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SINAMICS SAFE 制动继电器 用于功率模块 带 SINAMICS S120 V2.6 以上版本已激活！

在变频器的实际使用过程中，经常由于工艺的要求或者变频器容量的限制，会采用一个传动设备是由两个或多个电机驱动共同配合工作的方案，这种情况下，各驱动电机之间需要保证相同的运行速度，以及转矩的平均分配，为此，我们需要在驱动电机的变频器上实现需要的速度及转矩分配控制要求，变频器的这种应用我们称之为主从控制应用。

针对主从控制应用的方案，我们通常在变频器上采用如下两种控制方法来实现：

·         直接转矩分配

·         速度偏差与转矩限幅

1．1直接转矩分配

    直接转矩分配方案主要应用于电机之间是硬连接方式，如齿轮、同轴等，电机之间通过连接器保持相同的转速，如下图：

 
图1
     

    在配置直接转矩控制方式时，需要将主机设定在速度模式工作，从机设定在转矩模式工作，将主机的转矩设定值作为从机的转矩给定值，这样保证系统运行时，从机转矩始终与主机*，同时因为机械结构的原因，从机速度始终与主机相同，这样就完成了转矩的分配。

        该方式的特点是，从机转矩始终跟随主机转矩，系统按照主机的速度环运行，转矩响应比较快。

1．2速度偏差与转矩限幅

        速度偏差与转矩限幅的方案主要应用于电机之间软连接方式，如皮带、绳索等，由于是柔性材料产生的耦合关系，电机之间需要有相同的运行速度，同时保证电机力矩的均匀分配，还要有防止连接断裂时的保护。

图2

在速度偏差与转矩限幅方式时，主机从机都工作在速度模式，主从机的速度设定值相同，然后从机在此基础上附加+/- 5%-10%左右的速度偏差（与运行方向有关，附加速度大小由实际情况决定），将主机的转矩值连接到从机的转矩限幅上。在启动后，由于速度偏差的存在，连接的材料迅速拉紧，从机的速度环饱和，输出的转矩受转矩限辐限制，从而保证从机的转矩跟随主机的转矩；从机速度受到连接的牵引，与主机速度相同。当发生断带时，主从电机工作在各自的速度环模式下，不会发生飞车现象。

该模式的特点是，启动瞬间主机从机的速度环都起作用，张力的建立比较平缓，避免系统产生振荡。既保证了速度及转矩的分配，也对系统进行了保护。

2  S120系统的主从控制方案的配置

    实际使用过程中，根据使用的设备类型不同，常见的有几种不同的硬件配置方案。

2.1 CU310主从配置

       使用CU310作为控制单元，主从数据交换可以通过如下两种方法：

·         PROFIBUS DP的SLAVE TO SLAVE通讯；

·         通过TM31端子模块DI/DO和AI/AO；

a.   PROFIBUS DP连接到PLC上（见图3），此时可以借助PROFIBUS DP的SLAVE

TO SLAVE通讯，实现两个S120设备之间的数据交换，具体操作说明请参考下面链接：

图3

b.  通过TM31端子模块互相连接（图4），使用DI/DO和AI/AO完成数据交换。模拟量信号使用电流信号，采用双绞屏蔽电缆，抗干扰性比较强。

图4

2.2 CU320主从配置

         使用CU320作为控制单元，主从数据交换可以通过如下几种方法：

·         PROFIBUS DP的SLAVE TO SLAVE通讯；

·         通过TM31端子模块DI/DO和AI/AO；

·         Sinamics Link通讯；

·         TB30端子扩展板的DI/DO和AI/AO；

·         CU320的多轴直接连接；

a.  PROFIBUS DP连接到PLC上（见图5），此时可以借助PROFIBUS DP的SLAVETO SLAVE通讯，实现两个S120设备之间的数据交换，具体操作说明请参考下面链接：

