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前言
隨著(zhù)生產(chǎn)技術(shù)和裝備水平的不斷提高，特別是在一些使用大型設備進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中，利用多臺電動(dòng)機對同一臺設備進(jìn)行驅動(dòng)得到了廣泛的應用，此時(shí)對多臺電機負載進(jìn)行分配控制就顯得尤為重要。
濟鋼第三煉鋼廠(chǎng)引進(jìn)VAI(奧鋼聯(lián))的板坯連鑄機中，為了實(shí)現對多達20臺拉矯電機的控制，就采用了負載分配控制技術(shù)。為了保證鑄坯上的拉矯力矩為一個(gè)常數，在每個(gè)電機之間提供了負載分配功能。根據所有電機上的總拉矯電流，負載分配控制器能為拉矯電機計算出一個(gè)相應的修正后的速度設定值（速度偏差），把修正后的設定值與拉矯電機的實(shí)際給定值相加，他們的和作為總的速度給定值送給相應的拉矯電機變頻器，就可以通過(guò)變頻器的矢量控制實(shí)現對電機的負載分配。根據所有拉矯電機的總負載，可以在HMI上通過(guò)設定每臺電機的各自負載因數對每臺電機的負載進(jìn)行校正，負載因數可以在-100..0..+100 %之間變化，一個(gè)負的負載因數產(chǎn)生的力矩反作用于澆注方向，以防止鑄坯下滑。這樣，通過(guò)采用負載分配技術(shù)，就可使整個(gè)扇形段中的鑄坯上的拉矯力矩為一個(gè)常數，確保了板坯表面承受的拉力不變，不至于在拉矯過(guò)程中因拉力不均勻造成板坯的質(zhì)量出現問(wèn)題；同時(shí)，通過(guò)對紅坯的鑄流跟蹤，PLC自動(dòng)修正負載因數以保證不同冷卻情況下的紅坯承受不同的壓力，以保證紅坯表面質(zhì)量；所有這些都確保了鑄坯的質(zhì)量。另外，實(shí)現拉矯電機的負載分配控制后，可以確保每臺拉矯電機不會(huì )產(chǎn)生過(guò)載現象，以保證電機的可靠運行，提高電機的運行壽命，減少設備故障率，從而達到提高生產(chǎn)效率的目的。

2 控制功能的實(shí)現
根據圖1的控制原理圖可知，要想實(shí)現對電機負載力矩的分配，主要控制過(guò)程可分為三部分：
l 在PLC內實(shí)現負載控制器程序的設計。
l 在PLC和變頻器之間進(jìn)行數據通訊，PLC從變頻器中讀取實(shí)際力矩，用作負載控制器的輸入信號；變頻器從PLC中讀取速度給定值（速度設定值+負載力矩控制器輸出的偏差值），用作變頻器的給定信號。
l 在變頻器中利用矢量控制方式對單臺電動(dòng)機對速度和力矩進(jìn)行控制。
因此，為實(shí)現對多臺電動(dòng)機的負載分配控制，主要的控制過(guò)程就是對上述三個(gè)過(guò)程進(jìn)行設置。濟鋼第三煉鋼廠(chǎng)引進(jìn)VAI(奧鋼聯(lián))的板坯連鑄機中，PLC采用了SIEMENS的S7—400系列的PLC作為主站，變頻器采用SIEMENS書(shū)本型變頻器(MASTERDRIVERS VC )作為DP從站，主站與從站之間采用PROFIBUS總線(xiàn)進(jìn)行通訊；變頻器采用編碼器檢測速度反饋組成速度閉環(huán)，實(shí)現矢量控制。下面對利用PLC進(jìn)行負載控制器的設計和PLC與變頻器的PROFIBUS通訊進(jìn)行介紹，而對于變頻器的矢量控制因其應用比較多，這里不作介紹。
2.1 負載控制器的設計
　　由于負載控制器的輸出是作為變頻器速度設定值的偏差參與控制，因此負載控制器是在PLC中通過(guò)編程來(lái)實(shí)現的。濟鋼第三煉鋼廠(chǎng)板坯連鑄機中，控制系統中使用了S7—400系列的SIEMENS PLC，負載控制器的程序設計是由SIEMENS的STEP7進(jìn)行編程的。由圖1負載分配控制原理圖可知，首先將力矩設定值Fseti和從變頻器中讀出的力矩實(shí)際值Frefi進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)一個(gè)PID調節器的控制后輸出一個(gè)修正后的速度設定值，作為電機速度設定值的一個(gè)偏差值與速度給定值相加作為總的速度給定值（VTseti）輸入到變頻器中，參與電機的調速過(guò)程，從而對拉矯電機實(shí)現負載分配控制和速度控制。在PLC中實(shí)現力矩的PID調節的程序流程圖，如圖2所示。

