西門子SIMOVERT MASTERDRIVES變頻器在制造業(yè)中的應(yīng)用

潘艷輝

(河南國控宇飛電子玻璃有限公司，鄭州 450016)

引言

伴隨著近些年先進(jìn)制造技術(shù)和信息化技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，制造業(yè)的發(fā)展模式發(fā)生了較大的變化，出現(xiàn)了所謂現(xiàn)代制造業(yè)，最重要的表現(xiàn)是對作為制造工藝基礎(chǔ)的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動化和智能化提出了更高的要求。西門子的SIMOVERT MASTERDRIVE變頻器是一種模塊化的單元系列，有極高的動態(tài)性能，能精確的滿足每一種工藝需求，為制造業(yè)從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代提供了可靠的自動化技術(shù)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

西門子SIMOVERT MASTERDRIVES是具有IGBT逆變器、全數(shù)字技術(shù)的有電壓中間回路變頻器，能為制造行業(yè)所有應(yīng)用場合提供高性能和最經(jīng)濟(jì)的解決方案。SIMOVERT MASTERDRIVES變頻器由整流/回饋單元（Active Front End）、逆變器、過電流保護(hù)裝置（Overcurrent Protector OCP）、制動單元和電子板選件等構(gòu)成。

整流/回饋單元（Active Front End）也稱為主動前端式直流電壓源，與傳統(tǒng)的二極管或是可控硅被動式的整流技術(shù)相比，它具有很多的主動控制功能，不僅能不受電網(wǎng)電壓波動的影響，而且還能有效去除高次諧波提高功率因數(shù)。它的核心部件是一個帶有閉環(huán)控制板CUSA的逆變器，它將交流電壓變?yōu)橹绷麟妷汉螅@個直流電壓能快速的給交流側(cè)疊加一個矢量控制，這個矢量控制不僅能使功率因數(shù)變的可調(diào)，還能補償無功功率使得變頻器在電網(wǎng)電壓波動時免受其害。

逆變器是由先進(jìn)的IGBT組成，采用模塊化設(shè)計，技術(shù)先進(jìn)，系統(tǒng)效能高，并且有統(tǒng)一的布局，即使是元件的尺寸不同，也可將其任意的并列組合，大大節(jié)省了空間。過電流保護(hù)裝置（Overcurrent Protector OCP）是用于保護(hù)整流/回饋單元，將兩者連接在一起，它在電網(wǎng)電壓瞬時跌落而導(dǎo)致逆變顛覆時通過IGBT使中間回路電流下降來避免熔斷器的燒壞。其他的系統(tǒng)元件如制動電阻、通訊板、進(jìn)線電抗器、無線電干擾抑制濾波器等使得變頻器與相關(guān)的傳動系統(tǒng)更好的結(jié)合在一起，成為制造業(yè)完美的解決方案。

2 開環(huán)和閉環(huán)控制功能

SIMOVERT MASTERDRIVES變頻器有兩種基本的控制形式：一是通過v/f特性曲線的頻率控制，這種控制方式是以輸出電壓和頻率為線性比例來控制電機(jī)，可以通過轉(zhuǎn)速實際值發(fā)送器來完成閉環(huán)控制，具有滑差補償，但在低頻的時候變頻器輸出電流較小，沒有辦法實現(xiàn)精確的速度要求，因此頻率控制適用于簡單的應(yīng)用場合。二是矢量控制，它能夠精確的控制轉(zhuǎn)矩和磁通的電流分量，維持參考轉(zhuǎn)矩并對其進(jìn)行有效的限制，其次這種控制方式還具備異步電動機(jī)參數(shù)自動辨識、自適應(yīng)功能，也就是說電機(jī)在投入運行之前根據(jù)電機(jī)參數(shù)自動的調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而實現(xiàn)對電機(jī)的高精度控制，能滿足動態(tài)品質(zhì)的最高要求。越來越嚴(yán)格的制造工藝要求，使得對傳動設(shè)備的精度也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，矢量控制作為一種高動態(tài)響應(yīng)的控制技術(shù)，其控制精度甚至可以到達(dá)十萬分之一，而且相比頻率控制主要的優(yōu)點是在低頻或者零轉(zhuǎn)速時也能滿轉(zhuǎn)矩輸出，因此為制造業(yè)特別是裝備制造業(yè)提供了性能優(yōu)越的傳動裝置。

