摘要：本文介紹西門子70矢量控制型變頻器在標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。以及對該系統(tǒng)的通訊及傳動控制部分進(jìn)行討論 關(guān)鍵詞：變頻器 PROFIBUS 通訊 一、概述： 在高爐煉鐵生產(chǎn)中，一般把按照品種、數(shù)量稱量好的爐料從地面的貯礦槽運(yùn)送到爐頂?shù)纳a(chǎn)機(jī)械稱為高爐上料設(shè)備。料車主卷揚(yáng)是上料系統(tǒng)的核心設(shè)備，其可靠性直接影響到生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益。本文對西門子矢量控制型變頻器在該系統(tǒng)改造部分的應(yīng)用，以及該系統(tǒng)的傳動控制部分進(jìn)行討論。 二、系統(tǒng)組成： 1、機(jī)械部分構(gòu)成 由一臺卷揚(yáng)機(jī)拖動兩臺料車，料車位于軌道斜面上，工作過程中，當(dāng)裝滿爐料的料車上升時，空料車下行，空車重量相當(dāng)于一個平衡錘，平衡了重料車的自重。兩料車交替上料，即其中一臺料車載料上行，另一臺為空車下行，運(yùn)行過程中電機(jī)始終處于負(fù)載狀態(tài)。 2、電氣部分構(gòu)成 系統(tǒng)由一臺S7－400的PLC做主站，主令控制器用普通導(dǎo)線傳輸。西門子變頻器、卷揚(yáng)低速軸同軸安裝絕對式編碼器通過PROFIBUS與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，通訊介質(zhì)采用雙絞帶屏蔽的銅芯電纜。操作指令由WINCC人機(jī)界面發(fā)送到PLC。如圖（1） 3、系統(tǒng)工作原理： 圖2中：VVVF為西門子70變頻器，KM1為輸入接觸器，KM2為輸出接觸器，KM3為抱閘接觸器，M為卷揚(yáng)電機(jī)，M1為液壓推動器。CBP2為變頻器通訊板。24V輔助電源用于當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓中斷時，支持裝置的通訊功能和診斷功能。制動單元，制動電阻在電機(jī)制動或加/減速時把動能轉(zhuǎn)換成熱能。 工作原理：操作工發(fā)出料車1上行指令，上位機(jī)通過控制字發(fā)出開機(jī)及正轉(zhuǎn)命令，同時主給定值HSW給出變頻器的高速頻率45Hz，變頻器由0Hz開始提速， PLC控制開啟抱閘，料車上行，直到全速運(yùn)行；隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動，主令控制器的K1閉合至PLC（如圖3），由PLC發(fā)出低速指令，同時主給定值HSW給出變頻器的低速頻率10Hz，電機(jī)以低速運(yùn)行；當(dāng)主令控制器的K3閉合時．說明料車已經(jīng)達(dá)到終點(diǎn)，變器封鎖輸出，同時關(guān)閉機(jī)械抱閘，料車l送料完畢。料車2重復(fù)如上過程（主令點(diǎn)改變）。 三、系統(tǒng)通訊原理 1、通訊輸入 變頻器掛現(xiàn)場總線，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換，對應(yīng) PROFIBUS總線形式，配用CBP2接口板。PLC的PPO類型設(shè)為4，其數(shù)據(jù)傳送特征為：變頻器接收1個控制字，5個設(shè)定字；發(fā)送2個狀態(tài)字，4個實(shí)際值設(shè)定字。 由于頻率是通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)定，故具有通訊速率高，精度高、穩(wěn)定可靠，接線簡單等優(yōu)點(diǎn)。而在模擬量控制時，PLC輸出端經(jīng)過一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過導(dǎo)線，進(jìn)入輸入端（變頻器）又經(jīng)過一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器才能參與控制。兩個轉(zhuǎn)換器位數(shù)不同和導(dǎo)線損耗都可能造成一定誤差。