一．引言 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電能的短缺問(wèn)題越來(lái)越突出，節(jié)能也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。由于變頻器具有顯著的節(jié)能效果和優(yōu)良的調(diào)速性能等優(yōu)點(diǎn)，因此在現(xiàn)代化的生產(chǎn)企業(yè)中用變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在宣偉涂料一期工程中，就大量使用了羅克韋爾公司A-B品牌的PowerFlex700的變頻器。 宣偉（Sherwin－Williams）涂料有限公司于1866年成立，具有一百多年的歷史，是美國(guó)最大的涂料生產(chǎn)商和供應(yīng)商，是世界500強(qiáng)企業(yè)之一。目前在中國(guó)設(shè)有兩家分廠，廣東東莞和上海嘉定。 上海慧橋電氣自動(dòng)化有限公司是RockwellAutomation在華東地區(qū)全系列產(chǎn)品代理商。公司專業(yè)從事工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品的分銷和自動(dòng)化系統(tǒng)工程集成。公司擁有一支高素質(zhì)、高效率的銷售和工程技術(shù)隊(duì)伍，為用戶提供先進(jìn)、可靠、實(shí)用的世界級(jí)的自動(dòng)化產(chǎn)品和系統(tǒng)的解決方案。 二．工程系統(tǒng)概述 宣偉涂料FBCS控制系統(tǒng)PLC采用Rockwell公司SLC500 系列PLC，共有一個(gè)機(jī)架和五個(gè)Remot I/O機(jī)架；主機(jī)架與從機(jī)架采用Remote I/O通訊方式，用Remote I/O電纜連接，共兩路；共有五個(gè)防爆控制柜和一個(gè)控制柜，防爆控制柜上均有一觸摸屏，每個(gè)觸摸屏均可運(yùn)行RSView ME Station Runtime對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行就地控制操作，每個(gè)觸摸屏與PLC CPU采用Ethernet TCP/IP通訊方式，光纜連接；網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜一個(gè)，在涂料辦公室內(nèi)，柜內(nèi)共有3COM16口Switch Hub一個(gè)、光電轉(zhuǎn)換器六個(gè)，均為機(jī)架式裝配。 宣偉涂料FBCS系統(tǒng)分罐區(qū)和涂料車(chē)間兩部分組成。灌區(qū)由Header7（溶劑進(jìn)料區(qū)）和Header8（樹(shù)脂進(jìn)料區(qū)）組成。涂料車(chē)間由Header1（鐵器中間混料罐）、Header2（鐵器混料罐）、Header3（鐵器高速分散罐）、Header4（鐵器樹(shù)脂小加量）、Header9（小批量生產(chǎn)區(qū)）、去離子水系統(tǒng)、自來(lái)水系統(tǒng)、冷熱水系統(tǒng)、真空泵系統(tǒng)以及氮?dú)庀到y(tǒng)等組成。 在涂料的生產(chǎn)過(guò)程中，需要把一些化工原料按比例的混合在一起，然后根據(jù)生產(chǎn)工藝進(jìn)行攪拌和混合，使之發(fā)生物理和化學(xué)的反應(yīng)。在宣偉涂料一期工程中，是一個(gè)反應(yīng)釜式的應(yīng)用，功率從15HP到150HP不等，共有20臺(tái)變頻器，使用的是PowerFlex700變頻器。 A-B品牌的PowerFlex700變頻器具有優(yōu)良的調(diào)速性能和顯著的節(jié)能效果?？刂品绞接袩o(wú)速度矢量傳感器控制、轉(zhuǎn)矩直接控制和傳統(tǒng)的電壓/頻率控制。其中矢量控制采用了A-B獲專利的磁場(chǎng)定向控制方法，具有分開(kāi)獨(dú)立控制電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩，使得變頻器在零速時(shí)仍能產(chǎn)生滿轉(zhuǎn)矩。其性能可與直流調(diào)速相媲美。靈活的控制方法和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊能力使得PF700應(yīng)用在各種不同的領(lǐng)域和滿足苛刻的控制要求。 下圖是攪拌機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的組成圖： 變頻器控制接線圖： 根據(jù)生產(chǎn)需要和要求，變頻器既可以在設(shè)備旁由操作工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，同時(shí)也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)端監(jiān)控變頻器。如果采用ControlNet網(wǎng)，在PowerFlex700上加一塊ControlNet網(wǎng)卡就可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和控制了。這樣的話，只要在辦公室就可以通過(guò)電腦查看到每一個(gè)變頻器的運(yùn)行狀態(tài)。 變頻器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成示意圖 三. 系統(tǒng)功能及應(yīng)用 1．