3 通訊、操作和監(jiān)控

SIMOVERT MASTERDRIVES系列變頻器基本裝置上的接口有COM1、COM2和 USS接口，COM1和 COM2為串行接口，多為RS485接口，兩個串行接口用USS協(xié)議進(jìn)行工作，最多連接31個用戶，最大的傳輸速率為38.4kbit/s。USS接口除用作連接多個變頻器外，還可連接到上一級的自動化系統(tǒng)。此外通過可選的通訊板CB2還可以選擇Profibus-DP和CAN的數(shù)據(jù)傳輸方式，Profibus-DP是當(dāng)今適用于所有現(xiàn)場應(yīng)用的開放式的標(biāo)準(zhǔn)總線系統(tǒng)，它能完成在變頻器之間或是和上級開環(huán)/閉環(huán)控制系統(tǒng)之間快速和精確的周期的過程數(shù)據(jù)的交換，如控制信息、設(shè)定值、實際值和狀態(tài)信息等。

變頻器、逆變器和整流單元的相關(guān)參數(shù)都可以通過標(biāo)準(zhǔn)裝置中的參數(shù)設(shè)置單元PMU進(jìn)行操作和監(jiān)控，如變頻器的啟停、設(shè)置值的增大和減小、正反轉(zhuǎn)、顯示設(shè)置值和實際值、顯示報警和故障信息等。其次還可以通過選件OP1S完成更多更復(fù)雜的功能和動作，當(dāng)然西門子也提供了相關(guān)的軟件DriveMonitor來快速對變頻器進(jìn)行與工程有關(guān)的全部參數(shù)的設(shè)定和對系統(tǒng)的診斷。

4 在制造業(yè)中的應(yīng)用

無論是可適用于各種場合的系統(tǒng)構(gòu)成，還是動態(tài)品質(zhì)極高的閉環(huán)矢量控制功能，以及開放式的現(xiàn)場總線系統(tǒng)和快捷安全的操作和監(jiān)控，都為SIMOVERT MASTERDRIVES系列變頻器在制造業(yè)中的應(yīng)用提供了可靠的保證。

我國制造業(yè)從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代，也對相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)備和制造技術(shù)提出了更高的要求，當(dāng)然正是這些先進(jìn)的制造技術(shù)推動了制造行業(yè)的不斷前進(jìn)和發(fā)展。SIMOVERT MASTERDRIVES系列變頻器先進(jìn)的模塊化設(shè)計和控制技術(shù)，完全滿足了作為先進(jìn)制造技術(shù)前沿的虛擬制造和仿真制造的相關(guān)應(yīng)用需求，它很容易被連接到任何的自動化系統(tǒng)，例如PLC和PC，前面提到的開放式的通訊協(xié)議使得它與傳動系統(tǒng)的結(jié)合也變得簡單和容易，而且我們還可以通過西門子提供的軟件Drive ES集成傳動裝置到自動化系統(tǒng)，通過此軟件我們可以將工藝參數(shù)和控制功能結(jié)合在一起，不但可以進(jìn)行建模和仿真，而且能模擬整個生產(chǎn)過程，收集相關(guān)的數(shù)據(jù)，優(yōu)化工藝過程，進(jìn)而為制造業(yè)的自動化和智能化提供了平臺，這也正是SIMOVERT MASTERDRIVES系列變頻器能在制造業(yè)中得以廣泛應(yīng)用的原因所在。

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

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[4]SIMOVERT MATERDRIVES使用說明書.西門子電氣傳動有限公司，2010.

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[7]SIEMENS標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動產(chǎn)品通信手冊.西門子電氣傳動有限公司，2000.