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Modbus技術(shù)在變頻調(diào)速系統(tǒng)上的應(yīng)用

發(fā)布時間:2012-3-13 23:08    發(fā)布者:1770309616
1 引言
  預(yù)縮機(jī)是印染行業(yè)中織物后整理的最后一道工序,它是將織物經(jīng)過機(jī)械物理預(yù)縮(橡膠毯)的方法,使其預(yù)縮率降低,手感改善。基本配置由四個單元組成:給濕單元、橡膠毯預(yù)縮單元、呢毯整理單元和出布單元。給濕單元完成預(yù)縮前的給濕準(zhǔn)備,以使織物擁有一定的含濕量,便于織物預(yù)縮。其拖動部分為一只糙皮輥。由一個2.2kw電機(jī)拖動。橡膠毯預(yù)縮單元是本機(jī)的核心,主要是通過橡膠毯擠壓以使織物經(jīng)向產(chǎn)生收縮。擠壓由一個φ616mm的輥筒和另一個輥筒的相對運(yùn)動完成,拖動由一個15kw的電機(jī)完成。呢毯整理單元主要用以烘干織物和改善手感,由一個3kw的電機(jī)拖動一個φ2000mm的大滾筒完成。出布單元由一個1.5kw的電機(jī)拖動擺布斗完成。
  其工藝流程:進(jìn)布單元→橡膠毯預(yù)縮單元→呢毯整理單元→落布單元。
2 系統(tǒng)配置方案
  在本方案中,觸摸屏采用日本proface公司生產(chǎn)的gp系列,plc采用西門子公司s7-226系列,變頻器采用丹佛斯vlt2900系列,由于該系列變頻器內(nèi)已經(jīng)內(nèi)置了rs485接口且支持modbus協(xié)議,故這使該系統(tǒng)性價比非常高。s7-226系列的cpu內(nèi)置了兩個通信口,這兩個通信口都為rs485接口,均可在三種方式下工作,即ppi方式、mpi方式及自由通信口方式。ppi是point-to-point的縮寫,即點(diǎn)對點(diǎn)方式,是西門子公司專為s7-200系列開發(fā)的一個通信協(xié)議,在本案中,筆者可把其中的一個通信口設(shè)置為該方式,用以連接hmi,進(jìn)而做人機(jī)交換信息用。而第二個通信口我們把它設(shè)置成自由口通信方式。自由口通信方式是s7-200系列非常有特色的功能。在該方式下,依據(jù)和他通信的其他設(shè)備的公開的通信協(xié)議來編程s7-200的通信。筆者在本方案中用它連接變頻器以實現(xiàn)它們之間的相互通信。相關(guān)系統(tǒng)框圖如圖1所示(基于本文闡述的重點(diǎn),其它的如變頻器和電機(jī)組成的自反饋系統(tǒng)不再畫出和贅述)。

3 自由口通信和modbus協(xié)議
  自由口通信和modbus協(xié)議在s7-226和丹佛斯vlt2900系列變頻器的應(yīng)用過程如下:
  3.1通訊協(xié)議及其在plc和變頻器上的基本設(shè)置
  既然雙方控制器要建立通信,它們必將共同遵循一定的規(guī)約,這即稱之為協(xié)議。本系統(tǒng)中,plc建立的通訊規(guī)約將依從于變頻器的規(guī)約,即modbus協(xié)議,這是因為s7-200支持自由口通信模式。
  (1)自由口通信模式
  cpu串行通信口可由用戶程序控制,這種操作模式稱作自由口通信模式。在該模式下,用戶程序可以使用接受中斷、發(fā)送中斷、發(fā)送指令(xmt)和接受指令(rcv)來進(jìn)行通信操作。利用該模式,plc可以和任意第三方串口進(jìn)行通信。smb30(用于端口0)和smb130(用于端口1)用于選擇波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位數(shù)和通信協(xié)議。
  (2)modbus通信協(xié)議
  modbus通信是一種被用于在智能設(shè)備間建立主從方式的通信,它可以通過如rs232c、rs485等多種傳輸方式進(jìn)行傳播。它分為兩種串行傳輸方式:ascii和rtu(remoteterminalunit,遠(yuǎn)程測控中斷)。它們定義了數(shù)據(jù)如何打包、解碼的不同方式。丹佛斯vlt2900系列支持的是rtu方式,其格式是:
         
  其中奇偶校驗和停止位可以是0,即可以沒有。
  modbus由一個主站(plc)和最多31個從站(本系統(tǒng)中為4個)組成。主站負(fù)責(zé)發(fā)送指令,從站則是響應(yīng)指令。在某一時刻,只能有一個從站能和主站進(jìn)行連接。
  丹佛斯vlt2900系列變頻器內(nèi)置了rs485物理接口,且同時支持modbus協(xié)議。其相關(guān)的參數(shù)如站地址、波特率、校驗等在561#、500#、570#及501#參數(shù)組內(nèi)設(shè)置。
  3.2 plc和變頻器通信的信號格式
  (1)丹佛斯vlt2900系列變頻器支持標(biāo)準(zhǔn)的modbus-rtu信號,其格式如下:
         
  驅(qū)動器地址:本文為變頻器地址。值為0~32,若設(shè)定為0,即為廣播方式,則從plc同時向所有的變頻器傳送指令信號,而變頻器不反饋響應(yīng)信號。
  功能碼:丹佛斯vlt2900系列支持以下幾種功能碼(16進(jìn)制)。
         
  數(shù)據(jù):存儲寄存器地址和數(shù)據(jù)組合構(gòu)成一組數(shù)據(jù)。因指令的內(nèi)容不同數(shù)據(jù)長度不同。
  故障檢查:對于rtu方式,一般采用crc-16的方式進(jìn)行,后面將做進(jìn)一步的說明。
  (2)丹佛斯vlt2900系列變頻器編址
  既然plc與變頻器通信時操作對象是存儲器,故變頻器內(nèi)部必須有plc能識別的存儲器地址相對應(yīng)。變頻器生產(chǎn)廠家不同會導(dǎo)致其編址方法的不同。丹佛斯vlt2900系列變頻器編址和你在其說明書上看到的參數(shù)號是遵從一等式的,即
  參數(shù)地址(hex)=[(參數(shù)號×10)-1](dec)。
  (3)modbus信號舉例
  通過重寫控制字與參考值的方式,啟動電機(jī)并使之運(yùn)行在50%的轉(zhuǎn)速下:
  指令信號:[01] [0f] [00] [00] [00] [20] [04] [7c] [04] [00] [20] [9d][01]
  該指令中:
  [01]為驅(qū)動器地址
  [0f]為功能碼,是指本命令為寫多個位存儲器指令;
  [00] [00]指出將要寫入數(shù)據(jù)的起始地址為位存儲器的首地址。
  [00][20]為寫入長度,20hx=32dec位數(shù)據(jù)。
  [04]為要寫入位的總字節(jié)數(shù)為4個。
  [7c] [04] 047c是啟動電機(jī)的控制字內(nèi)容,在實際傳輸中為低位前置。
  [00] [20]為電機(jī)運(yùn)行的參考值,在實際傳輸中低位前置。
  [9d] [01]為計算出的crc-16值
  正常時其響應(yīng)信號應(yīng)為:
  [01] [0f] [00] [00] [00] [20] [54] [13]
  按頻率指令60.0hz傳送到1#變頻器(地址為01),
  指令信號:[01][06][04][0f][00][3c][b8][e8]
  正常時響應(yīng)信號為: [01][06][04][0f][00][3c][b8][e8]
  3.3信號的發(fā)送和接受指令
  當(dāng)信號格式被確定后,筆者所要做的是從plc如何把它們發(fā)送出去和如何接收變頻器的響應(yīng)信號了,在自由口模式當(dāng)中,信號可以用xmt命令發(fā)送,用rcv命令接收,另外,還可以利用smb2(接收緩沖字節(jié))配合其它如mov指令等來實現(xiàn)字符的接收。在s7-200系統(tǒng)中,設(shè)計了諸如發(fā)送完成、接收完成等中斷事件,則將很方便的通過它們來控制整個程序的運(yùn)行。
4 plc程序的設(shè)計
  (1)數(shù)學(xué)模型
  由于各個單元間是采用線性比例同步的,所以構(gòu)建其數(shù)學(xué)模型非常簡單,只要使某單元的轉(zhuǎn)速和其相鄰上一級單元遵循數(shù)學(xué)公式v1=k×v2即可。為了調(diào)節(jié)兩單元之間的張力,只需調(diào)節(jié)兩單元間比例k即可。這里需提醒注意的是:某一單元的轉(zhuǎn)速必須以上一級為基礎(chǔ)進(jìn)行比例調(diào)節(jié),這樣才不至于在調(diào)節(jié)單元的速度時,影響其它單元間的張力。
  (2)程序框圖及其說明
  程序框圖如圖2所示。

  (3)程序結(jié)構(gòu)說明
  程序結(jié)構(gòu)包括主程序、初始化子程序、停車子程序、開車子程序、比例設(shè)定子程序和速度計算子程序。其中與通信有關(guān)的程序有crc-16校驗程序、發(fā)送中斷程序、接收中斷程序等。下面主要介紹一下crc-16校驗程序。
  crc是 “cyclical rendundancy check” (循環(huán)冗余碼校驗)的英文簡稱。
  crc碼為2個字節(jié),16位的二進(jìn)制值。故又叫crc-16。由發(fā)送設(shè)備計算crc值,并把它附到信息中去。接收設(shè)備在接收信息過程中再次計算crc值并與crc的實際值進(jìn)行比較,若二者不一致,亦產(chǎn)生一個錯誤,校驗開始時,把16位寄存器的各位都置為“1”,然后把信息中的相鄰2個8位字節(jié)數(shù)據(jù)放到當(dāng)前寄存器中處理,只有每個字符的8位數(shù)據(jù)用于crc處理。起始位,停止位和校驗位不參與crc計算。
  crc校驗時,每個8位數(shù)據(jù)與該寄存器的低位內(nèi)容進(jìn)行異或運(yùn)算,然后向最低有效位(lsb)方向移位,同時用零填入最高有效位(msb)后,再對lsb檢查,若lsb=1,則寄存器與生成多項式(16#a001)異或,若lsb=0,不作異或運(yùn)算。
  重復(fù)上述處理過程,直至移位8次,最后一次(第8次)移位后,下一個8位字節(jié)數(shù)據(jù)與寄存器的當(dāng)前值異或,再重復(fù)上述過程。全部處理完信息中的數(shù)據(jù)字節(jié)后,最終得到的寄存器值為crc值。
  在程序編制時,可以使用for/next指令,并使用一次嵌套。在發(fā)送時,crc值附加到信息時,低位在先,高位在后。
5 結(jié)束語
  通過實踐證明,該方案使得系統(tǒng)布線變得簡單,使系統(tǒng)的抗干擾性明顯增強(qiáng)。為該設(shè)備的系統(tǒng)升級作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。


