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[摘 要] 本文详细论述了各种变频器控制方法的优缺点，及其实现方法和工作原理，并介绍了其在港口翻车机上的应用实例。
Abstract: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,and the application on Car Dumper System in Huanghua Port.
[关键词] 主从控制 翻车机 变频器 ProfiBUS、SIMOLINK
Keyword:The Master-Slave Control、Car Dumper、Frequency Converter、Process Field Bus、Siemens Motion Link。
在多个电机驱动的工程应用中，为了保证多个电机的同步和负载分配平衡，在许多应用场合下需要进行主从控制。所谓主从控制，就是当一个驱动设备是由两个或多个电机驱动的时候（以下说明都是以两台电机驱动的主从控制为例来说明），将某一套驱动控制器的速度（或转矩）设定值，传送给另一套驱动控制器上，以此作为这套驱动控制器的速度（或转矩）设定值，进而达到分配各个电机间的负荷使其达到均匀平衡，以满足对驱动系统的控制精度。那么接受速度设定值的驱动控制器则就是称为“从驱动”，发送速度设定值的驱动控制器则就是称为“主驱动”；主/从驱动控制成功与否的关键是看从控制器对自己所控制的驱动电机（马达），与主控制器所控制驱动电机（马达）的速度跟随响应能力；所以，单位时间内的速度差是衡量主/从驱动控制的重要技术指标。
一、主从控制的工作原理
主从应用中主驱动是典型的速度控制，而从驱动是速度或者转矩控制，一般情况下可分为：
1、当主驱动和从驱动的电机轴通过传输带等设备柔性地连接时，从驱动与主驱动之间允许有细微的速度差（参见图2），此时皮带的张力可以保证两台电机的转矩接近一致，这时从驱动需采用速度控制，以保证两台电机的转速保持一致。
2、当主驱动和从驱动的电机轴通过齿轮或链条等相互固定地连接时，由于在机械上已经确保主驱动和从驱动电机之间不能有速度差（参见图1），从驱动使用转矩控制，其工作时只负责输出一定比例的转矩以减少主驱动的负荷，整个驱动的速度控制由主驱动来完成。
3、在一些特殊应用中从驱动既需要速度控制，也需要转矩控制，原因是两台电机工作时无法从机械上保证电机的转速一致性，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驱动的速度信号或转矩信号高速和精确地传送到从驱动变频器，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驱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装机柜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/输出接口（ANALOG INPUT/ANALOG OUTPUT）连接实现主从控制6SE70装机柜型变频器的CUVC控制板上集成有可编程的两个回路的ANALOG INPUT(模拟量输入口)和两个回路的ANALOG OUTPUT(模拟量输出口)，在主从应用中主驱动的速度或转矩信号可以通过ANALOG OUTPUT口转换成标准的4-20mA信号输出,而从驱动则是通过ANALOG INPUT口接收主驱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：
在主驱动中可以应用6SE70装机柜型变频器中的自动模块对D/A（数字量/模拟量）转换后的速度或转矩值进行运算之后再把结果当作从驱动的给定值连接到从驱动的P0640.1参数中，在从驱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（实际速度值）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，或者也可以应用自动模块先对K0011进行处理后再连接到相应的连接口，对于变频器的运行命令或控制命令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。这种控制方式的控制特点：利用变频器标准配置的硬件设备就可以实现两个变频器间的主从控制。缺点是这种方式的响应时间为5mS左右，使用软件滤波后响应时间还会增加，另外模拟量信号较容易受电磁干扰，并且数字/模拟和模拟/数字转换器也会有零点漂移，会对设备的控制精度造成影响。因此，这种方法对于速度较低、控制精度要求不高的主从控制来说可以考虑使用。
2、通过西门子SIMOLINK通讯模块连接实现主从控制SIMOLINK通讯。SIMOLINK接口可实现两个（或多个）驱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SIMOLINK上，每个SLB选件作为一个节点，最大节点数目限制到201个。通过SIMOLINK可以实现各种传动装置之间快速的数据传输，并保证各个驱动装置按照一个公共的频率同步工作。在主从应用中可以把主驱动的SLB板设置成主站，其余的设置成从站，主从驱动的速度或转矩分配是由主站的变频器来完成；其接线控制原理图如图4所示：
图4
这种控制方式的控制特点：SIMOLINK(Siemens Motion Link)是以光纤电缆位传输介质的通讯方式，其优点是抗干扰能力强，响应速度快，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，通讯周期为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。
3、通过ProfiBUS通讯模块实现变频器主从控制。西门子6SE70系列装机柜型变频器的CUVC控制板上两个有用于扩展的插口，ProfiBUS通讯模块CBP选件板可以直接插在上面使用。CBP选件板（带Profibus总线的通讯板）可以通过Profibus总线协议将各驱动装置和其他更高级的自动控制系统连接起来。PLC作为主站、变频器通过CBP模块可以作为从站，通过PLC完成两台或以上的变频器进行主从控制，其接线原理图如下图5所示：
在该应用中主从驱动的速度或转矩分配是由PLC来完成。PLC根据两个驱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。这种控制方式的控制优点：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。这种控制方式的缺点是：要求为每台变频器配置一块ProfiBUS通讯模块，成本高，并且需要对PLC等上位机进行软件编程才能实现控制，实现起来比较复杂；变频器仅接收PLC传送的控制信号，不能对外部负载情况进行实时反应；由于采用电缆传输，抗干扰能力比光纤传输要差。所以这种控制方式特别适合在已经配置有ProfiBUS通讯网络，负载相对稳定的驱动中使用。
Abstract: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,and the application on Car Dumper System in Huanghua Port.
