變頻器維修綜合試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與制作

左文鳳

摘要：在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，變頻器作為應(yīng)用最廣泛的電機(jī)調(diào)速裝置，種類(lèi)之多數(shù)量之多，如何快速準(zhǔn)確維修變頻器成為一個(gè)難題。本課題研究以ACS800變頻器維修綜合試驗(yàn)臺(tái)為背景，模擬466采煤機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)狀況。該試驗(yàn)臺(tái)既可以啟/停、加速、減速、正反轉(zhuǎn)控制變頻器，實(shí)時(shí)顯示電流、頻率、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，又可以測(cè)試變頻器整流、逆變模塊的好壞，又可以對(duì)主控板和驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行調(diào)試維修，較好地解決了變頻器的維修和檢查難題。

Abstract： In the field of industrial production， frequency converters are the most widely used motor speed control devices， and the number of types is much， how to quickly and accurately repair the frequency converter becomes a problem. This research is based on the ACS800 inverter maintenance comprehensive test bench as the background to simulate the site condition of the 466 shearer. The test bench can control the inverter by starting/stopping， accelerating， decelerating， and reversing， displaying the current， frequency， speed and other parameters in real time， and testing the rectification and inverter modules of the inverter， and can also control the inverter. The board and the drive circuit are debugged and repaired， which better solves the maintenance and inspection problems of the inverter.

關(guān)鍵詞：Modbus通信協(xié)議;直流檢測(cè)板;PLC;變頻器;觸摸屏

Key words： Modbus communication protocol;DC detection board;PLC;inverter;touch screen

中圖分類(lèi)號(hào)：TN773? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）26-0141-02

1? 概述

隨著技術(shù)的進(jìn)步，變頻器在生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。變頻器的作用是為電動(dòng)機(jī)提供可變頻率的電源，利用其平滑無(wú)級(jí)的調(diào)速性能，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，可以任意調(diào)節(jié)頻率，降低噪音，可達(dá)到節(jié)能運(yùn)行效果和優(yōu)良的軟啟動(dòng)性能。

面對(duì)數(shù)量如此之多的變頻器，如何保障其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題，而變頻器的真正維修難點(diǎn)在其主回路控制板上。主控板以前得寄往變頻器生產(chǎn)廠家維修，要花費(fèi)許多金錢(qián)及時(shí)間，也耽誤了生產(chǎn)。針對(duì)此問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了變頻器檢測(cè)臺(tái)，既可以測(cè)試變頻器整流、逆變模塊的好壞，又可以對(duì)主控板和驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行調(diào)試維修，較好地解決變頻器的維修和檢查難題。

2? 變頻器工作原理簡(jiǎn)介

變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再將直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成的。

經(jīng)常見(jiàn)到的變頻器，因?yàn)橹麟娐返闹虚g環(huán)節(jié)有一個(gè)電容儲(chǔ)能電路，又稱(chēng)電壓型變頻器，其逆變電路是由電容C1、C2儲(chǔ)能提供電源供應(yīng)的。變頻器的上部主電路揭示了電壓型變頻器的主電路結(jié)構(gòu)，下半部分則為控制電路，其主要任務(wù)是生成逆變功率電路所需的6路脈沖信號(hào)，并承擔(dān)故障檢測(cè)、停機(jī)保護(hù)和操作控制等任務(wù)。

3? 試驗(yàn)臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)圖

變頻器試驗(yàn)臺(tái)主要由可編程控制器PLC、觸摸屏、直流檢測(cè)板、互感器、取樣電路板和各類(lèi)檢測(cè)儀器儀表等組成。被檢測(cè)的變頻器與試驗(yàn)臺(tái)相連接，見(jiàn)圖1。現(xiàn)將變頻器試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)的基本原理及電路框圖說(shuō)明如圖1。

4? 試驗(yàn)臺(tái)硬件選型

4.1 PLC

試驗(yàn)臺(tái)控制器采用西門(mén)子S7-200系列可編程序控制器的CPU226，STEP 7-Micro/WIN? V4.0編程軟件對(duì)其功能進(jìn)行編程。其控制原理圖如圖2所示。

4.2 觸摸屏

維控觸摸屏在變頻器檢測(cè)臺(tái)中的應(yīng)用，包括變頻器的啟/停、各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置以及電流、頻率等模擬量的顯示。觸摸屏型號(hào)為L(zhǎng)EV1102L，觸摸屏與西門(mén)子200PLC之間通訊采用串口通訊，連接方式RS485，編程軟件采用Levistudio，其畫(huà)面分為主畫(huà)面、監(jiān)控畫(huà)面、啟停控制和故障報(bào)警畫(huà)面等。