……艾默生變頻器及PLC在恒液位控制中的應(yīng)用

1 引言
  包鋼帶鋼廠璇流井水系統(tǒng)是為軋線供生產(chǎn)用水,整個水系統(tǒng)是循環(huán)運(yùn)行的。為保證璇流井內(nèi)水位保證基本平衡,通過5#泵(110kw)將水池內(nèi)循環(huán)水再抽到外面,防止水溢出。由于原有系統(tǒng)采用軟啟動器啟動,不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,水位的控制依靠人為值守,通過開閥和關(guān)閥來控制。如無人值守,在低液位會造成水泵抽真空而損傷泵體(氣蝕);高液位則會淹沒水泵房造成停電事故。為此,我們設(shè)計變頻恒液位控制系統(tǒng),液位檢測采用超聲波液位器(百特公司產(chǎn)品),通過變頻器內(nèi)部pid構(gòu)成液位閉環(huán),實現(xiàn)液位的自動恒定控制。
2 變頻恒液位控制系統(tǒng)構(gòu)成
  系統(tǒng)水泵電機(jī)為110kw,4極,轉(zhuǎn)速1480r/min。設(shè)計采用ev2000-4t1100p系列通用變頻器作為水泵電機(jī)控制核心。液位檢測采用百特工控公司生產(chǎn)fbson-y-05-n系列超聲波物位檢測儀,供電電源為ac220v,一體式安裝。量程最大可達(dá)到5m,實際檢測水位最高1.85m。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

  采用一臺ec20-1006bra作簡單的繼電連鎖,除了和舊系統(tǒng)進(jìn)行連鎖(互鎖),還有變頻器的簡單啟動和停止及報警。本系統(tǒng)還另外裝有一臺ec20-1006bra,通過串口與一臺數(shù)傳電臺相通訊(modbus),來實現(xiàn)和另外一個水泵房(凈環(huán)泵房)實現(xiàn)連鎖。當(dāng)璇流井有高液位報警時,通過plc及數(shù)傳電臺傳送到凈環(huán)泵房,由操作人員確定水泵的啟動和停止(由于二者距離太遠(yuǎn),且不適合電纜敷設(shè),所以采用無線數(shù)傳的方式)。
  其中璇流井內(nèi)plc設(shè)置為主站,凈環(huán)內(nèi)plc為從站。數(shù)傳電臺采用深圳科立訊生產(chǎn)的pt6080無線數(shù)傳電臺,它是利用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù),無線射頻技術(shù),數(shù)字處理技術(shù)設(shè)計的功率較大,體積較小的模塊式半雙工數(shù)傳電臺,采用smt新工藝,選用高質(zhì)量的元器件。抗干擾能力強(qiáng),精致堅固,結(jié)構(gòu)緊湊,安裝方便。數(shù)話兼容,數(shù)傳可優(yōu)先。rs-232、rs-485及ttl多種接口可供選擇,適應(yīng)面寬。原理圖如圖2和圖3所示。

3 變頻恒液位控制參數(shù)及工作原理
  3.1 ev2000通用技術(shù)規(guī)格
  ev2000通用技術(shù)規(guī)格如附表所示。

  3.2 實現(xiàn)璇流井內(nèi)恒液位控制
  此時,筆者采用給定電位計作為液位給定,反饋采用超聲波液位儀(變送輸出4-20ma)。
  通過變頻器內(nèi)部的pid調(diào)節(jié)器做壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)。變頻器參數(shù)設(shè)置如下:
  fp.01=0 參數(shù)寫保護(hù)選擇,全部參數(shù)允許改寫
  f0.00=3 給定為vci模擬給定
  f0.03=1 端子運(yùn)行
  f0.04=0 轉(zhuǎn)向為正向
  f0.08=1 負(fù)載為風(fēng)機(jī)類
  f0.10=15 加速時間
  f0.11=15 減速時間
  f0.14=1 v/f曲線設(shè)定(2次冪,泵類負(fù)載特性)
  f5.00=1 閉環(huán)運(yùn)行有效
  f5.01=1 給定為vci
  f5.02=1 反饋為cci(注意要做調(diào)線改動),超聲波輸出
  f5.09=20 最小給定量對應(yīng)反饋(4ma ,相對于20ma為20%)
  f5.12=0.10 比例增益
  f5.13=0.05 積分時間
  fh.00=4 4極電機(jī)
  fh.01=110 功率110kw
  變頻器內(nèi)部pid控制框圖如圖4所示。

  3.3超聲波參數(shù)設(shè)置
  (1) 測量模式選擇:距離測量,如圖5所示。

  (2) 測量范圍:0-185cm。
  (3) 響應(yīng)速度選擇:慢速。
  (4) 安全物位:保持。
  超聲波工作電壓220vac,輸出信號為4~20ma。
  為可靠檢測液位,使用超聲波變送器必須使其響應(yīng)速度較慢。這是因為過快的響應(yīng)速度,會造成外界干擾信號的擾動,使液位信號變化太快,影響了正常的設(shè)備運(yùn)行。降低速度,可以使信號綜合平均后輸出實際穩(wěn)定電流信號。
4 結(jié)束語
  經(jīng)過現(xiàn)場一段時間的運(yùn)行,變頻恒液位運(yùn)行效果非常好。當(dāng)用電位計設(shè)定一個液位高度后,變頻器以恒液位控制方式運(yùn)行。當(dāng)液位設(shè)定為70cm,實際檢測璇流井內(nèi)的液位基本在60~80cm之間恒定。當(dāng)液位低于70cm,變頻器頻率降低,直到最后停止在最低運(yùn)行頻率(20hz)。這是因為如果變頻器運(yùn)行頻率過低,水泵的揚(yáng)程不夠,電機(jī)功率白白損耗掉,不利于節(jié)能運(yùn)行。設(shè)置最低運(yùn)行頻率,能夠使水泵揚(yáng)程達(dá)到要求(璇流井內(nèi)循環(huán)水不會造成在最低的運(yùn)行功率下導(dǎo)致液位過低而水泵抽真空)。變頻器的頻率一般在生產(chǎn)的時候達(dá)到35~45hz左右,這樣的節(jié)能率是非常高的(40%左右),而且恒液位控制大大的降低了操作人員的勞動強(qiáng)度。當(dāng)由于某種原因造成液位過高時,通過ec20plc和數(shù)傳電臺還可以為上級泵站提供信號,實現(xiàn)泵站水系統(tǒng)的連鎖控制,保證了正常的生產(chǎn)供水要求,同時也大大地節(jié)約了電能(35%以上),為包鋼節(jié)能降耗工程作了一個典范工程。


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1770309616 發(fā)表于 2012-3-13 23:40:08
淺談變頻控制柜設(shè)計安裝規(guī)范

1 引言
  進(jìn)入21世紀(jì)來,國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)得到了飛速發(fā)展,已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個行業(yè),促進(jìn)了節(jié)能降耗,極大的提高了我國工業(yè)電氣傳動水平。但隨著變頻器的推廣與應(yīng)用,需要注意和解決的問題就慢慢浮出水面。例如變頻控制柜如何設(shè)計、安裝、測試等,面對的一系列問題與要求,是許多變頻器制造商、代理商、電氣工程師、直接用戶想急需了解或做得不夠完善的問題。本文我們將重點(diǎn)淺談、分析、處理這些問題。
2 變頻控制柜設(shè)計前的要求
  變頻控制柜設(shè)計安裝前,設(shè)計者不僅要考慮變頻控制柜的正常工作條件,還要考慮可能發(fā)生的故障條件以及隨之引起的故障、可預(yù)見的誤操作以及諸如溫度、海拔、污染、濕度、電網(wǎng)電源的過電壓和通信線路的過電壓等外界影響。一定要了解控制柜的配制、工作方式、工作環(huán)境、控制方式、以及客戶要求等。具體要求如表1所示。

  (1) 電機(jī)具體參數(shù):如電機(jī)參數(shù)表1所示:出廠日期、 廠商(國產(chǎn), 進(jìn)口)、電機(jī)的額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)數(shù)、相數(shù)、接法等。
  (2) 電機(jī)的負(fù)載特性類型:如 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載;平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載;恒功率負(fù)載等。
  (3) 電機(jī)啟動方式:如三角形啟動;星形啟動;降壓啟動;軟啟動。
  (4) 工作環(huán)境:如現(xiàn)場的溫度、防護(hù)等級、電磁輻射等級、防爆等級、配電具體參數(shù)。
  (5) 控制柜安裝位置:如壁掛式和落地式,要合理的考慮變頻控制柜到電機(jī)的距離。
  (6) 控制柜拖動電機(jī)的數(shù)量:如一拖二,一拖三,一拖四等。
  (7) 工頻與變頻切換方式:一般為δ-y啟動與變頻工作互為備用切換保護(hù)。
  (8) 控制柜的外圍器件的選用:如傳感變送器的選用參數(shù)及采樣地點(diǎn),具體選用要求請詳見“器件的配置”。
  (9) 控制柜的控制方式:如手動/自動、本地/遠(yuǎn)程、控制信號的量程、是否通訊組網(wǎng)。
  (10) 控制柜的隔離:如強(qiáng)電回路與弱電回路的隔離;采集信號與控制信號的隔離。
  (11) 工作場合的供電質(zhì)量:如防雷,浪涌,電磁輻射。
3 變頻控制柜布局和器件配置
  圖1如所示的便是變頻控制柜的基本布局。

  變頻控制柜分為壁掛式和落地式兩種,變頻控制柜主要器件的配置與選用介紹如下:
  (1) tr-變壓器:這個為可選項,根據(jù)電壓等級標(biāo)準(zhǔn)配置和選用。
  (2) fu-熔斷絲:一般都需要添加,不要為了節(jié)省成本而省去。選擇為2.5~4倍額定變頻器電流。注意熔斷絲的選擇要選快熔類。
  (3)qa-斷路器:斷路器主要用于電源回路的開閉,且在出現(xiàn)過流或短路事故時自動斷開電源。斷路器的容量為變頻器額定電流的1.5~2倍,斷路器的時間特性要充分考慮變頻器過載保護(hù)的時間特性。
  (4)km-接觸器:接觸器主要用于在工頻電網(wǎng)和變頻器之間的切換,保證變頻器的輸出端不會接到工頻電網(wǎng)上去,以免損壞變頻器。接觸器頻繁的閉合和斷開將引起變頻器故障,所以最高頻率不要超過10次/min。
  (5) f-風(fēng)扇:主要用于抽取變頻控制柜里的熱量,給變頻控制柜散熱;按供電方式分直流風(fēng)扇和交流風(fēng)扇,根據(jù)現(xiàn)場工作環(huán)境選用。
  (6) ly-防雷浪涌器:最好配置一個,特別雷暴多發(fā)區(qū),以及交流電源尖峰浪涌多發(fā)場合,保護(hù)變頻系統(tǒng)免遭意外破壞。一般配40kva浪涌器。
  (7)dk-電抗器:選擇合適的電抗器與變頻柜配套使用,既可以抑制諧波電流,降低變頻器系統(tǒng)所產(chǎn)生的諧波總量,提高變頻器的功率因數(shù),又可以抑制來自電網(wǎng)的浪涌電流對變頻器的沖擊,保護(hù)變頻器、降低電動機(jī)噪聲。保證變頻器和電機(jī)的可靠運(yùn)行。
  (8)emi-濾波器:濾波器的作用是為了抑制從導(dǎo)線及金屬管線上傳導(dǎo)無線信號到設(shè)備中去,將來自變頻器的高次諧波分量與電源系統(tǒng)的阻抗分離,或者抑制干擾信號從干擾源設(shè)備通過電源線傳導(dǎo)到外邊去。
  (9)rb-制動電阻:當(dāng)電容電壓超過設(shè)定置后,就經(jīng)制動電阻消耗回饋的能量。一般小容量變頻器帶有制動電阻,大容量變頻器的制動電阻通常由用戶自己根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)和大小、負(fù)載周期等因素進(jìn)行選配。
  (10) 另外還包括變頻器,plc/dcs,觸模屏,傳感器,電度表等器件的選用。
4 變頻控制柜布局的注意事項
  (1)確保控制柜中的所有設(shè)備接地良好,使用短和粗的接地線連接到公共接地點(diǎn)或接地母排上。連接到變頻器的任何控制設(shè)備(比如一臺plc)要與其共地,同樣也要使用短和粗的導(dǎo)線接地。最好采用扁平導(dǎo)體(例如金屬網(wǎng)),因其在高頻時阻抗較低。如圖2所示。

