录波形可以分析运行曲线，及时修改参数设置。

1、电机参数设置和优化，按照单个电机的设定过程进行。

首先，输入电机的额定参数，选择确认控制系统所采用的控制方式。

根据现场实际应用发现，使用v/f控制时的励磁电流太大，而且变化及其剧烈，因此提升辊道控制采用P100=3（频率控制）方式。

其次，按照P115=1，2，4的顺序对逆变器和电机进行自动优化。

P115=1和2是对电机性能的静态测试，电机本身并不运转；P115=4，是对电机的空载特性的测试，必须要脱开电机和减速机之间的联轴器。

2、设置相关的电流限幅参数和转矩限幅参数，以及速度调节器参数。

电流和转矩的限幅根据工艺的需要进行设置，一般为不超过±110%。速度控制是逆变器控制中的核心，速度调节主要是调整PID系数，也就是对速度的谐波曲线进行设置。

设置时一般遵循如下原则：

（1）、P235=P236

P235=輸入n/f调节器增益的功能参数

P236=输入n/f调节器增益高变换点的功能参数

（2）、P469一般设置为和P470相等

P469=斜坡信号发生器初始圆弧时间.

P470=斜坡信号发生器终止圆弧时间.

（3）、P462一般设置为和P464相等

P462=（斜坡信号发生器加速时间）

P464=（斜坡信号发生器减速时间）

（4）、加减速时间的设置原则为P462+P469/2=P464+P470/2

3、设定PROCIBUS网络通讯的地址。

通讯设置主要是对控制字和状态字进行设置，合理选择连接器参数与上位机通讯，对P981设置地址，作为和PLC控制通讯所用。

4、设置参数参考量。

参考量的用途是使设定值和实际值信号以统一的方式显示出来，在进行速度和电流控制以及数据显示时，对应的变量数值都是以参考量为基数的。而且当工艺要求的性能指标超出正常逆变器设定值时，可以通过适当的提高参考量来满足要求。

需要设置的参考量主要有：

P350=A（参考电流）

P351=V（参考电压）

P352=Hz（参考频率）

P353=rpm（参考转速）

P354=Nm（参考转矩）

通常，参考转速都被设定为要求的最大转速，参考电流一般选择最大允许电流的2/3，参考频率的设置和转速相同，对于参考转矩一般设定为最大的转矩。

5、主从参数设置，P587=0为主动装置，P587=1为从动装置。

五、小结

提升棍道控制中应用的西门子6SE70实现的主从控制具有如下特点：

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问的主从控制，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，适用于速度较低、控制精度要求不是很高的系统控制，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。