图5

b.  通过TM31端子模块互相连接（图6），使用DI/DO和AI/AO完成数据交换。模拟量信号使用电流信号，采用双绞屏蔽电缆，尽量减少被干扰的可能性。

图6

c.  通过在CU320扩展插槽增加CBE20通讯板，使用装置间主从通讯Sinamics Link网络（图7），具体配置方法见下面链接：

图7

d.  通过在CU320扩展插槽增加TB30端子板，使用I/O端子来实现数据交换（图8），但是TB30模拟量信号只支持电压型信号，需要注意可能发生的干扰问题。

图8

e.  在一个CU320单元连接多个驱动轴的情况下，直接利用轴间变量的互连（图9），来实现主从控制的数据交换，该种方式下，当CU出现故障，两台设备都将无法运行。

图9

3  S120系统的主从控制方案的配置

3.1 基本调试

    在进行主从控制配置时，首先需要完成基本驱动单元的调试，具体步骤参见调试手册：

图10 建立项目

3.2 配置主从通讯方式

   根据实际使用的主从通讯方式，定义传输的数据，下表以网络通讯为例的主从通讯数据表（仅作参考，实际设定根据需要定义）：

3.3 配置主从工作模式

     完成基本调试后，确定电机的优化、运行都正常后，根据配置的主从方案，来进行主从工作模式的设置。

3.3.1 配置直接转矩分配方式

      在直接转矩工作模式时，主机工作在速度模式，从机工作在转矩模式，而从机设定为转矩控制方式共有两种不同的方法：

a.     通过参数直接选择转矩工作模式

选择从机转矩工作模式P1300=22 or 23（图11）,

图11 电机工作模式设定

        然后在转矩的给定值P1503处（）选则主机的转矩设定值r079（实际值r080也可以，但是设定值相对波动小）（图12）。

图12

       将从机的控制字命令源连接到主机的控制字，用来得到相同的启动逻辑，保证主从设备的同时启动、停止，并实现故障保护。（图13 ）

图13

b.    通过参数切换，旁路速度调节器的输出到转矩直接设定

选择从机转矩工作在速度模式，P1300=20 or 21，然后设定P1501切换速度模式到转矩模式，P1503转矩设定源链接主机的转矩设定r079（图15）,

图15

3.3.2 速度偏差与转矩限幅方式

      在速度偏差与转矩限幅时，主机从机都工作在速度模式，P1300=20or 21，从机的设定速度在主机设定速度的基础上附加一个偏差速度∆V（通常10%，仅作参考），超前或滞后的关系由实际的电机位置决定见下图：

图16

A方案工作时：从机的速度设定值滞后主机速度设定值，Nset从= Nset主-∆V；

B方案工作时：从机的速度设定值超前主机速度设定值，Nset从= Nset主+∆V；

C方案工作时：从机的速度设定值超前主机速度设定值，Nset从= Nset主+∆V；

D方案工作时：从机的速度设定值滞后主机速度设定值，Nset从= Nset主-∆V；

然后设定转矩限幅的源P1522连接到主机的转矩设定值r079（如图17）

图17

       当启动后，由于速度偏差的存在，从机与主机间的材料迅速拉紧，从机的速度环快速进入饱和状态，输出转矩由转矩限幅决定，从而实现了主从负荷分配。

同时对于可能断带的材料，该方式起到很好的保护作用。当材料断开，从机从速度环快速退饱和，转入速度闭环，不会导致飞车。

CPU319-3 PN/DP与SINAMICS S120 之间通过PROFINET IO / RT可进行周期性及非周期性数据通讯。使用标准S7功能块SFC14/SFC15，S7-300/400PLC通过PROFINET周期性通讯方式可将控制字1(CTW1)和主设定值(NSETP_B)发送至驱动器；使用标准S7功能块SFB52 / SFB53，可以实现非周期性数据交换，读取或写入驱动器的参数。

二、S7-300/400与S120装置的连接

1．硬件连接

图 1.

(1). 通过PROFINET IO / RT 连接 SIMATIC CPU 319-3 PN/DP 及 CU310PN.

2.硬件：

3、使用的软件

• STEP7 V5.4 SP2 HF3

• SCOUT V4.1 SP1

• STARTER V4.1 SP1

• S120 V2.5 SP1 HF1

• GSD V2.1文件:gsdml-v2.1-siemens-sinamics-s-cu3x0-20070726.xml

在CF 卡中的路径: SIEMENSSINAMICSDATACFGCBE20GSD.ZIP

4、通讯概览

Net Pro通讯配置

图 2.

IP 地址及通讯名称:

注意：所有节点的子网掩码：255.255.255.0。

三、*条件

1.  PROFINET IO 条件

在本例中对于使用的软件版本，还应满足下列条件：

应用例程的发送时钟为 1 ms。更新时间应设为 2n ms，此值可允许的范围为：

1 ms 至 512 ms。

四、项目配置

1、 Drive

2、硬件组态

(1)安装SINAMCIS S120 CU310PN 的GSD文件

对于PROFIBUS DP 及 PROFINET IO 需要的所有 GSD 文件存在S120的CF卡中，将这些文件拷贝至本地硬盘并解压缩。

在硬件配置中选择“Options => Install GSD file"

图 3.