  (2)控制柜低壓單元,繼電器,接觸加以保護(hù);當(dāng)變頻器到電機(jī)的連線超過100m時,當(dāng)變頻器供電源容量大于600kw/a或供電電源容量大于變頻器容量的10倍時,建議加進(jìn)輸入輸出電抗器。
  (3)確保控制柜中的接觸器有滅弧功能,交流接觸器采用r-c抑制器,直流接觸器采用“飛輪”二極管,裝入繞組中。采用壓敏電阻抑制器也是很有效的。
  (4) 如果設(shè)備運(yùn)行在一個對噪聲敏感的環(huán)境中,可以采用emc濾波器減小輻射干擾。同時為了達(dá)到最優(yōu)的效果,確保濾波器與安裝板之間應(yīng)有良好的接觸。
  (5)電機(jī)電纜應(yīng)與其它控制電纜分開走線,其最小距離為500mm。同時應(yīng)避免電機(jī)電纜與控制電纜長距離平行走線。如果控制電纜和電源電纜交叉,應(yīng)盡可能使它們按90°角交叉。同時必須用合適的夾子將電機(jī)電纜和控制電纜的屏蔽層固定到安裝板上。
  (6) 為了有效的抑制電磁波的輻射和傳導(dǎo),變頻器的電機(jī)電纜必須采用屏蔽電纜,屏蔽層的電導(dǎo)必須至少為每相導(dǎo)線芯的電導(dǎo)的1/10。
  (7) 控制柜應(yīng)分別設(shè)置零線排組及保護(hù)地線排組(pe)。接地排組和pe 導(dǎo)電排必須接到橫梁上 (銅排到銅排聯(lián)接)。它們必須在電纜壓蓋處正對的附近位置。接地排組額外還要通過另外的電纜與保護(hù)電路(接地電排)連接。屏蔽總線用于確保各個電纜的屏蔽連接可靠,它通過一個橫梁實現(xiàn)大面積的金屬到金屬聯(lián)接。如圖3所示。

  (8)不能將裝有顯示器的操作面板安裝在靠近電纜和帶有線圈的設(shè)備旁邊,例如電源電纜,接觸器,繼電器,螺線管閥,變壓器等等,因為它們可以產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場,影響儀器儀表的測量精度。
  (9) 功率部件(變壓器,驅(qū)動部件,負(fù)載功率電源等等)與控制部件 (繼電器控制部分,可編程控制器)必須要分開安裝。但是并不適用于功率部件與控制部件設(shè)計為一體的產(chǎn)品,變頻器和濾波器的金屬外殼,都應(yīng)該用低電阻與電柜連接,以減少高頻瞬間電流的沖擊。理想的情況是將模塊安裝到一個導(dǎo)電良好,黑色的金屬板上,并將金屬板安裝到一個大的金屬臺面上。
  (10)設(shè)計控制柜體時要注意emc的區(qū)域原則,把不同的設(shè)備規(guī)劃在不同的區(qū)域中。每個區(qū)域?qū)υ肼暤陌l(fā)射和抗干擾度有不同的要求。區(qū)域在空間上最好用金屬殼或在柜體內(nèi)用接地隔離板隔離。并且考慮發(fā)熱量,控制柜的風(fēng)道要設(shè)計合理,排風(fēng)通暢,避免在柜內(nèi)形成渦流,在固定的位置形成灰塵堆積。風(fēng)扇一般安裝在靠近出風(fēng)口處,進(jìn)風(fēng)風(fēng)扇安裝在下部,出風(fēng)風(fēng)扇安裝在柜體的上部。
  (11)根據(jù)控制柜內(nèi)設(shè)備的防護(hù)等級,需要考慮控制柜防塵以及防潮功能,一般使用的設(shè)備主要為:空調(diào),風(fēng)扇,熱交換器,抗冷凝加熱器。同時根據(jù)柜體的大小合適的選擇不同功率的設(shè)備。關(guān)于風(fēng)扇的選擇,主要考慮柜內(nèi)正常工作溫度,柜外最高環(huán)境溫度,求得一個溫差,風(fēng)扇的換氣速率,估算出柜內(nèi)空氣容量。已知三個數(shù)據(jù):溫差,換氣速率,空氣容量后,求得柜內(nèi)空氣更換一次的時間,然后通過溫差計算求得實際需要的換氣速率。從而選擇實際需要的風(fēng)扇。因為一般夜間,溫度下降,故會產(chǎn)生冷凝水,依附在柜內(nèi)電路板上,所以需要選擇相應(yīng)的抗冷凝加熱器以保持柜內(nèi)溫度。
  (12) 變頻器安裝的基本要求
  變頻器最好安裝在控制柜內(nèi)的中部,變頻器要垂直安裝,正上方和正下方要避免可能阻擋排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)的大器件;變頻器上、下部邊緣距離,控制柜頂部、底部距離,或者隔板和必須安裝的大器件的最小間距,都應(yīng)該大于150mm;如果特殊用戶在使用中需要取掉鍵盤,則變頻器面板的鍵盤孔,一定要用膠帶嚴(yán)格密封或者采用假面板替換,防止粉塵大量進(jìn)入變頻器內(nèi)部。
5 變頻控制柜器件的安裝
  (1) 控制柜內(nèi)所有器件應(yīng)按照國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和用戶要求進(jìn)行安裝。組裝前首先看清楚圖紙及技術(shù)要求,必須按照圖紙安裝。
  (2)認(rèn)真整理安裝圖紙中發(fā)現(xiàn)的疑難問題,如平面圖與系統(tǒng)圖不符、管徑與導(dǎo)線截面不符、管線途徑不明等在參加圖紙會審時及時向設(shè)計部門提出,力求將圖中問題解決在安裝以前。
  (3) 檢查變頻器型號、元器件型號、規(guī)格、數(shù)量等與圖紙是否相符;檢查變頻器、plc、觸模屏等器件有無損壞。
  (4) 元器件組裝順序應(yīng)從板前視,由左至右,由上至下。
  (5) 組裝所用緊固件及金屬零部件均應(yīng)有防護(hù)層,對螺釘過孔、邊緣及表面的毛刺、尖鋒應(yīng)打磨平整后再涂敷導(dǎo)電膏。
  (6) 主回路上面的元器件,如濾波器、電抗器,變壓器、plc、變頻器等需要接地,注意斷路器不需要接地。
  (7)對于發(fā)熱元件(例如管形電阻、散熱片等)的安裝應(yīng)考慮其散熱情況和安裝距離應(yīng)符合規(guī)定。額定功率為75w及以上的管形電阻器應(yīng)橫裝,不得垂直地面豎向安裝,正確地的安裝方法如圖4所示。

  (8) 所有電器元件及附件,均應(yīng)固定安裝在支架或底板上,不得懸吊在電器及連線上。
  (9) 安裝因振動易損壞的元件時,應(yīng)在元件和安裝板之間加裝橡膠墊減震。
  (10) 接線面每個元件的附近有標(biāo)牌,標(biāo)注應(yīng)與圖紙相符。除元件本身附有供填寫的標(biāo)識牌外,標(biāo)識牌不得固定在元件本體上。
  注意:一是接線端子和進(jìn)出的電纜、電線每回路應(yīng)有標(biāo)志,標(biāo)號應(yīng)完整、清晰、牢固,標(biāo)號粘貼位置應(yīng)明確、醒目。如圖5所示。

  二是安裝于面板、門板上的元件、其標(biāo)號應(yīng)粘貼于面板及門板背面元件下方,如下方無位置時可貼于左方,但粘貼位置盡可能一致。
  (11) 器件保護(hù)接地連續(xù)性
  保護(hù)接地連續(xù)性利用有效接線來保證,如圖6所示。柜內(nèi)任意兩個金屬部件通過螺釘連接時如有絕緣層均應(yīng)采用相應(yīng)規(guī)格的接地墊圈,而且要注意將墊圈齒面接觸零部件表面,或者破壞絕緣層。門上的接地處要加“抓墊”或“菊花墊“,防止因為油漆的問題而接觸不好,而且連接線要盡量短。

6 變頻控制柜一次回路布線
  (1) 變頻控制柜一次回路配線大多采用絕緣導(dǎo)線,如圖7所示;對于一些大功率大電流變頻控制柜應(yīng)盡量選用矩形銅母線。

  (2)匯流母線應(yīng)按設(shè)計要求選取,主進(jìn)線柜和聯(lián)絡(luò)柜母線按匯流選取,分支母線的選擇應(yīng)以自動空氣開關(guān)的脫扣器額定工作電流為準(zhǔn),如自動空氣開關(guān)不帶脫扣器,則以其開關(guān)的額定電流值為準(zhǔn)。對自動空氣開關(guān)以下有數(shù)個分支回路的,如分支回路也裝有自動空氣開關(guān),仍按上述原則選擇分支母線截面。如沒有自動空氣開關(guān),比如只有刀開關(guān)、熔斷器、低壓電流互感器等則以低壓電流互感器的一側(cè)額定電流值選取分支母線截面。如果這些都沒有,還可按接觸器額定電流選取,如接觸器也沒有,最后才是按熔斷器熔芯額定電流值選取。
  (3) 導(dǎo)線載流量選擇需查詢有關(guān)文檔,聚氯乙烯絕緣導(dǎo)線在線槽中,或?qū)Ь成束狀走行時,或防護(hù)等級較高時應(yīng)適當(dāng)考慮裕量。
  (4)導(dǎo)線應(yīng)避開飛弧區(qū)域。當(dāng)交流主電路穿越形成閉合磁路的金屬框架時,三相導(dǎo)線應(yīng)在同一框孔中穿過;接線不規(guī)范,必須把進(jìn)入線槽的大電纜外層都剝開,把所有導(dǎo)線壓進(jìn)線槽。
  (5) 導(dǎo)線線槽彎處的半徑不小于線槽內(nèi)電纜最小允許彎曲半徑,導(dǎo)線最小允許彎曲半徑如表2所示。

  (6)導(dǎo)線連接在面板和門板上時,需要加塑料管和安裝線槽;柜體出線部分為防止鋒利的邊緣割傷絕緣層,必須加塑料護(hù)套。電纜與柜體金屬有摩擦?xí)r,需加橡膠墊圈以保護(hù)電纜,如圖8所示。

  (7) 柜體內(nèi)任意兩個金屬零部件通過螺釘連接時如有絕緣層均應(yīng)采用相應(yīng)規(guī)格的接地墊圈,
  并注意將墊圈齒面接觸零件表面,以保證保護(hù)電路的連續(xù)性。
  (8) 導(dǎo)線搭接螺絲應(yīng)外露2~3扣,螺孔比螺絲大1mm連接面涂電力復(fù)合脂,應(yīng)采用鍍鋅螺栓并有防松裝置,所有的螺栓受力程度應(yīng)一致。
  (9)提高柜體屏蔽功能,如需要外部接線或出線時,需加電磁屏蔽襯墊,柜體孔縫要求為求縫長或孔徑小于λ/(10~100)。如果需要在電柜內(nèi)開通風(fēng)窗口,交錯排列的孔或高頻率分布的網(wǎng)格比狹縫好,因為狹縫會在電柜中傳導(dǎo)高頻信號。
7 變頻控制柜二次回路布線
  (1)二次線的連接(包括螺栓連接、插接、焊接等)均應(yīng)牢固可靠,線束應(yīng)橫平豎直、配置堅牢、層次分明、整齊美觀。同一控制柜的相同器件走線方式應(yīng)一致。如圖9所示。

