应用西门子G120实现V/F控制模式的转矩控制与调节

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当前新冠肺炎疫情严控阶段，每个人都需要响应国家的号召，阻止疫情传播呆在家里不能上班。所以有大把的时间，浏览技术论坛里的帖子。回顾和思考自己感兴趣的专业问题。当我看到一个以前曾经参与的问题讨论，是说用西门子的变频器，能不能自己搭PID闭环控制，用于对感应电机的调速？于是产生了兴趣。在这个帖子的讨论中，基本没人建议其可行性。都是劝说提问者利用西家传动提供的闭环控制结构去完成设计需求。现在重新看了一下G120提供的技术文件。认为这个问题，很值得研讨。且本问题是具有其可行性和趣味性的一个应用。

西家传动中通用变频器的转矩控制模式

按照以往使用西家传动变频器的已有的惯性思维知识点，我们会想到，若对感应电机进行转矩控制，只能是使用SLVC或者VC控制模式，才有这样的转矩控制功能。因为感应电机的矢量控制，就把交流电机调速像直流电机调速那样，在控制系统里采用矢量坐标变换实现的控制功能。采用传统的V/F控制模式，不能进行转矩控制，它是开环的频率给定，实现对感应电机的调速。

但是，我们在通过使用西门子的通用性变频器MM440系列和G120系列过程中，发现西门子给出V/F控制有很多种不同的“宏”模式。比如，P1300 = 19，这个功能叫“独立电压控制”。它采用了两个设定点通道，实施对感应电机V/F调速控制。这两个通道，一个是速度设定点（也就是感应电机频率设定点）；另外一个是电压设定点（实际是感应电机决定电流的设定点）。于是，控制感应电机转矩，一个新的控制思路由此产生，在此加以交流探讨。因为P1300 = 19，频率设定点和电压设定点两个通道，我们均可以自己搭建开闭环调节器。这就为V/F控制模式下，实现感应电机转矩提供了个性化设计、应用的可能。

利用这个功能，我们不仅可以用西家传动的通用型变频器实现对交流感应电机调速控制，还能实现其他的负载设备应用。比如说，定制的电源；能耗制动；恒温加热等等。

用P1300 = 19模式做外闭环控制，实现对交流感应电机转速闭环控制与转矩闭环控制。我曾经在几年以前写过一篇文章。那是，提出自己的方案，仅仅是纸上谈兵的设想。现在通过针对接近开关码盘的转速信号输入G120，以及利用G120内置的自由功能块实现转矩闭环控制的应用，我都已经在实际中尝试过了。并积累了使用经验。因此对这种自己设计的闭环应用很有自信。

注：本文所述的条件都是基于对交流感应电机稳态运行的调速控制。不涉及瞬态运行。因为，G120内置自由功能块的模拟量块，时基最短也要128ms。做瞬态控制就显得时间太长了。根本不够用。

可行性的方案设计

闭环的P1300 = 19应用方案设计，可由下面的几张功能框图概览来表示。为了方便概览，借用MM440的功能图来说明。因为G120的对应功能图里，没有嵌入PID工艺调节器的微调形式。所以，拿MM440的设定值通道功能图概览来表示，是一样的。


图1-G120的设定值输入概览。如果激活内置PID工艺调节器，即可构成V/F的转速闭环控制微调补偿。转速设定作为工艺调节器的设定值，同时加在P1070上；转速的实际值，可以是安装在电机旋转轴上的接近开关的码盘信号。通过端子输入，获取r586参数，连接到工艺调节器的反馈输入端。见下图示



图2-r586可以去连接工艺调节器反馈信号输入端。即可构成速度控制的闭环。



图3-V/FG120的V/F模式概览。图中A点作为决定感应电机运行转矩的电压信号设定端。



图4-利用G120内部提供的自由功能块，自己搭闭环转矩控制调节器。

结束语

综上所述。就目前G120通用变频器所提供的功能，完全可以用传动控制器本身，设计和制作一个个性化的闭环控制系统。无需外部的控制器支持。即可实现针对感应电机稳态运行中，完美的V/F转速和转矩开闭环控制。没有任何压力，分分钟搞定。
来源：西门子工业技术论坛