GSD V2.1 (gsdml-v2.1-siemens-sinamics-s-cu3x0-yyyymmdd.xml) 可被安装。

GSD文件安装后，设备会出现在硬件组态的如下目录中:

"PROFINET IO => Drives => SINAMICS => GSD => SINAMICS S120 CU310PN from 2.5"。

注意：

    •   GSD 子文件夹只有在安装DriveES 或 SIMOTION SCOUT后才有效。否则 GSD设备可直接在SINAMICS 文件夹中被找到。

    •   如果安装了 DriveES Basic / Simatic 或 SIMOTION SCOUT，则不必安装 GSD 文件。

(2)对于CPU319建立PROFINET网络

图 4.

在插入CPU319-3PN/DP时会弹出建立PROFINET网络的窗口，在此新建一个PROFINET网络并设置此PLC PN节点的IP地址及子网掩码。

(3)将CP310PN拖曳至PROFINET总线上(若安装GSD文件)

图 5.

将CP310PN拖曳至PROFINET总线上(若安装Drive ES)

图 6.

(4)双击310PN，打开其属性窗口

分配其设备名称及IP地址，此处选择“Assign IP address via IO controler”。

图 7.

(5)分配310PN控制的驱动及IO报文

图 8.

(6)在"IO Cycle"中设置数据处理及响应监控的更新时间

图 9.

3、初始化通讯节点

在硬件组态画面中，点击 "PLC =>Ethernet => Edit Ethernet nodes"，在打开的画面中网络可被浏览，通过此画面配置310PN的设备名称及IP地址。

图 10.

五、使用STARTER / SCOUT调试

在 SIMATIC Manager 中鼠标右键点击SINAMICS_CU310_PN ，选择“open object”，可通过STARTER/SCOUT调试工具将CU310_PN 项目打开。

图 10.

可通过使用"Automatic configuration"对驱动装置在线进行自动配置。配置结束后通过"Copy RAM to ROM"将参数存贮至CF卡中。

本例中：

    •   驱动装置选择报文“telegram 1 ”。

    •   CU单元选择报文“telegram 390。

图 11.

CU参数化:

鼠标右键点击"CU_S_126" ，选择"Expert => Expert list"打开专家参数列表，可改变下列参数：

    • P728.8 = output: DI/DO 8 可用于数字量输出 (如果p922=390，自动设置
      p738=2091.0)。

    • P922: PROFIBUS PZD SIEMENS telegram 390 (390)。

    • p2104 BI: 2. Acknowledge faults SERVO_02 : r2090.7。

六、通过PN总线对电机起、停及速度控制

       S7-300/400PLC通过PROFINET周期性通讯方式将控制字1(CTW1)和主设定值(NSETP_B)发送至驱动器。

       (1)       控制字中Bit0做电机的起、停控制。

       (2)       主设定值为速度设定值，频率设定值和实际值要经过标准化，使得4000H(十六进制)对应于*，发送的高频率(大值)为7FFFH(200%)。可以在P2000中修改参考频率(缺省值为50Hz)。

       (3)       当组态的报文结构 PZD=2或自由报文999时，在S7-300/400 中可用“MOVE”指令进行数据传送；当组态的报文结构  PZD>2，在S7-300/400 中需调用SFC14和SFC15系统功能块。

        •   SFC14(“DPRD_DAT”)用于读驱动装置的过程数据。

        •   SFC15(“DPWR_DAT”)用于将过程数据写入驱动装置。

例子：SERVO_02 ”控制字、主设定值的发送及状态字、实际频率的读取程序

       (1) 控制驱动器运行：

    通过先发送控制字(STW1)047E然后发送047F来启动驱动器，该数据控制字在DB10.DBW4(见图13)中，主设定值在DB10.DBD6中设定，运行信号为M1.0。这些值均通过变量表“Drive_Run”设定及监控。控制程序见图12。

   （2）停止驱动器：

       应发送控制字047E至驱动器。

   （3）读取驱动器状态字及频率实际值：

       PLC接收状态字1(ZSW1)，存放在DB10.DBW0中；接收驱动器传来的频率实际值，存放在DB10.DBW2中。

图12.  控制程序

图13. DB10