1.概述

　　在矿山、冶金、煤炭等工矿企业中，物料的输送是非常重要的工艺环节，其中皮带输送机是主要的输送设备，当被输送的物料量比较大时，会出现多台电机驱动同一条皮带机的传动方式，让皮带机经济、合理和可靠的运行是非常重要的。

　　主/从功能是为多传动应用而设计的，其中系统由多个变频器驱动，同时电机轴通过齿轮、链条或传送带等相互耦合在一起。由于这种主/从控制功能，负载可以均匀地分配在各传动单元之间。一般情况下，主机是典型的速度控制，其它传动单元跟随主机的转矩或速度给定。

　　l 当主机和从机的电机轴通过齿轮、链条等进行刚性连接时，从机应该采用转矩控制模式，以使传动单元之间不存在速度差异。

　　l 当主机和从机的电机轴采用柔性连接时，从机应该采用速度控制模式，因为传动单元之间允许存在微小的速度差异 。

　　在应用中，从机也有可能切换为主机。在这种情况下，可以通过从机的一个数字输入端或通讯方式来完成速度控制和转矩控制之间的自由切换。

　　康必达智能科技有限公司公司经过几年的努力，开发了KBD M-F Driver 主从控制系统先后应用于许多主/从传动项目。该系统具有智能化、标准化、模块化的特点，可以进行伸缩扩展应用于多台电机主从控制。

　　2.设计说明

　　M-F Driver是集成的控制系统，在SIMATIC Manager平台下集成了PLC、人机界面和变频器，采用了统一编程组态、统一通讯网络、统一的数据库，软件分为变频器参数设置、PLC编程、上位机组态三个部分。

　　2.1变频器参数设置

　　M-F Driver主从控制系统变频器使用的是西门子G150和GM150,G150使用于低压电机驱动，GM150使用于中压电机驱动，但是这两种变频器的通讯方式是一样的，可以通过PROFIBUS总线进行参数设置和PLC通讯，变频器参数设置软件为STARTER V4.1,该软件可以随变频器升级而不断升级。

　　M-F Driver可应用于1台、2台、3台甚至更多的电机控制。

　　3台电机的配置如下图所示;2台电机分为2种情形：1#和3#组合以及1#和2#组合。

　　从图中我们可以看到，1#和2#是在机械上同轴联结在一起的，所以这2台电机的实际速度绝对是完全相同的;而1#和3#就有可能存在着少许的速度偏差。

　　对于皮带机的这3台电机来说，最理想的状态是3台电机的输出电流完全相同，可以采用合适的变频器参数和PLC控制程序来接近这个目标，3台变频器采用PROFIBUS-DP控制方式，通讯协议采用PROFIdrive。

　　变频器参数设置方法如下：

　　(1) 在SIMATIC Manager下，插入3台变频器。将3个传动装置进行组态，具体操作参看G150说明书，将其中1#设为主传动设备，与其同轴联结的2#为纯转矩控制方式，3#为速度控制加力矩限幅的控制方式。

　　(1) 1#变频器的参数设置

　　打开变频器参数设置画面，设置如下参数：

　　l PROFIBUS通讯参数设置

　　变频器输入参数 PZD1:系统控制字

　　PZD2:频率设定字

　　见下图：

　　l 变频器输出参数

　　PZD1--变频器实际速度(经过平滑计算后)

　　PZD2--变频器实际电流(经过平滑计算后)、

　　PZD3--变频器实际转矩(经过平滑计算后)、

　　PZD4--变频器速度环输出的转矩设定值(非常重要)、

　　PZD5--为变频器状态字

　　PZD6--为变频器故障和报警字

　　l 变频器控制参数设置

　　在速度设定环节对变频器的速度设定进行定义：

　　在此我们将其定义为速度设定值来自PLC通讯。

　　l 电机额定参数设置

　　设置电机额定电压、额定电流、额定频率

　　(1) 2#变频器的参数设置如下：

　　l PROFIBUS通讯参数设置：

　　变频器输入参数PZD1--系统控制字

　　PZD2--频率设定字

　　PZD3--速度/转矩控制方式的切换命令

　　PZD4—PLC给出的转矩设定

　　变频器输出与1#相同

　　l 变频器控制参数设置

　　控制逻辑和速度环节的组态与1#基本相同，在转矩设定环节，STARTER显示如下：

　　l 电机额定参数设置

　　设置电机额定电压、额定电流、额定频率

　　(2) 3#变频器的参数设置

　　l PROFIBUS通讯参数设置

　　变频器输入 PZD1--系统控制字

　　PZD2--频率设定字

　　PZD3--为转矩限幅值

　　控制逻辑和变频器输出与1#相同

　　l 变频器控制参数设置

　　速度环节的组态如下：

　　注意：在速度设定环节中，增加了1个辅助设定2%，目的是让3#的速度设定比1#主机快1Hz。

　　转矩限幅环节的组态如下：

　　l 电机额定参数设置

　　设置电机额定电压、额定电流、额定频率

　　2.2 PLC编程

　　KBD M-F Driver 主从控制系统PLC采用西门子S7-300，CPU为315-2DP,集成了PROFIBUS通讯口，通过PROFIBUS控制变频器和人机界面通讯，编程工具为LAD,STL,编程方法如下：

