1、变频器主从控制在回转窑控制系统的应用摘要：本文对SIEMENS公司的SIMOVERT MASTERDRIVERS系列6SE70变频器采用主从控制方式在回转窑电气控制系统中的应用情况进行了介绍，给出了主从控制的实现方法，并简要的阐述了主从控制的原理和方法,提出了提高系统启动和制动的快速性的措施，并就6SE70变频器在实现转矩控制方面的优势提出了自己的观点。关键词：变频器 主从控制 SIMOLINK 一、引言 为了进一步提高生产能力，减少设备故障率，优化原生产线的工艺设备配置，系统采用了SIEMENS公司的6SE70变频器，为了提高传动性能，采用了主从控制方式，通过主从控制来分配各个电机

2、间的负荷使其达到均匀平衡，以满足对传动点的控制精度，采用了SIEMENS变频器强大的通讯功能,利用其SIMOLINK板来实现两变频器的数据传输与控制,达到了生产的要求.2、 主从控制1.主从控制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，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，从传动使用速度控制。

3、(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。2. 主从控制实现方法 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（K153或K165A或K168）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，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

4、拟量输入输出口（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420mA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。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

5、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

6、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

7、0;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

8、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所示：控制特点：SIMOLINK(Siemens

9、 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0.26.5Ms。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。3、 系统配置及主从控制的实现主要配置为：西门子变频器，附件为SLB（SIMOLINK）板，光纤等。本系统是采用的SIMOLINK通讯模块连接实现主从控制 S

10、IMOLINK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，实现主从控制，使两台电机同步。1. 系统工作原理 两台电动机的同步运行通过应用西门子变频器的主/从控制程序而实现，主机采用速度控制（speed_control)，从机采用转矩控制(torque control)，从机的控制和运转命令由主机通过光导纤维向从机发送，数据传送速度为2M bit/秒，从而保证了从机准确、迅速的跟踪主机运行状态。系统接线原理图如图所示。  系统工作原理为:当变频器准备就绪，由机旁操作箱发出可以启动变频器信号，PLC将可以启动变频器的状态送至计算机操作站，控制系统备妥。当启动命令发出后，PLC

11、将启动命令和电动机转速给定发送给主机变频器，主机变频器按给定的转速运转，同时主机变频器将根据负载情况向从机变频器发出运转命令和转矩给定，主从电动机开始拖动大窑运转，当主机接到停车命令时，主机停车，同时将送给从机的转矩给定置零，从机同时跟随主机停车，从而保证了主从电机的同步运转。运行中无论主机还是从机出现故障时，该信息都送至PLC，PLC接到故障信息后，立即封锁PLC的输出，使变频器停车。2. 系统实现和参数设置 系统首先需要SIMOLINK板,用于将传动装置链接到SIMOLINK上。每块板为SIMOLINK上的一个站。选件板提供3个LED显示做为当前操作信息的显示。 其功能可以通过参数来设定。

12、主传动是速度控制，而从传动为力矩控制，从传动和主传动之间不能有速度差。其实现方法如下图：其主传动装置系统控制图如下（图a）：主传动和从传动之间利用SIMOLINK来实现数据的传送，可以将P486设为K7003（给定值）；从传动装置系统控制图如图b。 图a主传动装置系统控制原理图图b从传动装置系统控制图主传动的速度给定可以通过两种方式,主给定是来自PLC的4-20mA的模拟信号,附加给定是来自机旁操作箱的电位器来实现.其模拟量输入给定的原理图如下:K0011的值传给P433.01,K0013的值传给P433.02.从传动的给定P486=K7003,来自SIMOLINK的控制字,实现主从数据的数据

13、交换。其主要的调试参数见下表：序号参数号参数值IND说明1P1003频率控制2P101380V电机额定电压3P10278A电机额定电流4P108740n/min电机额定转速5P433K0011选择附加给定6P443K0013选择读入主给定7P554B0022ON/OFF8P556B0018OFF29P651B010610P6381002屏蔽CU2板模拟输入选择断线监控11P6324002CU2板4-20MA模拟输入12P643-20001CU1,通道1计算输出电压13P643-20002CU2,通道1计算输出电压14P64410001CU1,模拟输出1的偏置15P6446002CU1,模拟输出

14、1的偏置16P235617P27960最大附加动态转矩备注：详细参数请见附录4、  结束语    (1) 回转窑属近似恒转矩设备，工作温度高，设备变形大，对应负载变化也大，在选择变频器及电动机容量时，须考虑大窑的变载运行及冷态时的启动问题。 (2) 变频器须设置欠载保护，以便在一台电动机失载时，使系统停车，避免单台电机拖动负载，造成机械损伤。 (3) 从电机运行测试记录可制知，从机较好的跟随主机运行，达到了均载同步运行的目的。 (4) 通过运行记录，由变频调速技术驱动的烧成窑主拖动电机的运转率达到98%，故障率仅为原系统的3%，系统的低故障率。更为重要的是，电动机的软启动，减小了启动时对设备的冲击，有效的避免了机械设备的损伤和大窑内衬的扭伤，延长了大窑内衬的寿命。提高了大窑