2.2 PLC與變頻器的通訊
為了對拉矯電機進(jìn)行負載分配控制，PLC中的負載控制器要隨時(shí)從變頻器中讀取每臺電機的實(shí)際力矩，同時(shí)要將總的速度給定值寫(xiě)入變頻器對拉矯電機進(jìn)行負載控制和矢量控制。因此，正確實(shí)現PLC與變頻器之間的信息通訊是整個(gè)負載分配控制的關(guān)鍵一環(huán)。
濟鋼第三煉鋼廠(chǎng)引進(jìn)VAI(奧鋼聯(lián))的板坯連鑄機中，PLC采用了SIEMENS的S7—400系列的PLC，變頻器采用SIEMENS書(shū)本型變頻器(MASTERDRIVERS VC )，它們之間采用PROFIBUS總線(xiàn)進(jìn)行通訊。PROFIBUS 是符合歐洲標準 EN 50170的一種現場(chǎng)總線(xiàn)標準，它主要采用OSI通訊協(xié)議層中的1—2層。主站與主站之間 PROFIBUS是根據令牌傳遞過(guò)程工作的，即在一個(gè)邏輯環(huán)中，主站成為一個(gè)確定時(shí)間窗口的令牌保持著(zhù)，在這個(gè)時(shí)間窗口內，擁有令牌的主站能夠與其他主站通訊。同時(shí)它使用一個(gè)較低的主--從過(guò)程，實(shí)現與從站通訊。這里采用了PROFIBUS—DP總線(xiàn)方式，允許在PLC和傳動(dòng)裝置（例如，變頻器）之間進(jìn)行快速的數據交換。對傳動(dòng)裝置的存取總是按照主--從方式進(jìn)行的，傳動(dòng)裝置總是從站，且每個(gè)從站本身都有明確的地址。PROFIBUS周期性傳輸的報文結構如圖3所示：

對于傳動(dòng)裝置可用數據區被劃分成2個(gè)數據區，它們以各自的報文進(jìn)行數據傳送。
·過(guò)程數據區（PZD）：控制字和設定值；或狀態(tài)字和實(shí)際值。
·參數區：（PKW）：用于讀寫(xiě)參數，讀出故障信息等。
根據自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )中傳動(dòng)裝置的任務(wù)不同，用于PROFIBUS—DP主站到變頻器通訊類(lèi)型的PPO被分為5種。在這套系統中采用了PPO2型通訊報文，它的報文結構如圖4所示：

3 結束語(yǔ)：
總之，在多臺電機驅動(dòng)同一設備的過(guò)程中使用負載分配控制技術(shù)，對于提高產(chǎn)品的質(zhì)量以及減少設備的故障率方面具有極大的作用。特別是在濟鋼第三煉鋼廠(chǎng)板坯連鑄機的拉矯系統中采用負載分配技術(shù)后，不僅使每臺拉矯電機作用在紅坯上的拉力為一常數，確保了鑄坯的表面質(zhì)量；而且根據不同位置的鑄坯內部凝固情況，使鑄坯承受相應的壓力，以確保了鑄坯的內部質(zhì)量。同時(shí)，由于實(shí)現了負載分配，避免了多臺電機中某些電機由于承受負載不均勻或過(guò)載而影響其運行和壽命，這樣即減少了設備故障率，提高了生產(chǎn)效率；又大量減少電機的消耗，節約了設備維修費用。由此可見(jiàn)，對多臺拉矯電機使用負載分配控制技術(shù)，無(wú)論是在提高產(chǎn)品質(zhì)量方面，還是在提高電機壽命方面，均取得了明顯的經(jīng)濟效益。

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