  (2) 二次線截面積要求:
  單股導(dǎo)線 不小于1.5mm2;
  多股導(dǎo)線 不小于1.0mm2;
  弱電回路 不小于0.5mm2;
  電流回路 不小于2.5mm2;
  保護(hù)接地線 不小于2.5mm2。
  (3)所有連接導(dǎo)線中間不應(yīng)有接頭;每個電器元件的接點(diǎn)最多允許接2根線;每個端子的接線點(diǎn)一般不宜接二根導(dǎo)線,特殊情況時如果必須接2根導(dǎo)線,則連接必須可靠。如圖10所示。

  (4) 二次線應(yīng)遠(yuǎn)離飛弧元件,并不得防礙電器的操作;二次線不得從母線相間穿過。
  (5) 電流表與分流器的連線之間不得經(jīng)過端子,其線長不得超過3m;電流表與電流互感器之間的連線必須經(jīng)過試驗端子。
  (6) 控制用屏蔽電纜線的連接
  擰緊屏蔽線至約15mm長為上;
  用線鼻子把導(dǎo)線與屏蔽壓在一起;
  壓過的線回折在絕緣導(dǎo)線外層上;
  用熱縮管固定導(dǎo)線連接的部分。
  (7) 控制用電纜線連接的注意事項
  控制用的電纜線最好使用屏蔽電纜;
  模擬信號和數(shù)字信號的傳輸電纜應(yīng)該分別屏蔽和走線;
  模擬信號的傳輸線和低壓數(shù)字信號線應(yīng)使用雙屏蔽的雙絞線,也可以使用單屏蔽的雙絞線。
  信號線最好只從一側(cè)進(jìn)入電柜,信號電纜的屏蔽層雙端接地,在不影響操作和安裝條件下,信號電纜線應(yīng)避免過長;
  不要將24vdc 和115/230vac 信號共用同一條電纜槽。
8 變頻控制柜維護(hù)和檢修
  (1)檢查變頻控制柜周圍環(huán)境,利用溫度計,濕度計,記錄儀檢查周圍溫度-10℃~+50℃,周圍濕度90%以下,而且無灰塵、無金屬粉塵及通風(fēng)良好等。
  (2) 檢查各部件各系統(tǒng)裝置是否有異常振動和異常聲音。
  (3) 觀察元件是否有發(fā)熱的跡象,是否有損傷,連接部件是否有松脫。
  (4) 檢查端子排是否損傷,導(dǎo)體是否歪斜,導(dǎo)線外層是否破損。
  (5)檢查電源電壓主回路電壓是否正常。對于絕緣測試,可于使用前,拆下變頻器接線,將端子r、s、t、u、v、w一起短路,用dc500v級兆歐表測量它們與接地端子間的絕緣電阻,其絕緣電阻不得小4mω。(注:不可隨意實施耐壓測試實驗,它將導(dǎo)致變頻器壽命降低。)
  (6) 檢查濾波電容器是否泄漏液體,是否膨漲,用容量測定器測量靜電容應(yīng)在定額容量的85%
  以上;檢查繼電器和接觸器動作時是否有“吱、吱”聲音,觸點(diǎn)是否粗糙、斷裂;檢查電阻器絕緣物是否有裂痕,確認(rèn)是否有斷線。
  (7) 檢查變頻器運(yùn)行時,各相間輸出電壓是否平衡;進(jìn)行順序保護(hù)動作試驗、顯示、保護(hù)回路是否異常。
  (8)如果超過一年仍未使用,則應(yīng)進(jìn)行充電試驗,以使機(jī)內(nèi)主回路濾波電容器特性得以恢復(fù)。充電時,可使用調(diào)壓器慢慢升高變頻器的輸入電壓,直到額定輸入電壓,,通電時間要在1~2h以上。上述實驗至少每年一次。
9 結(jié)束語
  隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷推廣,規(guī)范變頻控制柜產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計和安裝工藝,使其符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計、安裝、控制要求。不僅可以提高生產(chǎn)質(zhì)量、舒適性、生產(chǎn)效率,創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益;對節(jié)能、環(huán)保等社會效益同樣有著重要的意義。希望上述工作對于從事控制與傳動的同行們在以后的設(shè)計應(yīng)用工作中能有所啟發(fā)和借鑒
1770309616 發(fā)表于 2012-3-13 23:52:22
基于CAN總線的變頻設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

1 引言
  近年來,隨著國家建設(shè)節(jié)約型社會的提出,對節(jié)能節(jié)電的重視程度越來越高,特別是加大了對國有企業(yè)中的大型用電設(shè)備的節(jié)能改造力度,變頻器在油田、煤礦、發(fā)電廠、鋼鐵廠等國有大型企業(yè)中的使用數(shù)量越來越多。特別是油田上,抽油機(jī)變頻器、潛油電泵變頻器、注水泵變頻器和加熱電源等電力電子設(shè)備在油田的大面積推廣使用。根據(jù)油田生產(chǎn)野外作業(yè)的特殊性,即每個設(shè)備之間的距離比較遠(yuǎn),但又相對集中,所以基于各種現(xiàn)場總線的集中控制顯得越來越有必要。can總線在變頻設(shè)備的集中管理和控制上顯示了突出的優(yōu)勢,其超遠(yuǎn)距離傳輸,和超強(qiáng)的抗干擾性是其他總線所不能比擬的。另外最重要的一點(diǎn)是在整個控制系統(tǒng)中,可不分主從的組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),方便地增減通訊節(jié)點(diǎn)。
  山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司的中、低壓變頻器和加熱電源性能穩(wěn)定,各種保護(hù)功能齊全,具有rs-232和rs-485通訊接口。到2007年6月份止,在大慶油田,勝利油田的使用中、低壓變頻器總數(shù)數(shù)量超過700臺,其中勝利油田大概500臺左右,并且呈現(xiàn)快速上升的趨勢。另外在新鄉(xiāng)制藥集團(tuán)的發(fā)酵罐應(yīng)用的變頻器設(shè)備也有上百套。這對于同一品牌的變頻器在同一領(lǐng)域內(nèi)的市場占有率是相當(dāng)高的。這就為基于can總線的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)提供了很大的市場條件,也有了推廣的必要性。另外該系統(tǒng)對于同時擁有多臺變頻設(shè)備的生產(chǎn)現(xiàn)場都能靈活應(yīng)用。
2 can總線介紹
  can使用的通訊協(xié)議是csma/cd協(xié)議(carrier sense multiple access/collisiondetection)。網(wǎng)絡(luò)上的每個節(jié)點(diǎn)在向總線發(fā)送數(shù)據(jù)的時候總是要監(jiān)聽總線的狀態(tài)是否空閑,若檢測到?jīng)]沖突,即總線處于空閑狀態(tài),這時候每個節(jié)點(diǎn)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)且每個節(jié)點(diǎn)的機(jī)會均等,即載波監(jiān)聽多路訪問。如果兩個節(jié)點(diǎn)同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù),節(jié)點(diǎn)檢測到?jīng)_突,并做出相應(yīng)的無損仲裁處理。即在沖突以后,數(shù)據(jù)能保持不變,繼續(xù)監(jiān)聽總線,等待下一次發(fā)送。
  can協(xié)議是一個基于消息格式的協(xié)議而不是完全基于節(jié)點(diǎn)id的傳輸?shù)膮f(xié)議,廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼。基于這種協(xié)議:消息的傳輸不只是按照地址從一個節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋節(jié)點(diǎn),還可以實現(xiàn)組播和廣播。廣播時,系統(tǒng)中的每個節(jié)點(diǎn)都能接收總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并確認(rèn)是否每個消息都能被正確的接收。同時每個節(jié)點(diǎn)都能判斷接收的數(shù)據(jù)是應(yīng)該被保存還是立刻丟棄。在can通訊過程中的錯誤檢測中主要包括:應(yīng)答錯誤,格式錯誤,位錯誤,填充錯誤。其中主要的錯誤狀態(tài)有錯誤激活,錯誤認(rèn)可,總線關(guān)閉等。
  can總線有以下特點(diǎn):
  (1) can可以是對等結(jié)構(gòu),即多主機(jī)工作方式,網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點(diǎn)可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息,不分主從,通訊方式靈活;
  (2) can網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可以分為不同的優(yōu)先級,滿足不同的實時需要;
  (3)can采用非破壞性仲裁技術(shù),當(dāng)兩個節(jié)點(diǎn)同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時,優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)自動停止發(fā)送,在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓;
  (4)can可以點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)、點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò)的方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù),通訊距離最遠(yuǎn)10km,在距離10km的設(shè)備傳輸速率也可達(dá)到5kbps,40m以內(nèi)的傳輸速率為1mbps,節(jié)點(diǎn)數(shù)目可達(dá)110個;
  (5)can采用的是短幀結(jié)構(gòu),每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個,具有crc校驗和其它檢測措施,數(shù)據(jù)出錯幾率小。can節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重的情況下,具有自動關(guān)閉功能,不會影響總線上其它節(jié)點(diǎn)操作;
  (6) 通訊介質(zhì)采用廉價的雙絞線,無特殊要求,用戶接口簡單,容易構(gòu)成用戶系統(tǒng)。
3 系統(tǒng)拓?fù)?/font>
  如圖1所示,整個系統(tǒng)由3個部分組成,節(jié)點(diǎn)信息采集卡,can-rs232/485轉(zhuǎn)換接口和監(jiān)控計算機(jī)。

  圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

  3.1 變頻器節(jié)點(diǎn)信息采集
  節(jié)點(diǎn)信息主要是指變頻器的各個運(yùn)行參數(shù)以及運(yùn)行狀態(tài),風(fēng)光變頻器常用的參數(shù)設(shè)置主要有:運(yùn)行頻率、最高頻率、起始頻率、加速時間、減速時間、額定電流、v/f曲線選擇、開環(huán)/閉環(huán)設(shè)定、多段速設(shè)定、實際輸入電流、電壓、實際輸出電流、電壓、低頻補(bǔ)償?shù)?另外還有多種故障保護(hù)監(jiān)測:短路保護(hù)(瞬間電流超過額定電流的1.8倍)、過流保護(hù)(電流超過額定電流的1.5倍并持續(xù)1min)、過壓保護(hù)(輸入電壓超出額定電壓的1.2倍)、欠壓保護(hù)(輸入電壓低于額定電壓的0.8倍)、溫升保護(hù)(變頻器內(nèi)部溫度高于75℃)、缺相保護(hù)、外部異常保護(hù)等等。
  目前的采集方式有兩種:對于原來的機(jī)型主控芯片為n87c196mc,主控板的對外的通訊方式為rs-485,所以在與can總線通訊是必須外加一個rs485-can的轉(zhuǎn)換電路。如圖2所示。