　　(1) 在SIMATIC Manager下，新建一项目M-F DRIVER，插入站点“SIMATIC 300”，

　　和变频器。

　　配置I/O模块，设置变频器通讯参数。

　　(1) 编写程序功能块，程序主要由以下模块组成

　　l I/O点表和符号表

　　l 信号处理模块

　　l PLC与变频器通讯功能块

　　l 变频器控制功能块

　　2.3 人机界面组态

　　人机界面采用西门子触摸屏,组态软件采用WINCC FLEXIBLE,组态方法如下：

　　(1) 在M-F DRIVER项目下，插入站点“SIMATIC HMI Station”

　　(1) 导入变量、组态变量记录、组态报警记录、组态运行画面

　　3.软件功能

　　M-F Driver软件应用于皮带输送机多台电机控制，变频器使用西门子低压变频器G150和中压变频器GM150,PLC采用S7-300，通讯采用PROFIBUS现场总线。电机可使用1台、2台、3台，甚至多台，根据需要伸缩扩展，保证多台电机按同样的速度同步运行，且输出电流平均分配，负载均衡，以达到节能的目的。

　　该系统具有数据归档、报警等功能，通过网络接入其它控制系统和管理网络。

　　4.软件特点

　　(1) 软件全集成，在SIMATIC Manager平台下集成了PLC、人机界面和变频器，可以在多种操作系统下运行。

　　(2) 提供多种软件工具，选型、编程组态、调试、节能计算。

　　(3) 多种控制方式—V/F曲线、闭环矢量、闭环速度、闭环转矩。

　　(4) 多台电机同步控制，使设备更加运行平稳、可靠，节能。

　　(5) 完善的皮带监测和保护。

　　(6) 中文人机界面，显示丰富直观，操作方便。

　　5.操作简介

　　M-F Driver软件操作分为工程技术人员调试和工艺操作人员操作。操作方法如下：

　　(1) 在变频器参数设置完毕、PLC编程和人机界面组态完成后，通过PROFIBUS网络将程序下载到PLC,变频器参数下载到变频器。

　　(2) 第一次运行变频器之前，变频器进行电机的静态和动态辨识，如果现场的条件不允许，可以只做静态辨识，速度环节可以在实际运行中微调，具体操作见变频器操作手册。

　　(3) 在系统启动前，PLC检查所有保护器是否正常，首先由各种传感器检测出皮带机的各种信号，变频器的状态信号，前后连接皮带的允许启动信号，这些信息全部输入到PLC内部，这些信号有拉绳急停开关、烟雾信号、堆煤信号、纵撕信号、跑偏信号、变频器准备信号、上下皮带启动联锁信号。

　　(4) 在所有设备准备就绪后，启动皮带，PLC发出运行警戒信号，皮带延线警戒灯闪烁10秒(时间可调)，结束后PLC首先启动电机散热风机、减速机散热风机、启动制动器松开抱闸，制动器开到位时反馈回一开到位信号给PLC，必须是三台制动器全部松开到位，此时PLC启动变频器，在触摸屏输入给定频率，变频器按PLC给定的运行信号输出频率，控制电机按给定的“S”形曲线软启动。变频器在设定的加速时间下匀速上升，皮带达到额定速度时启动完毕，PLC实时检测皮带速度与滚筒速度，当二者速度差值超过规定值，紧急停车，并发出打滑报警信号。停车时，首先减速停止变频器，变频反馈信号确认已全部停机，检测皮带速度降为0时启动制动器，包死电机轴，停车完毕。

　　(5) 皮带正常启动后，PLC实时检测皮带各保护器的状态，变频器的电流、转拒，减速机油温，滚筒温度等。发生以下情况后PLC发出报警或停车：

　　l 当有紧急事故人为触发急停时，PLC急停所有变频器，制动器立即动作抱死电机轴实施制动停车，以最快的方式停车，将事故损害减小到最小。

　　l 所有温度超过高限时PLC只发出报警信号而不停机，触摸屏会显示报警，温度继续上升超过高高限时，PLC发出故障信号并正常停车。

　　l 发生皮带跑偏时会报警，连续10秒时将报故障并正常停车。

　　l 发生堆煤、烟雾、打滑时将报故障并正常停车。

　　l 制动器发生故障开到位信号丢失时变频器将急停。

　　l 多台变频器联动状态下其中一台变频器发生故障时紧急停车，以保证不损坏其它变频器。检测皮带速度降为0时制动器报闸。