[关键词] 主从控制 翻车机 变频器 ProfiBUS、SIMOLINK
Keyword:The Master-Slave Control、Car Dumper、Frequency Converter、Process Field Bus、Siemens Motion Link。
在多个电机驱动的工程应用中，为了保证多个电机的同步和负载分配平衡，在许多应用场合下需要进行主从控制。所谓主从控制，就是当一个驱动设备是由两个或多个电机驱动的时候（以下说明都是以两台电机驱动的主从控制为例来说明），将某一套驱动控制器的速度（或转矩）设定值，传送给另一套驱动控制器上，以此作为这套驱动控制器的速度（或转矩）设定值，进而达到分配各个电机间的负荷使其达到均匀平衡，以满足对驱动系统的控制精度。那么接受速度设定值的驱动控制器则就是称为“从驱动”，发送速度设定值的驱动控制器则就是称为“主驱动”；主/从驱动控制成功与否的关键是看从控制器对自己所控制的驱动电机（马达），与主控制器所控制驱动电机（马达）的速度跟随响应能力；所以，单位时间内的速度差是衡量主/从驱动控制的重要技术指标。
一、主从控制的工作原理
主从应用中主驱动是典型的速度控制，而从驱动是速度或者转矩控制，一般情况下可分为：
1、当主驱动和从驱动的电机轴通过传输带等设备柔性地连接时，从驱动与主驱动之间允许有细微的速度差（参见图2），此时皮带的张力可以保证两台电机的转矩接近一致，这时从驱动需采用速度控制，以保证两台电机的转速保持一致。
2、当主驱动和从驱动的电机轴通过齿轮或链条等相互固定地连接时，由于在机械上已经确保主驱动和从驱动电机之间不能有速度差（参见图1），从驱动使用转矩控制，其工作时只负责输出一定比例的转矩以减少主驱动的负荷，整个驱动的速度控制由主驱动来完成。
3、在一些特殊应用中从驱动既需要速度控制，也需要转矩控制，原因是两台电机工作时无法从机械上保证电机的转速一致性，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驱动的速度信号或转矩信号高速和精确地传送到从驱动变频器，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驱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装机柜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/输出接口（ANALOG INPUT/ANALOG OUTPUT）连接实现主从控制6SE70装机柜型变频器的CUVC控制板上集成有可编程的两个回路的ANALOG INPUT(模拟量输入口)和两个回路的ANALOG OUTPUT(模拟量输出口)，在主从应用中主驱动的速度或转矩信号可以通过ANALOG OUTPUT口转换成标准的4-20mA信号输出,而从驱动则是通过ANALOG INPUT口接收主驱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：
在主驱动中可以应用6SE70装机柜型变频器中的自动模块对D/A（数字量/模拟量）转换后的速度或转矩值进行运算之后再把结果当作从驱动的给定值连接到从驱动的P0640.1参数中，在从驱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（实际速度值）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，或者也可以应用自动模块先对K0011进行处理后再连接到相应的连接口，对于变频器的运行命令或控制命令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。这种控制方式的控制特点：利用变频器标准配置的硬件设备就可以实现两个变频器间的主从控制。缺点是这种方式的响应时间为5mS左右，使用软件滤波后响应时间还会增加，另外模拟量信号较容易受电磁干扰，并且数字/模拟和模拟/数字转换器也会有零点漂移，会对设备的控制精度造成影响。因此，这种方法对于速度较低、控制精度要求不高的主从控制来说可以考虑使用。
2、通过西门子SIMOLINK通讯模块连接实现主从控制SIMOLINK通讯。SIMOLINK接口可实现两个（或多个）驱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SIMOLINK上，每个SLB选件作为一个节点，最大节点数目限制到201个。通过SIMOLINK可以实现各种传动装置之间快速的数据传输，并保证各个驱动装置按照一个公共的频率同步工作。在主从应用中可以把主驱动的SLB板设置成主站，其余的设置成从站，主从驱动的速度或转矩分配是由主站的变频器来完成；其接线控制原理图如图4所示：
图4
这种控制方式的控制特点：SIMOLINK(Siemens Motion Link)是以光纤电缆位传输介质的通讯方式，其优点是抗干扰能力强，响应速度快，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，通讯周期为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。
3、通过ProfiBUS通讯模块实现变频器主从控制。西门子6SE70系列装机柜型变频器的CUVC控制板上两个有用于扩展的插口，ProfiBUS通讯模块CBP选件板可以直接插在上面使用。CBP选件板（带Profibus总线的通讯板）可以通过Profibus总线协议将各驱动装置和其他更高级的自动控制系统连接起来。PLC作为主站、变频器通过CBP模块可以作为从站，通过PLC完成两台或以上的变频器进行主从控制，其接线原理图如下图5所示：
在该应用中主从驱动的速度或转矩分配是由PLC来完成。PLC根据两个驱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。这种控制方式的控制优点：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。这种控制方式的缺点是：要求为每台变频器配置一块ProfiBUS通讯模块，成本高，并且需要对PLC等上位机进行软件编程才能实现控制，实现起来比较复杂；变频器仅接收PLC传送的控制信号，不能对外部负载情况进行实时反应；由于采用电缆传输，抗干扰能力比光纤传输要差。所以这种控制方式特别适合在已经配置有ProfiBUS通讯网络，负载相对稳定的驱动中使用。