變頻器的安裝 PF700 變頻器采用柜內(nèi)安裝，安裝十分簡(jiǎn)單，除了通常的三根電源線輸入，三根輸出以外，變頻器的接地也十分重要。由于電動(dòng)機(jī)距離變頻器有一百多米，輸入和輸出側(cè)都安裝了電抗器用來(lái)濾波和抑制反射波電壓。 2．系統(tǒng)的調(diào)試 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際要求，該工程中用了以下幾個(gè)功能： （1）. 自動(dòng)整定 調(diào)試的第一步就是把電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤的輸入到變頻器中，然后變頻器的微處理器就根據(jù)所輸入的電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型，為了使這個(gè)數(shù)學(xué)模型和實(shí)際的電動(dòng)機(jī)的特性一一匹配，要進(jìn)行參數(shù)的整定。 異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制系統(tǒng)是基于轉(zhuǎn)子磁通保持不變的、用磁場(chǎng)定向方式以達(dá)到瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩可控的高精度驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。矢量控制的質(zhì)量依存于電動(dòng)機(jī)參數(shù)的正確程度。通常，電動(dòng)機(jī)參數(shù)是根據(jù)電動(dòng)機(jī)空載、堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)的結(jié)果再用公式進(jìn)行計(jì)算求出。若把它們用于一般傳動(dòng)的穩(wěn)態(tài)特性計(jì)算，可以認(rèn)為符合精度要求。但若用于矢量控制的高精度系統(tǒng)，尚須再運(yùn)行中對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正。實(shí)現(xiàn)矢量控制的前提是正確設(shè)定電動(dòng)機(jī)等效電路的參數(shù)，亦即逆變器與電動(dòng)機(jī)參數(shù)必須匹配成為一對(duì)一的整體。由于在運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)溫升變化引起轉(zhuǎn)子電阻和時(shí)間常數(shù)變化，將影響磁場(chǎng)定向。因此，需要在運(yùn)行中對(duì)系統(tǒng)的某幾個(gè)參數(shù)（如定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻、放大系數(shù)等）進(jìn)行自動(dòng)偵測(cè)和調(diào)整。自動(dòng)整定分為動(dòng)態(tài)整定和靜態(tài)整定，區(qū)別是動(dòng)態(tài)整定電動(dòng)機(jī)是要旋轉(zhuǎn)的，而靜態(tài)整定是不旋轉(zhuǎn)的。 （2）. 網(wǎng)絡(luò)通訊與監(jiān)控 PF700變頻器具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊能力，可以應(yīng)用在各種不同的網(wǎng)絡(luò)上，如：ControlNet,DeviceNet,EtherNet/IP,RS485,Remote I/O等。變頻器有各種網(wǎng)絡(luò)的適配卡，只要把網(wǎng)絡(luò)適配卡安裝在變頻器上，就可以輕松進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊和網(wǎng)絡(luò)控制，以及和PLC、上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊。上位機(jī)使用的是A-B的觸摸屏PanelView，使用ControlNet網(wǎng)絡(luò)來(lái)和PLC、上位機(jī)通訊。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，廠長(zhǎng)就可以在辦公室輕松查看全廠設(shè)備的運(yùn)行狀況。通過(guò)ContralNet網(wǎng)絡(luò)，工程師可以在辦公室實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠變頻器的參數(shù)的監(jiān)測(cè)和控制，可以根據(jù)生產(chǎn)工藝的變化而方便調(diào)整變頻器的各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定。 （3）. 飛速啟動(dòng)功能設(shè)置 在混合的化工原料中，有的是呈漿糊狀的，有的是呈液體狀的。如果是液體狀的，在高速旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)由于某種原因停止了，發(fā)現(xiàn)后會(huì)很快的又再次啟動(dòng)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)還沒(méi)有完全停止旋轉(zhuǎn)，往往會(huì)發(fā)生過(guò)流故障而使變頻器無(wú)法啟動(dòng)，為了避免這種情況的發(fā)生，我們使能了飛速啟動(dòng)功能。 