  圖2 節(jié)點(diǎn)信息采集示意圖

  隨著產(chǎn)品的升級換代,dsp的應(yīng)用使得通訊變得更加容易,ti公司的tsmlf2407a芯片上集成了can通訊接口,可以省略上面的電路。升級后的風(fēng)光變頻器實現(xiàn)can總線通訊將會變得更加的簡單。
  3.2 數(shù)據(jù)的傳輸與轉(zhuǎn)換
  數(shù)據(jù)在送到總線上后,要通過介質(zhì)傳輸,于can協(xié)議本身對差錯控制算法比較優(yōu)化,所以對介質(zhì)沒有很高的要求,用普通的雙絞線由就能夠達(dá)到10km的傳輸距離。但是考慮到變頻器運(yùn)行和設(shè)備控制的絕對可靠性,我們在5km的傳輸范圍內(nèi)使用雙絞線,在超出5km時采用光纖作為中間傳輸介質(zhì)用來提高抗干擾能力。
  can在傳輸?shù)娇刂朴嬎銠C(jī)時,必須外加一個電平轉(zhuǎn)換器來完成與主控計算機(jī)的數(shù)據(jù)交換,其轉(zhuǎn)換原理參見圖2。另外這種轉(zhuǎn)換裝置在目前的市場上有比較成熟的產(chǎn)品,如圖3所示為周立功推出的轉(zhuǎn)換接口,對用戶來說,使用起來基本上屬于透明設(shè)備,使用比較方便。

  圖3 can-232轉(zhuǎn)換接口卡


  圖4 人機(jī)界面示意圖

  3.3 人機(jī)界面
  監(jiān)控計算機(jī)的監(jiān)控程序配置有特定系統(tǒng)和通用型系統(tǒng)兩種,下面是一個通用型20套設(shè)備的集中監(jiān)控人機(jī)界面。整個人機(jī)界面系統(tǒng)包括兩個部分:設(shè)備監(jiān)測部分和設(shè)備控制部分,如圖4所示。
  若在系統(tǒng)中增加一個設(shè)備后,可以人為的為該設(shè)備設(shè)置一個設(shè)備號,并在系統(tǒng)中存儲,即啟用一個設(shè)備號。在系統(tǒng)移除一個設(shè)備后,可以刪除設(shè)備號,也可以再重新利用。啟用后的設(shè)備編號為可操作編號,否則該編號不可操作。設(shè)備正常運(yùn)行后,正常指示綠燈亮,出現(xiàn)異常,紅燈亮。
  為方便操作,可以對整個系統(tǒng)中的多臺設(shè)備分成若干個控制組進(jìn)行管理,在按組操作時,對該組中的所有設(shè)備同時做出相應(yīng)操作:開機(jī),停機(jī),緊急停機(jī),參數(shù)設(shè)置,頻率調(diào)節(jié)等。可以同時查看該組中的共同的參數(shù)設(shè)置。雙擊設(shè)備號也可以按設(shè)備查看運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行曲線,也可以方便的對單個設(shè)備進(jìn)行各種操作,也可以對系統(tǒng)中的全部設(shè)備同時操作。
4  結(jié)束語
  在整個系統(tǒng)中,設(shè)計本著靈活方便的原則,按照能夠適應(yīng)于多個工作現(xiàn)場的思想來設(shè)計的。硬件節(jié)點(diǎn)部分發(fā)生故障后,能夠在最短的時間內(nèi)把數(shù)據(jù)上傳。上位機(jī)也能實時的對各個設(shè)備進(jìn)行觀測和控制,實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的,方便了操作,增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性,同時還節(jié)約了生產(chǎn)成本。
1770309616 發(fā)表于 2012-3-13 23:59:31
工程型變頻器機(jī)械制動控制功能應(yīng)用研究

1 引言
  隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及電機(jī)控制技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展,變頻器向單元化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。西門子公司6se70/6se71系列矢量型(vc)變頻器和abb公司acs800/acc800系列直接轉(zhuǎn)矩型(dtc)變頻器都具備了單元化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn),是目前高性能工程型變頻器的代表。針對位能型負(fù)載的特點(diǎn),6se70/6se71系列變頻器和acs800/acc800系列變頻器都設(shè)計了機(jī)械制動控制功能,也就是常說的抱閘控制功能,該控制功能的主要作用是:在傳動單元停止或未通電時,可以通過機(jī)械制動將電機(jī)和被驅(qū)動設(shè)備鎖停在零速狀態(tài),保證了位能型負(fù)載和傳動單元及設(shè)備的安全。
2 變頻器機(jī)械制動控制功能的目的及應(yīng)用
  2.1 機(jī)械制動控制功能的目的
  對于位能型負(fù)載來說,由于重物具有重力的原因,如沒有專門的制動裝置,重物在空中是停不住的。為此,電動機(jī)軸上必須加裝機(jī)械制動器,常用的有電磁鐵制動器和液壓電磁制動器等。多數(shù)制動器都采用常閉式的,即:線圈斷電時制動器依靠彈簧的力量將軸抱住;線圈通電時松開。在重物開始升降或停住時,要求制動器和電動機(jī)的動作之間,必須緊密配合。由于制動器從抱緊到松開,以及從松開到抱緊的動作過程需要時間(約0.6s,因電動機(jī)的容量大小而異),而電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生或消失,是在通電或斷電瞬間就立刻反映的。因此,兩者在動作的配合上極易出現(xiàn)問題。如電動機(jī)已經(jīng)通電,而制動器尚未松開,將導(dǎo)致電動機(jī)的嚴(yán)重過載;反之,如電動機(jī)已經(jīng)斷電,而制動器尚未抱緊,則重物必將下滑,出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。
  2.2 通用型變頻器機(jī)械制動控制的應(yīng)用
  2.2.1 通用型變頻器機(jī)械制動控制
  自變頻器開始應(yīng)用在位能型負(fù)載領(lǐng)域,其機(jī)械制動控制功能就是設(shè)計、維護(hù)的重點(diǎn),由于通用型變頻器本身的局限性,可以使用的資源并不是很多,在實際應(yīng)用中,一般有以下控制方法:
  (1)應(yīng)用變頻器的可定義開關(guān)量輸出信號和故障輸出信號構(gòu)成機(jī)械制動控制信號;
  (2)應(yīng)用變頻器的運(yùn)行信號和故障輸出構(gòu)成機(jī)械制動控制信號;
  (3)變頻器的運(yùn)行信號、開關(guān)量輸出信號和故障輸出信號、電流模擬量信號輸入到plc,應(yīng)用plc的編程控制功能設(shè)計機(jī)械制動控制條件,plc輸出信號控制機(jī)械制動器。
  以上三種方法中,前兩種一般應(yīng)用在控制要求不高,簡單的系統(tǒng)中,第三種應(yīng)用在稍復(fù)雜系統(tǒng)中,控制精度要求較高,而且一般應(yīng)用需要有plc系統(tǒng)。在90年代中期,濟(jì)鋼第一煉鋼廠氧槍控制系統(tǒng)變頻改造中,設(shè)計者充分應(yīng)用了變頻器可以使用的信號來完成機(jī)械制動的控制,是plc系統(tǒng)參與機(jī)械制動的一個典型例子。其控制思想是:plc系統(tǒng)采集變頻器的運(yùn)行信號、可定義開關(guān)量輸出信號、故障輸出信號和電流模擬量信號,其中可定義開關(guān)量輸出信號定義為大于3hz輸出;利用電流模擬量信號和plc的比較功能,設(shè)定開關(guān)機(jī)械制動的電流門檻值,plc系統(tǒng)綜合以上條件設(shè)計出開關(guān)機(jī)械制動的條件,通過plc的輸出控制機(jī)械制動器的線圈。plc系統(tǒng)參與通用變頻器機(jī)械制動的電氣原理圖如圖1所示。

  2.2.2 通用型變頻器機(jī)械制動控制過程
  下面就以通用變頻器可定義的開關(guān)量信號和電流信號為主信號的機(jī)械制動控制為例,來描述在啟動停止中通用變頻器機(jī)械制動控制的具體工作過程:
  (1) 負(fù)載啟動時機(jī)械制動控制過程
  設(shè)定一個“升降起始頻率”fsd當(dāng)變頻器的工作頻率上升到fsd時,將暫停上升。為了確保當(dāng)制動電磁鐵松開后,變頻器已能控制住重物的升降而不會溜鉤,所以,在工作頻率到達(dá)fsd的同時,變頻器將開始檢測電流,并設(shè)定檢測電流所需時間tsc;發(fā)出“松開指令”當(dāng)變頻器確認(rèn)已經(jīng)有足夠大的輸出電流時,將發(fā)出一個“松開指令”,使機(jī)械制動控制器開始通電;設(shè)定一個frd的維持時間trd,trd的長短應(yīng)略大于機(jī)械制動控制器從通電到完全松開所需要的時間;變頻器將工作頻率上升至所需頻率
  負(fù)載啟動的機(jī)械制動控制過程如圖2所示。

  (2)負(fù)載停止時機(jī)械制動控制過程
  設(shè)定一個“停止起始頻率”fbs
  當(dāng)變頻器的工作頻率下降到fbs(如3hz)時,變頻器將輸出一個“頻率到達(dá)信號”,發(fā)出機(jī)械制動控制器斷電指令;
  設(shè)定一個fbs的維持時間tbb
  tbb的長短應(yīng)略大于機(jī)械制動控制器從開始釋放到完全抱住所需要的時間;
  變頻器將工作頻率下降至0
  負(fù)載停止時機(jī)械制動控制過程過程如圖3所示。

  2.3 工程型變頻器機(jī)械制動控制的應(yīng)用
  2.3.1 工程型變頻器機(jī)械制動的方法
  隨著高性能微處理器技術(shù)的發(fā)展以及dsp技術(shù)在變頻器中的應(yīng)用,變頻器不僅具備了優(yōu)越的控制性能而且擁有了強(qiáng)大數(shù)字編程處理能力。西門子公司6se70/6se71變頻器和abb公司acs800/acc800變頻器在內(nèi)部功能上都設(shè)計了機(jī)械制動控制功能,機(jī)械制動控制邏輯集成在變頻器的應(yīng)用中,用戶通過簡單的定義和硬線連接就可以實現(xiàn)復(fù)雜的機(jī)械制動控制功能。工程型變頻器的機(jī)械制動控制思想是:變頻器應(yīng)用其采集到的各種信號,例如電流轉(zhuǎn)矩信號、速度信號、故障信號等在內(nèi)部通過邏輯計算得出一個開關(guān)機(jī)械制動控制器的信號,直接輸出信號控制機(jī)械制動控制器,同時產(chǎn)生一些控制信號(例如內(nèi)部給定使能、逆變器使能)來控制變頻器的運(yùn)行配合機(jī)械制動器的動作,該功能也可以利用機(jī)械制動控制器的檢測元件來檢測機(jī)械制動器是否正常。圖4所示為一個工程型變頻器機(jī)械制動控制的應(yīng)用原理圖。

  2.3.2  工程型變頻器機(jī)械制動的控制過程
  下面就以工程型變頻器機(jī)械制動控制功能實現(xiàn)的機(jī)械制動為例,描述負(fù)載在啟動、停止時機(jī)械制動器的運(yùn)行過程,工程型變頻器機(jī)械制動控制的過程如圖5所示。