而網(wǎng)絡(luò)通訊傳遞直接是數(shù)字量不需要轉(zhuǎn)換，沒有誤差，在傳輸過程中不會造成損耗，而且響應(yīng)速度率也會很高。 2、通訊設(shè)定 西門子S7400作為主站，主卷揚(yáng)變頻器做為從站。主要通訊信息有兩種：（1）浮點(diǎn)數(shù)主要為設(shè)定速度，實(shí)際電流，實(shí)際轉(zhuǎn)矩，實(shí)際頻率等；（2） 開關(guān)量主要是正/反轉(zhuǎn)、開機(jī)指令及運(yùn)行狀態(tài)，和一些故障報警的指示等。 變頻器發(fā)送與接收的報文如圖（4）、圖（5）。 四、系統(tǒng)的保護(hù)： 1、在卷揚(yáng)同軸安裝一只掛在PROFBUS DP網(wǎng)上的絕對式編碼器，上位PLC讀取編碼器的實(shí)時數(shù)據(jù)，通過計算設(shè)定為極限保護(hù)點(diǎn)，以防止主令控制器失靈時的最后保護(hù)，防止料車“沖頂”事故的發(fā)生。 2、編碼器另一個重要功能是測定料車的實(shí)時速度，通過主令控制器的配合，完成對料車的超速保護(hù)、低速檢查，反向保護(hù)。 2．1、超速保護(hù)：料車運(yùn)行中，PLC根據(jù)編碼器測得的料車實(shí)際速度，全程監(jiān)控料車不得超過最高速度，否則PLC輸出急停關(guān)閉變頻器、機(jī)械抱閘同時制動，并輸出報警。 2．2、反向保護(hù)：反向保護(hù)是當(dāng)電機(jī)起動時起動力矩不能克服料車重力矩，形成重料車下滑。PLC根據(jù)編碼器測得的料車實(shí)際速度方向，判斷料車運(yùn)行方向是否錯誤，從而起到保護(hù)作用。起動完后料車具有慣性，形成反向的可能性很小，但反向保護(hù)也是全程的。 2．3、低速檢查：當(dāng)主令控制器的K2閉合時（圖3），PLC根據(jù)編碼器測得的料車實(shí)際速度，檢查變頻器是否已減速。若否，立即停止變頻輸出，抱閘制動。若是，繼續(xù)運(yùn)行。 3、對于變頻器自身故障由PLC通過 PROFBUS DP網(wǎng)采集，當(dāng)故障發(fā)生時，立即關(guān)閉機(jī)械抱閘，以防止料車下滑。 4、變頻器X9端子7/9輸出變頻準(zhǔn)備好接點(diǎn)信號，故障時斷開輸入接觸器KM1，切斷變頻器電源。 五、過程中遇到的問題 1、變頻器選型： 考慮到冶金系統(tǒng)的設(shè)計特點(diǎn)，變頻器選配160kW，電機(jī)選配110kW。由于冶煉強(qiáng)度增加每車料加重，電機(jī)運(yùn)行電流過大，發(fā)熱嚴(yán)重，后改為132KW 電機(jī)，才滿足生產(chǎn)要求。由于加/減速時有再生能量，故選配制動單元和制動電阻。 2、在空載調(diào)試階段： 由于機(jī)械減速箱傳動比偏小，調(diào)試初期高速時50HZ運(yùn)行，料車速度太快，在做料車高速急停試驗(yàn)時，鋼絲繩松馳致使料車出軌，故高速時改為45HZ。把第一次減速時主令控制點(diǎn)推后。但保證每車上料時間40S。 3、制動器的配合 當(dāng)變頻器收到正轉(zhuǎn)(或反轉(zhuǎn))指令后，為防止變頻器低頻起動力矩偏小，不足以克服裝料重車而下滑。變頻器通過狀態(tài)字將電機(jī)力矩反饋到上位機(jī)PLC。當(dāng)電機(jī)力矩達(dá)設(shè)定值時，（力矩值設(shè)定按最重料車啟動時不下滑為準(zhǔn)），且經(jīng)過0.5秒延時后，PLC才打開抱閘，，隨著低段速的選通，電機(jī)處于爬行狀態(tài)，當(dāng)PLC檢測到終點(diǎn)信號時，發(fā)出停車命令，變頻器封鎖輸出執(zhí)行停止，同時關(guān)閉抱閘。如此控制抱閘既防止變頻器過流保護(hù)．又防止料車下滑． 六、技術(shù)性能及特點(diǎn)： 以上述方案改造的韶鋼煉鐵廠1號、2號、6號高爐主卷揚(yáng)系統(tǒng)，自2002年3月投入運(yùn)行以來，至今電氣部分未出一次故障，料車“沖頂”、“掛頂”事故也從未發(fā)生過，提高了生產(chǎn)效率，降低了設(shè)備維護(hù)、運(yùn)行費(fèi)用。西門子變頻器可靠性高，控制方便，尤其是低頻特性好值得在起重行業(yè)推廣應(yīng)用。