飛速啟動(dòng)功能適用于將已經(jīng)旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)盡可能快地與變頻器連接，并繼續(xù)平穩(wěn)地工作，對(duì)負(fù)載或速度帶來(lái)盡可能小的影響。當(dāng)變頻器執(zhí)行一個(gè)常規(guī)的起動(dòng)時(shí)，通常會(huì)從0Hz的初始啟動(dòng)頻率按斜坡上升到一個(gè)指定的頻率。如果此時(shí)電動(dòng)機(jī)有一定的旋轉(zhuǎn)速度，就會(huì)產(chǎn)生很大的電流，如果限流裝置的反應(yīng)不夠及時(shí)，將導(dǎo)致過(guò)流跳閘。變頻器啟動(dòng)時(shí)，在旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)上有殘磁存在的話，過(guò)流跳閘的可能性就更大。即使限流裝置反應(yīng)足夠及時(shí)，能避免過(guò)流跳閘，結(jié)果也是將電動(dòng)機(jī)減速到一個(gè)極慢的速度，再重新加速到設(shè)定的頻率。這樣的話在設(shè)備上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)極大的機(jī)械沖擊力，潛在地增加停工和維修費(fèi)用的可能。 用飛速啟動(dòng)模式，變頻器接到啟動(dòng)命令，開(kāi)始識(shí)別電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使變頻器的初始輸出與旋轉(zhuǎn)的電機(jī)在頻率、幅度和相位上保持同步，然后在當(dāng)時(shí)的轉(zhuǎn)速下與電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電氣連接，然后平滑地加速到設(shè)定的頻率。這樣就避免了過(guò)流跳閘的可能，并極大地縮短了電動(dòng)機(jī)到達(dá)設(shè)定頻率地時(shí)間。由于電動(dòng)機(jī)是在自身的旋轉(zhuǎn)速度下與變頻器進(jìn)行平滑連接，然后按斜坡加速到指定的速度，在整個(gè)過(guò)程中幾乎沒(méi)有或很少產(chǎn)生機(jī)械沖擊。 （4）.過(guò)載保護(hù) 過(guò)載能力的高低直接影響到生產(chǎn)的連續(xù)性。一般來(lái)說(shuō)，過(guò)載保護(hù)能力是衡量變頻器可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)。過(guò)載能力的強(qiáng)弱與允許過(guò)載的時(shí)間和允許過(guò)載的百分比有關(guān)，呈反時(shí)限特征。PF700變頻器的間歇過(guò)載時(shí)間是：110％過(guò)載可持續(xù)1分鐘；150％過(guò)載可持續(xù)3秒。如果是重載應(yīng)用的話是150％的過(guò)載可持續(xù)1分鐘。電流限制的極限值可從20％～160％編程設(shè)定。由于有的化工原料混在一起后就成了呈漿糊狀，特別粘稠，在攪拌的過(guò)程中，阻力特別大，很容易過(guò)流，這時(shí)就要電流限制，否則就很容易燒馬達(dá)。 （5）. 跳躍頻率 旋轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備自身具有機(jī)械諧振點(diǎn)，因此在調(diào)速的過(guò)程中必須要避開(kāi)這些諧振頻率點(diǎn)，防止損害設(shè)備。 PF700變頻器具有跳躍頻率或臨界避免頻率的功能，可以保證電動(dòng)機(jī)不會(huì)持續(xù)運(yùn)行在一個(gè)或多個(gè)具有損害性的諧振頻率。諧振頻率被編入跳躍頻率參數(shù)中，在這些頻率附近編一個(gè)帶寬，創(chuàng)建一個(gè)跳躍帶以避開(kāi)引起共振的區(qū)域。變頻器提供了3個(gè)跳躍頻率來(lái)對(duì)付不同的諧振點(diǎn)。 正常的加速和減速是不會(huì)受這些跳躍頻率的影響的，因?yàn)轵?qū)動(dòng)器的輸出將按斜線連續(xù)地穿越整個(gè)頻帶。當(dāng)要求地變頻器連續(xù)運(yùn)行在建立的頻帶范圍內(nèi)時(shí)，變頻器會(huì)改變輸出頻率，保持在頻帶之外，直到給定新的速度命令。 （6）. S曲線 宣偉涂料攪拌機(jī)是通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送帶來(lái)使攪拌片旋轉(zhuǎn)起來(lái)的。為了防止啟動(dòng)時(shí)的突加轉(zhuǎn)矩作用于傳送帶上，會(huì)導(dǎo)致皮帶飛脫和斷裂，使用S曲線功能來(lái)避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。 當(dāng)負(fù)載從穩(wěn)速變?yōu)榧铀倩驕p速時(shí)，這種過(guò)渡通常是瞬時(shí)的，反之亦然。這種現(xiàn)象如同在換檔的車(chē)上踩離合器。這種突然的動(dòng)作會(huì)在機(jī)械上產(chǎn)生相當(dāng)大的沖擊力。在傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，會(huì)造成傳動(dòng)帶飛脫或斷裂。變頻器可以使用這個(gè)功能有效的控制這種突然變化和加速度的速率。 四．結(jié)束語(yǔ) 變頻器使用半年多來(lái)，工作穩(wěn)定，加上其完善的功能，高可靠性和卓越的控制性能，至今未出現(xiàn)任何問(wèn)題，應(yīng)用十分成功，收到了良好的效果，客戶十分滿意。 文章來(lái)源：上?；蹣螂姎庾詣?dòng)化有限公司 梁銀虎