  (1)負(fù)載啟動時機(jī)械制動控制過程
  設(shè)定一個“制動器打開時的啟動轉(zhuǎn)矩”ts
  當(dāng)變頻器的啟動指令以及外部速度給定使能信號都具備,變頻器開始工作,為保證開機(jī)械制動時電機(jī)有足夠的力矩,負(fù)載不至于下滑,設(shè)定一個打開制動器的門檻轉(zhuǎn)矩值ts,門檻信號也可以應(yīng)用電流信號;
  發(fā)出“制動器打開指令”
  當(dāng)變頻器確認(rèn)已經(jīng)有足夠大的輸出轉(zhuǎn)矩(電流)時,其他邏輯條件都具備時將發(fā)出一個“制動器打開指令”,使機(jī)械制動控制器開始通電;
  設(shè)定一個“制動器打開時間”tod
  當(dāng)變頻器確認(rèn)機(jī)械制動器已經(jīng)打開,經(jīng)過“制動器打開時間”tod后,通過控制功能控制內(nèi)部給定使能,使變頻器開始沿速度曲線升至所需速度。
  負(fù)載啟動的機(jī)械制動控制過程見圖5中1到4所示過程。
  (2) 負(fù)載停止時機(jī)械制動控制過程
  設(shè)定一個“制動器閉合的轉(zhuǎn)速”ncs
  變頻器設(shè)定一個“制動器閉合的轉(zhuǎn)速”ncs,為保證制動器閉合時電機(jī)有足夠的力矩,負(fù)載不至于下滑,設(shè)定一個關(guān)閉制動器的門檻轉(zhuǎn)矩值ncs,制動器閉合的門檻信號一般使用速度信號;
  發(fā)出“制動器閉合指令”
  變頻器停止運(yùn)行時,當(dāng)外部給定使能和外部速度信號停止后,速度沿變頻器速度曲線下降,當(dāng)變頻器檢測到ncs(如5%額定速度)時,變頻器將輸出一個“制動器閉合”信號,發(fā)出制動器斷電指令;
  設(shè)定一個“制動器閉合時間”tcd
  當(dāng)變頻器確認(rèn)機(jī)械制動器已經(jīng)閉合,經(jīng)過“制動器打開閉合”tcd后,通過控制功能封鎖變頻器內(nèi)部給定使能(電機(jī)勵磁)以及逆變器使能,變頻器立即停止工作。
  負(fù)載停止時的機(jī)械制動控制過程見圖5中5到7所示過程。
  2.4  通用變頻器機(jī)械制動與工程型變頻器的比較
  工程型變頻器的機(jī)械制動控制功能與通用型變頻器機(jī)械制動控制功能相比,其優(yōu)點(diǎn)主要有以下三個方面:
  2.4.1 控制方法及思想
  通用型變頻器由于本身的局限性,其可以應(yīng)用的資源并不多,應(yīng)用變頻器提供的輸出點(diǎn)對于設(shè)計開關(guān)機(jī)械制動功能,這些也只是同級別控制信號;而工程型變頻器具有的可編程性,內(nèi)部采集到的各種信號可以直接或編程后提供給機(jī)械制動功能使用,工程型內(nèi)部有專門的機(jī)械制動功能模塊,其采用rs觸發(fā)控制器,關(guān)機(jī)械制動條件優(yōu)先,對于機(jī)械制動功能來說是最為合理和安全的,所以工程型變頻器機(jī)械制動功能的控制方法及思想更為合理。
  2.4.2 控制性能及精度
  通用型變頻器機(jī)械制動功能采用plc控制,也可以使機(jī)械制動功能考慮更多的條件,但是plc通過通訊等方式采集變頻器的數(shù)據(jù),然后做機(jī)械制動邏輯控制,系統(tǒng)至少一個循環(huán)的時間執(zhí)行plc程序并運(yùn)算出結(jié)果,然后通過輸出模塊控制機(jī)械制動控制器,加起來就算200ms,對于高精度要求的負(fù)載(比如電梯系統(tǒng))來說,也是難以容忍的。對于工程型變頻器,機(jī)械制動邏輯控制的運(yùn)算時間,只是一個硬件運(yùn)算的時間,工程型變頻器機(jī)械制動功能可以讓變頻器的控制性能和精度達(dá)到最高。
  2.4.3 安全性能
  通用型變頻器機(jī)械制動控制的控制僅采集變頻器的信號,而不給變頻器任何信息和控制,工程型變頻器的機(jī)械制動控制功能提供變頻器的內(nèi)部給定使能和逆變器使能兩個控制信號,通過這兩個信號控制變頻器的內(nèi)部給定啟動和逆變器停止,在機(jī)械制動器打開和關(guān)閉時變頻器配合機(jī)械制動器的運(yùn)行,保護(hù)變頻器以及負(fù)載的安全,工程型變頻器機(jī)械制動功能使變頻器具有更高的安全性能。
3 西門子6se70變頻器的特點(diǎn)及機(jī)械制動功能
  3.1 西門子6se70變頻器的特點(diǎn)
  西門子6se70全數(shù)字矢量控制變頻裝置屬于simovertmasterdriv系列,是西門子目前高性能變頻器杰出產(chǎn)品,其全數(shù)字化和強(qiáng)大的軟件控制功能、監(jiān)視功能、記錄功能和保護(hù)功能,為其裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性提供了保證。其可選擇的控制功能,既可以選擇壓頻控制,也可以選擇矢量控制,標(biāo)量控制,適合于各種不同負(fù)載特性的要求;靈活的參數(shù)設(shè)置,可以方便修改參數(shù)、控制方式;兼容的通訊功能,可以與其它控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊;通過參數(shù)選擇,變頻器既可在本地控制,也可以通過現(xiàn)場總線構(gòu)成的通訊網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
  3.2 西門子6se70變頻器機(jī)械制動功能
  西門子6se70系列變頻器機(jī)械制動功能非常強(qiáng)大,工程型變頻器的可編程的優(yōu)點(diǎn)顯示的淋漓盡致,機(jī)械制動功能控制有:沒有外部機(jī)械制動器的控制、有外部機(jī)械制動器不帶機(jī)械制動器檢測的控制和有外部機(jī)械制動器帶機(jī)械制動器檢測的控制三種方式,而且利用機(jī)械制動功能可以控制變頻器的給定使能、逆變器使能使變頻器快速停止,其控制原理框圖如圖6所示。

  3.3 西門子6se70變頻器機(jī)械制動功能的實現(xiàn)
  3.3.1 機(jī)械制動控制功能原理
  西門子機(jī)械制動控制是利用rs觸發(fā)器原理,開機(jī)械制動器(s)的關(guān)系是“與”,所有條件都具備才能開機(jī)械制動器,關(guān)機(jī)械制動器(r)的關(guān)系是“或”,有一個關(guān)機(jī)械制動器的條件到就關(guān)機(jī)械制動器,而且rs觸發(fā)器復(fù)位優(yōu)先,在機(jī)械制動器實際應(yīng)用中也就是機(jī)械制動器閉合優(yōu)先,這種控制方式對于機(jī)械制動器控制更為安全。通過rs觸發(fā)器可以得到兩個內(nèi)部開關(guān)量信號,其連接到變頻器的開關(guān)量輸出點(diǎn)就可以實現(xiàn)控制機(jī)械制動控制器;同時機(jī)械制動控制功能產(chǎn)生變頻器內(nèi)部給定使能和逆變器使能控制信號,可以根據(jù)實際需要選擇使用控制變頻器內(nèi)部給定和逆變器的開通和關(guān)斷。
  3.3.2 機(jī)械制動控制的組成
  如圖6所示的是西門子變頻器機(jī)械制動功能框圖,可以分為7個部分:開機(jī)械制動條件、關(guān)機(jī)械制動條件、開關(guān)機(jī)械制動控制信號、控制給定積分使能信號、控制逆變器使能信號、開機(jī)械制動檢測功能的報警信號、關(guān)機(jī)械制動檢測功能的報警信號。其主要的部分分述如下:
  (1)開機(jī)械制動條件
  開機(jī)械制動器的邏輯關(guān)系是“與”,也就是所有條件都具備才能開機(jī)械制動器,在該功能中,一共有四個條件,其中電機(jī)勵磁為固定條件,其他三個條件可以設(shè)定。參數(shù)p608可以設(shè)定兩個開關(guān)量控制信號,一般使用一個變頻器的運(yùn)行信號(b104)即可;在該功能設(shè)定中最重要的是開機(jī)械制動器門檻控制的設(shè)定,參數(shù)p610是定義選擇的參考量,常選用電流信號(kk242),p611是參考信號額定數(shù)值的百分?jǐn)?shù),根據(jù)實際需要定義,一般為20%左右,開機(jī)械制動條件的原理見圖6中1所示部分。
  (2)關(guān)機(jī)械制動條件
  關(guān)機(jī)械制動器(r)的條件是“或”,有一個關(guān)機(jī)械制動器的條件到就關(guān)機(jī)械制動器,在該功能中,一共有6個條件,其中電源停止為固定條件,其他5個條件可以設(shè)定。參數(shù)p609可以設(shè)定四個開關(guān)量控制信號,一般使用一個變頻器的未運(yùn)行信號(b105)即可;在該功能設(shè)定中最重要的是關(guān)機(jī)械制動器門檻控制的設(shè)定,參數(shù)p615是定義選擇的參考量,常選用速度信號(kk148或kk91),p616是參考信號額定數(shù)值的百分?jǐn)?shù),根據(jù)實際需要定義,一般為10%左右,需要注意的是參數(shù)p617,應(yīng)用該參數(shù)可以把關(guān)機(jī)械制動器的信號由一個下跳沿信號變成一個寬脈沖信號,常定義為0.5s,關(guān)機(jī)械制動器門檻信號還需在停止信號、無故障信號和參數(shù)p614中的一個為常1時有效。關(guān)機(jī)械制動條件的原理見圖6中2所示部分。
  (3)開關(guān)機(jī)械制動控制信號
  經(jīng)rs觸發(fā)器處理后,得到兩個機(jī)械制動控制信號開機(jī)械制動控制信號(b0275)和關(guān)機(jī)械制動控制信號(b0276),開關(guān)機(jī)械制動控制信號的原理見圖6中3所示部分。
  (4)控制給定積分使能信號
  西門子變頻器可以通過參數(shù)p605選擇三種機(jī)械制動功能控制模式,當(dāng)選擇為無機(jī)械制動(p605=0)時,給定積分使能信號(b0277)為常1;當(dāng)選擇有機(jī)械制動不帶檢測信息模式(p605=1)時,當(dāng)機(jī)械制動信號打開時,通過參數(shù)p606設(shè)定的時間后,啟動內(nèi)部給定使能,停止時,當(dāng)機(jī)械制動信號閉合時,通過參數(shù)p606設(shè)定的時間后,封鎖內(nèi)部給定使能;當(dāng)選擇有機(jī)械制動帶檢測信息模式(p605=2)時,當(dāng)機(jī)械制動信號打開時,通過參數(shù)p606設(shè)定的時間并檢測到制動器打開信號后,啟動內(nèi)部給定使能,當(dāng)機(jī)械制動信號閉合時,通過參數(shù)p606設(shè)定的時間并檢測到機(jī)械制動器返回信息后,封鎖內(nèi)部給定使能。應(yīng)用該功能控制字p564需定義為b0277,機(jī)械制動控制給定積分使能原理見圖6中4所示部分
  (5)控制逆變器使能信號
  控制逆變器使能信號主要來自關(guān)機(jī)械制動條件中關(guān)機(jī)械制動器門檻控制信號,系統(tǒng)啟動后逆變器使能信號(b0278)為1信號,變頻器選擇為無機(jī)械制動(p605=0)時,當(dāng)關(guān)機(jī)械制動門檻控制信號條件具備,立即封鎖逆變器使能信號;選擇有機(jī)械制動不帶檢測信息模式(p605=1)時,當(dāng)關(guān)機(jī)械制動條件具備時,通過參數(shù)p607設(shè)定的時間后,延時封鎖內(nèi)部逆變器使能信號;選擇有機(jī)械制動帶檢測信息模式(p605=2)時,當(dāng)關(guān)機(jī)械制動門檻控制信號條件具備時,通過參數(shù)p607設(shè)定的時間并檢測到機(jī)械制動器返回信號后,立即封鎖內(nèi)部逆變器使能信號。應(yīng)用該功能控制字p561需定義為b0278,機(jī)械制動控制逆變器使能原理見圖6中5所示部分
  3.3.3 機(jī)械制動控制信號的輸出
  西門子變頻器機(jī)械制動控制信號可以應(yīng)用三種方式的輸出:
  (1) 使用x101的開關(guān)量輸出點(diǎn)(+24v);
  (2) 通過擴(kuò)展eb2板的開關(guān)量信號輸出(+24v);
  (3)利用x9端子的4,5(一對220v的無源點(diǎn))進(jìn)行輸出。實際應(yīng)用中,機(jī)械制動控制器的控制電壓一般采用220v,使用前兩種輸出,控制信號還需要用中間繼電器轉(zhuǎn)換,增加中間環(huán)節(jié)就是增加控制時間和故障點(diǎn)。
  在以上三種輸出方法中,應(yīng)用控制信號x9(4,5)輸出直接參與機(jī)械制動控制器為最好。
4 西門子6se70變頻器機(jī)械制動功能在濟(jì)鋼副槍中的應(yīng)用[4]
  4.1 濟(jì)鋼副槍起升變頻控制系統(tǒng)
  濟(jì)鋼三煉鋼工程是濟(jì)鋼集團(tuán)做強(qiáng)做大的重點(diǎn)工程,其轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)應(yīng)用了達(dá)涅利-康樂斯公司的副槍技術(shù)。副槍電氣傳動控制系統(tǒng)包括副槍起升驅(qū)動系統(tǒng)、副槍旋轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)、apc系統(tǒng)(探頭自動裝卸裝置)。
  4.1.1 副槍起升驅(qū)動設(shè)備
  副槍起升設(shè)備位于卷揚(yáng)平臺上,包括一55kwac電機(jī),dc抱閘,齒輪箱,卷揚(yáng)筒,用于速度控制的測速發(fā)生器和兩個用于高度測量的脈沖發(fā)生器(第二個脈沖發(fā)生器是出于安全角度考慮安裝的)。一旦脈沖發(fā)生器間出現(xiàn)不允許誤差,只能以低速進(jìn)行停止降槍和提槍操作。事故方式下,副槍可以通過事故dc蓄電池從轉(zhuǎn)爐中提出,除此之外,沒有其它任何動作。副槍起升控制的工藝要求如表1所示。