以ACS800變頻器檢測(cè)畫(huà)面為例，如圖3所示。

4.3 其他

各類(lèi)檢測(cè)儀器儀表和裝置有：萬(wàn)用表、示波器、耐壓測(cè)試儀、調(diào)壓變壓器、自制整流橋、開(kāi)關(guān)電源等。用萬(wàn)用表測(cè)量整流、逆變模塊的二極管壓降，然后用耐壓測(cè)試儀檢測(cè)器耐壓，可判斷變頻器整流、逆變模塊的好壞。還可用直流檢測(cè)板、開(kāi)關(guān)電源，對(duì)主控板的過(guò)流，短路及驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行調(diào)試維修。取樣電路板是獲取外部短路的信號(hào)，互感器是獲取過(guò)流缺相信號(hào)。

5? 直流檢測(cè)板

在維修過(guò)程中常需要對(duì)控制電路板進(jìn)行單獨(dú)上電檢修。不論是檢測(cè)CPU主板還是檢修電源板、驅(qū)動(dòng)板，都需要接開(kāi)關(guān)電源，為各部分電路的檢測(cè)提供條件。所以要先了解開(kāi)關(guān)電源電路的電源取自哪里，進(jìn)而用外置維修電源來(lái)取代。

本項(xiàng)目使用自己制作的維修電源（如圖4），放置在檢修工作臺(tái)的一個(gè)位置上，這個(gè)維修電源的作用是可實(shí)現(xiàn)變頻器的拆機(jī)上電檢查、維修完裝機(jī)后的上電檢查、對(duì)CPU主板和電源、驅(qū)動(dòng)板的脫機(jī)檢測(cè)檢修等。

圖4中，IS2510為整流橋。DC端子電源的作用為，接入DC端子電源，用此電源代替原變頻器內(nèi)三相整流電路、直流回路。DC端子電源的優(yōu)點(diǎn)：一是一種安全檢測(cè)電源，變壓器本身供電隔離作用，在檢測(cè)中萬(wàn)一觸及強(qiáng)電部分，因無(wú)對(duì)地回路，不會(huì)造成對(duì)人體觸電的危害;二是該電源為小容量電源，又串入2A熔斷器，機(jī)器電路即使有短路故障存在，但因電源容量所限和熔斷器的作用，不致?lián)p壞整流和逆變模塊。

6? MODBUS通訊協(xié)議

MODBUS協(xié)議作為應(yīng)用最廣泛的通信傳輸協(xié)議，通過(guò)此協(xié)議，變頻器與PLC之間就可以進(jìn)行通訊。變頻器與西門(mén)子200PLC之間的硬件連接采用，9針串口轉(zhuǎn)RS485的電纜連接，也就是九針串口的3和RS-485信號(hào)B相連接，九針串口的8和RS-485信號(hào)A相連接，就可以了。它定義了連接口的針腳、電纜、信號(hào)位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)。

以ACS800變頻器為例，先對(duì)變頻器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完通訊參數(shù)后無(wú)需刷新，必須重新上電更新。

6.1 讀變頻器參數(shù)

92.02～05設(shè)置要讀的變頻器參數(shù)，如下例：

92.02——0102，92.03——0103，92.04——0104，

92.05——0105，92.06——0106

運(yùn)行后變頻器參數(shù)值自動(dòng)發(fā)送到存儲(chǔ)器中相應(yīng)位置中，這時(shí)自動(dòng)返回相應(yīng)數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)如表2（注：返回為10進(jìn)制）。

6.2 寫(xiě)變頻器參數(shù)

在變頻器90參數(shù)組（D SET REC ADDR數(shù)據(jù)集傳送地址）中設(shè)置：

90.01～03存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)總線的給定值，可定義為要寫(xiě)的參數(shù)，如下例：

90.01——1202，90.02——1203，90.04——1204

發(fā)送報(bào)文與DB1中的對(duì)應(yīng)。

7? 結(jié)論

本課題研究在采煤機(jī)ACS800變頻器的基礎(chǔ)上，推廣到各種不同變頻器上，本試驗(yàn)臺(tái)具有通用性及兼容性，只要變頻器具有RS485通訊口，就可以實(shí)現(xiàn)與其通訊，可以啟/停、加速、減速、正反轉(zhuǎn)控制變頻器，實(shí)時(shí)顯示電流、頻率、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，又可以測(cè)試變頻器整流、逆變模塊的好壞，又可以對(duì)主控板和驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行調(diào)試維修，較好地解決了變頻器的維修和檢查難題。本次設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)可提供和井下相同的控制輸入輸出條件，多功能人機(jī)界面可以直觀的顯示出主機(jī)的各種工作參數(shù)，加快了維修進(jìn)度，同時(shí)滿(mǎn)足了客戶(hù)的需求和出廠檢驗(yàn)要求，社會(huì)效益明顯。到目前為止，已經(jīng)維修各類(lèi)變頻器四十余臺(tái)，以采煤機(jī)變頻器ACS800為例，一臺(tái)維修費(fèi)為4.1萬(wàn)，每年維修15臺(tái)，每年效益15臺(tái)*4.1萬(wàn)=61.5萬(wàn)，其經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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