  4.1.2 副槍起升變頻控制系統(tǒng)
  副槍起升電氣控制系統(tǒng)由兩套變頻控制器組成:正常模式變頻器、應(yīng)急模式變頻器。正常模式主要完成副槍的手動、半自動、計算機(jī)控制三種模式的操作;應(yīng)急模式完成事故狀態(tài)下操作。副槍起升驅(qū)動電機(jī)是55kw,正常模式選擇的是西門子75kw變頻器(6se7031-2ef60),制動單元選擇的是50kw(6se7028-0ea87-2da0),反饋裝置選擇的是脈沖編碼器(1024p/r),因為現(xiàn)場距離設(shè)備將近100m,選擇數(shù)字測速機(jī)dt1(6se7090-0xx84-3db0)對信號進(jìn)行放大、修復(fù)。應(yīng)急模式選擇的是西門子75kw變頻器(6se7031-2ef60),不帶制動單元和反饋裝置。正常模式、應(yīng)急模式變頻器均帶輸入、輸出電抗器消除諧波、抑制尖峰電壓。
  4.2 機(jī)械制動控制功能在副槍變頻器系統(tǒng)中的應(yīng)用
  在副槍起升控制中,正常模式使用的是有外部機(jī)械機(jī)械制動帶機(jī)械制動信號檢測的功能,應(yīng)急模式應(yīng)用的是有外部機(jī)械機(jī)械制動不帶機(jī)械制動檢測的控制模式,而且應(yīng)急模式未設(shè)計制動單元,在此種模式下利用具有的機(jī)械制動信號控制變頻器給定使能和逆變器信號使能對變頻器進(jìn)行控制。
  4.2.1 正常模式
  正常模式的開機(jī)械制動條件是變頻器運(yùn)行信號和變頻器電流等于電機(jī)額定電流的20%,在這兩個條件都具備才開機(jī)械制動,保證開機(jī)械制動時電機(jī)有足夠的力矩,負(fù)載不至于下滑。關(guān)機(jī)械制動的條件有變頻器停止和電機(jī)速度等于額定速度5%,利用速度檢測信號來實現(xiàn)關(guān)機(jī)械制動,其控制安全性優(yōu)于利用檢測的電流信號,因為對于雙環(huán)控制系統(tǒng)來說,速度環(huán)是穩(wěn)定的,在系統(tǒng)停止過程中速度信號是穩(wěn)定變化。
  正常模式變頻器機(jī)械制動控制使用了機(jī)械制動檢測功能,外部機(jī)械制動上安裝一限位(x101,6開關(guān)量輸入)作為檢測機(jī)械制動是否到位信號,開機(jī)械制動時,在開機(jī)械制動條件到而在1.0s內(nèi)機(jī)械制動檢測信號未到則認(rèn)為是故障狀態(tài),封鎖變頻器(逆變器信號使能),并報警a036;關(guān)機(jī)械制動時關(guān)機(jī)械制動條件到而在1.6s內(nèi)機(jī)械制動信號一直保持則認(rèn)為是故障狀態(tài),封鎖變頻器(給定使能),并報警a037。
  在副槍正常模式下,機(jī)械制動控制信號利用x9(4,5)輸出直接參與機(jī)械制動接觸器控制。
  4.2.2 應(yīng)急模式
  應(yīng)急模式的變頻器機(jī)械制動控制基本上與正常模式變頻器機(jī)械制動控制相同,由于在應(yīng)急控制方式下,沒有使用制動單元,所以關(guān)機(jī)械制動的速度閥值很低,以免大的回饋電壓沖擊變頻器。應(yīng)急模式使用無機(jī)械制動檢測信號控制方式,該控制方式應(yīng)用的是控制開關(guān)機(jī)械制動信號在定義時間內(nèi)不動作,則封鎖變頻器的給定使能和逆變器信號使能。副槍應(yīng)急模式下,機(jī)械制動控制信號利用x9(4,5)輸出直接參與機(jī)械制動接觸器控制。
  4.3 副槍機(jī)械制動控制參數(shù)應(yīng)用
  副槍提升正常模式變頻器、應(yīng)急模式變頻器的機(jī)械制動控制參數(shù)分別選用帶機(jī)械制動檢測信號模式和不帶機(jī)械制動檢測模式,其變頻器機(jī)械制動控制參數(shù)如表2所示。

5 結(jié)束語
  應(yīng)用工程型變頻器的機(jī)械制動控制功能,能很好地實現(xiàn)位能型負(fù)載在開始升降或停止時,要求制動器和電動機(jī)的動作之間,必須緊密配合的要求,該功能的實現(xiàn)保證了位能型負(fù)載和傳動單元及設(shè)備的安全。但是需要注意的是,在各種安全規(guī)定和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(iec61800-2)中變頻器被定義完全驅(qū)動單元和基本驅(qū)動單元,沒有列為安全器件,因此不能將安全完全依賴于變頻器的制動器控制功能性能上,而應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行特殊的安全規(guī)定[3]。
1770309616 發(fā)表于 2012-3-14 00:15:43
變頻器應(yīng)用中需要注意的三個問題

1 引言
  隨著變頻器的大規(guī)模工程應(yīng)用,有各個技術(shù)等級和其它相關(guān)技術(shù)層面的大量工程人員需要掌握變頻器應(yīng)用技術(shù)。例如普通電氣工人,初級電氣工程師或機(jī)械工程師等。同時,變頻器也越來越多地應(yīng)用到各種復(fù)雜的工程環(huán)境中去,書本中各種常規(guī)的技術(shù)常常難以解決變頻器應(yīng)用中的特殊問題。本文基于臺達(dá)品牌kg系列變頻器,針對3個變頻器應(yīng)用問題給出原理性的分析設(shè)計技術(shù)。技術(shù)原理實際上也適用其它變頻器工程應(yīng)用條件。
2 變頻器抗干擾技術(shù)
  變頻器的干擾問題,一直困擾很多客戶,在此將一些常見的干擾及排除方法,介紹給大家:
  2.1 常見的干擾途徑
  (1)空中輻射方式。以電磁波的方式在空中傳播;
  (2)線路傳播方式。主要通過電源網(wǎng)絡(luò)傳播;
  (3)線間感應(yīng)方式。電感產(chǎn)生的電磁感應(yīng)或電容產(chǎn)生的靜電感應(yīng)通過線間感應(yīng)的方式傳播。
  2.2 干擾源的排除
  (1)高頻大功率的直流電焊機(jī)應(yīng)遠(yuǎn)離變頻器。電焊機(jī)自身的接地應(yīng)良好;
  (2)電磁鐵的通斷觸點(diǎn)應(yīng)加裝rc濾波吸收器;
  (3)與變頻器裝在同一電柜中的接觸器,要剔除劣質(zhì)品。要選擇開關(guān)低噪聲,滅弧效果好的產(chǎn)品。必要時也要加裝rc濾波吸收器;
  (4)供電電源阻抗要低,以免附近有上百千瓦電器的啟停,造成變頻器輸入電壓產(chǎn)生過高的瞬間突變;
  (5)供電電源的相電壓要平衡,以免導(dǎo)致220v單相輸入的變頻器在欠壓或過壓的狀態(tài)下工作;
  (6)對用戶的廠自發(fā)電系統(tǒng),要求輸出電源電壓不要忽高忽低,要避免突變,要穩(wěn)定。
  2.3 變頻器抗干擾的常用措施
  (1)變頻器的e端要與控制柜及電機(jī)的外殼相連,要接保安地,接地電阻應(yīng)小于100ω,可吸收突跳干擾;
  (2)變頻器的輸入或輸出端加裝電感式磁環(huán)濾波器。以臺達(dá)kg系列變頻器為例(還有許多變頻器品牌使用手冊有規(guī)格提供),平行并繞3~4圈,有助于抑制高次諧波(此方法簡單易行,價格低廉)。若需進(jìn)一步加強(qiáng)抗干擾效果,可選臺達(dá)變頻器專用的符合emc標(biāo)準(zhǔn)的濾波裝置(臺達(dá)變頻器使用手冊有規(guī)格提供);
  (3)上述磁環(huán)濾波器還可根據(jù)現(xiàn)場情況加繞在變頻器控制信號端或模擬信號給定端的進(jìn)線上;
  (4)裝有變頻器的電控柜中,動力線和信號線應(yīng)分開穿管走線,金屬軟管應(yīng)接地良好;
  (5)模擬信號線要選用屏蔽線,單端在變頻器處接仿真地;
  (6)還可通過調(diào)整變頻器的載頻來改善干擾。頻率越低,干擾越小,但電磁噪聲越大;
  (7)rs-485通訊口與上位機(jī)相連一定要采用光電隔離的傳輸方式,以提高通信系統(tǒng)的抗干擾性能;
  (8)外配計算機(jī)或儀表的供電要和變頻器的動力裝置供電分開,盡量避免共享一個內(nèi)部變壓器;
  (9)在受干擾的儀表設(shè)備方面也要進(jìn)行獨(dú)立屏蔽,市場上的溫控器、pid調(diào)節(jié)器、plc、傳感器或變送器等儀表,都要加裝金屬屏蔽外殼并與保安地相連。必要時,可在此類儀表的電源進(jìn)線端加裝上述的電感式磁環(huán)濾波器。
3 防止變頻器漏電斷路器誤動作技術(shù)
  在日常使用中碰到有在變頻器輸入電路中配置漏電保護(hù)器的,但是送電后漏電斷路器經(jīng)常會跳脫,原因又找不到,許多人都認(rèn)為是變頻器品質(zhì)出了問題,其實這里面是有原因的,現(xiàn)就這個問題做一分析。
  3.1 漏電斷路器額定電流設(shè)計
  變頻器輸出是以pwm(脈寬調(diào)制,類似高速開關(guān))方式控制,因此會發(fā)生高頻率的漏電電流,若要在變頻器一次側(cè)加裝一般漏電斷路開關(guān)時,建議請以每臺變頻器選擇200ma以上的感度電流且動作時間為0.1s以上的漏電斷路開關(guān)使用,但不保證該漏電斷路開關(guān)一定不會跳脫,必須考慮下列各因素才能決定系統(tǒng)漏電電流之大小,并選定適當(dāng)?shù)穆╇姅嗦烽_關(guān)及必要措施來改善送電后漏電斷路器跳脫之現(xiàn)象。
  一般漏電斷路開關(guān)之額定電流選擇計算公式如下(參見附圖):

  i△n ≥ 10〔ig1+ign+3(ig2+igm)〕
  式中:ig1、ig2:工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)時電纜線之漏電電流;
  ign:變頻器輸入側(cè)噪聲濾波器之漏電電流;
  igm:工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)時電動機(jī)的漏電電流。
  由上述公式之相關(guān)變動參數(shù)得知,會影響漏電電流大小的因素有:
  (1)電纜線的漏電電流有兩部分
  一是漏電斷路開關(guān)濾波器的電纜線長的漏電電流;
  二是變頻器電動機(jī)的電纜線長的漏電電流。
  (2)濾波器的漏電電流 (包含變頻器在內(nèi));
  (3)電動機(jī)的漏電電流。
  3.2 各部分漏電電流值
  (1)電纜線的漏電電流=a(實際電纜線長/1000);電纜廠商提供各線徑每1000m之漏電電流值a;
  (2)濾波器的漏電電流
  (包含變頻器在內(nèi))—變頻器供應(yīng)廠商提供。例如:臺達(dá)vfd055b43b用濾波器為26tdt1w4b4其漏電電流最大值為70ma;
  (3)電動機(jī)的漏電電流—電動機(jī)供應(yīng)廠商提供。
  3.3 設(shè)計舉例
  使用變頻器于圓盤針織機(jī)應(yīng)用,前端使用了漏電保護(hù),但是經(jīng)常跳脫,分析如下:變頻器功率為5.5kw,漏電斷路器漏電電流75ma。以過去經(jīng)驗來評估時,在一切正常的情況下其中因電纜線長及電動機(jī)本體的漏電電流影響不大,主要影響因素有濾波器的漏電電流(含變頻器在內(nèi))及負(fù)載側(cè)是否依第三種接地(10ω以下)施工,故建議如下:
  (1)若電源側(cè)一定要裝漏電斷路開關(guān),建議選擇200ma以上的感度電流且動作時間為0.1s以上之漏電斷路關(guān)開,但不保證該漏電斷路開關(guān)一定不會跳脫,必須符合在其它對象(電纜線長及電動機(jī))是正常的漏電流范圍內(nèi)及負(fù)載側(cè)是依第3種接地(10ω以下)施工下才有效。
  (2)若電源側(cè)一定要裝現(xiàn)有漏電斷路器(75ma), 建議輸入電源不經(jīng)現(xiàn)有的濾波器而直接輸入到變頻器,減少因為濾波器的漏電電流(含變頻器在內(nèi))造成現(xiàn)有漏電斷路器(75ma)跳脫。
  (3)將現(xiàn)有漏電斷路器(75ma)自電源系統(tǒng)脫離,將電源直接輸入濾波器再轉(zhuǎn)接到變頻器即可。
4 變頻器輸入輸出保護(hù)技術(shù)
  變頻器具有強(qiáng)大的保護(hù)功能,泛指的是輸出保護(hù)。從設(shè)計的角度來說,變頻器輸入端的保護(hù),到目前為止還是一個難題。主要是沒有一種既能快速切斷高壓大電流,又具有較低成本的器件。因此,如何防止高電壓大電流對變頻器輸入端的沖擊是應(yīng)用中的重要問題。
  4.1 變頻器的供電電壓條件
  以臺達(dá)kg系列變頻器為例:
  230v系列  單相電源200/208/220/230     50/60hz;
  460v系列  三相電源380/400/415/440/460   50/60hz;
  電壓波動范圍:±10% 頻率波動范圍:±5%。
  臺達(dá)kg系列變頻器220v系列和440v系列的輸入電壓若過低,變頻器會出現(xiàn)欠壓保護(hù),不會損壞變頻器。臺達(dá)變頻器220v系列的輸入電壓若高于265v或者440v系列的輸入電壓高于500v,變頻器的直流母線電壓將超過極限,可能會嚴(yán)重?fù)p壞變頻器。因此,在電源電壓不穩(wěn)或者在自發(fā)電供電源的場合使用變頻器,特別要注意變頻器的額定電壓是否滿足供電電源要求。
  4.2 輸入接觸器
  臺達(dá)變頻器說明書上的輸入接觸器,是給變頻器提供輸入電源的開關(guān)。絕不能將其作為變頻器的啟動或停止開關(guān)來使用。否則可能會造成變頻器的損壞。
  4.3 一臺變頻器輸出控制多臺電機(jī)
  (1)多臺電機(jī)同步啟動和停止,同頻升降速。此種應(yīng)用方式要注意功率匹配。不能簡單地選用變頻器的功率等于多臺電機(jī)功率之和,應(yīng)該放大變頻器的功率檔使用。
  注意﹗變頻器輸出應(yīng)直接和電機(jī)相聯(lián)接,中間不能用繼電器。
  (2)不允許多臺電機(jī)異步啟動和異步停止。因為這種控制方式,變頻器輸出要接繼電器。所以原則上是不允許的!異步啟動時,第一臺電機(jī)啟動是不會有問題的。但第二臺電機(jī)啟動時,變頻器輸出側(cè)電壓則很高,此時,第二臺電機(jī)相當(dāng)于全壓啟動,它的啟動電流約是自身額定電流的7-8倍,遠(yuǎn)超過變頻器的額定電流。
  第一臺電機(jī)在異步停止時,變頻器輸出電壓一定很高,此時繼電器在開關(guān)電機(jī)時,電感性負(fù)載會產(chǎn)生很高的瞬間反向電壓,遠(yuǎn)超過變頻器內(nèi)部器件的額定電壓,變頻器不是過壓報警就是過壓損壞。
  多臺電機(jī)異步切換是必須在前一臺變頻器停止后,才可以切換到下一臺變頻器的啟動。
  4.4 臺達(dá)變頻器的e接地線
  (1)零線。零線是發(fā)電機(jī)輸出的中心線,不論在客戶端是否為零電位,都不能把零線作為地線接在變頻器的e端!
  (2)變頻器的n接線端。變頻器的n接線端,是變頻器內(nèi)直流母線的負(fù)端,應(yīng)接至煞車模塊。既不能把它當(dāng)做接地線端,更不能錯接至電源零線。
  (3)保安地。臺達(dá)變頻器的e接地線應(yīng)接至保安地,也就是電機(jī)的外殼。避免高壓突變電壓波沖擊以及噪聲的干擾。
5 結(jié)束語
  本文根針對變頻器工程應(yīng)用中3個比較特殊的技術(shù)問題,以臺達(dá)kg系列變頻器為例,給出解決實際問題的原理設(shè)計方法。其技術(shù)原理實際上也適用于一般的變頻器工程應(yīng)用條件。
1770309616 發(fā)表于 2012-3-14 00:20:20
西門子PLC間接尋址

  尋址,就是指定指令要進(jìn)行操作的地址。給定指令操作的地址方法,就是尋址方法。
  在談間接尋址之前,我們簡單的了解一下直接尋址。所謂直接尋址,簡單的說,就是直接給出指令的確切操作數(shù),象上面所說的,A Q2.0,就是直接尋址,對于A這個指令來說,Q2.0就是它要進(jìn)行操作的地址。
  這樣看來,間接尋址就是間接的給出指令的確切操作數(shù)。對,就是這個概念。
  比如:A Q【MD100】 ,A T【DBW100】。程序語句中用方刮號 【 】 標(biāo)明的內(nèi)容,間接的指明了指令要進(jìn)行的地址,這兩個語句中的MD100和DBW100稱為指針Pointer,它指向它們其中包含的數(shù)值,才是指令真正要執(zhí)行的地址區(qū)域的確切位置。間接由此得名。
  西門子的間接尋址方式計有兩大類型:存儲器間接尋址和寄存器間接尋址。
  【存儲器間接尋址】
  存儲器間接尋址的地址給定格式是:地址標(biāo)識符+指針。指針?biāo)甘敬鎯卧兴臄?shù)值,就是地址的確切數(shù)值單元。
  存儲器間接尋址具有兩個指針格式:單字和雙字。
  單字指針是一個16bit的結(jié)構(gòu),從0-15bit,指示一個從0-65535的數(shù)值,這個數(shù)值就是被尋址的存儲區(qū)域的編號。
  雙字指針是一個32bit的結(jié)構(gòu),從0-2bit,共三位,按照8進(jìn)制指示被尋址的位編號,也就是0-7;而從3-18bit,共16位,指示一個從0-65535的數(shù)值,這個數(shù)值就是被尋址的字節(jié)編號。
  指針可以存放在M、DI、DB和L區(qū)域中,也就是說,可以用這些區(qū)域的內(nèi)容來做指針。
  單字指針和雙字指針在使用上有很大區(qū)別。下面舉例說明:

  L DW#16#35 //將32位16進(jìn)制數(shù)35存入ACC1
  T MD2 //這個值再存入MD2,這是個32位的位存儲區(qū)域
  L +10 //將16位整數(shù)10存入ACC1,32位16進(jìn)制數(shù)35自動移動到ACC2
  T MW100 //這個值再存入MW100,這是個16位的位存儲區(qū)域
  OPN DBW【MW100】 //打開DBW10。這里的【MW100】就是個單字指針,存放指針的區(qū)域是M區(qū),
  MW100中的值10,就是指針間接指定的地址,它是個16位的值!
  --------
  L L#+10 //以32位形式,把10放入ACC1,此時,ACC2中的內(nèi)容為:16位整數(shù)10
  T MD104 //這個值再存入MD104,這是個32位的位存儲區(qū)域
  A I【MD104】 //對I1.2進(jìn)行與邏輯操作!
  =DIX【MD2】 //賦值背景數(shù)據(jù)位DIX6.5!
xiandawuok 發(fā)表于 2012-3-24 08:10:19
謝謝分享
tanemin 發(fā)表于 2012-3-26 19:49:51
整個看下來花了好長時間
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