變頻器維修綜合試驗臺的設計與制作

左文鳳

摘要：在工業生產領域，變頻器作為應用最廣泛的電機調速裝置，種類之多數量之多，如何快速準確維修變頻器成為一個難題。本課題研究以ACS800變頻器維修綜合試驗臺為背景，模擬466采煤機的現場狀況。該試驗臺既可以啟/停、加速、減速、正反轉控制變頻器，實時顯示電流、頻率、轉速等參數，又可以測試變頻器整流、逆變模塊的好壞，又可以對主控板和驅動電路進行調試維修，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.

關鍵詞：Modbus通信協議;直流檢測板;PLC;變頻器;觸摸屏

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

中圖分類號：TN773? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）26-0141-02

1? 概述

隨著技術的進步，變頻器在生產中的應用越來越廣泛。變頻器的作用是為電動機提供可變頻率的電源，利用其平滑無級的調速性能，實現電動機的無級調速，可以任意調節頻率，降低噪音，可達到節能運行效果和優良的軟啟動性能。

面對數量如此之多的變頻器，如何保障其正常運轉，成為一個迫切需要解決的問題，而變頻器的真正維修難點在其主回路控制板上。主控板以前得寄往變頻器生產廠家維修，要花費許多金錢及時間，也耽誤了生產。針對此問題，我們設計了變頻器檢測臺，既可以測試變頻器整流、逆變模塊的好壞，又可以對主控板和驅動板進行調試維修，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整流器轉換成直流電源，然后再將直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。

經常見到的變頻器，因為主電路的中間環節有一個電容儲能電路，又稱電壓型變頻器，其逆變電路是由電容C1、C2儲能提供電源供應的。變頻器的上部主電路揭示了電壓型變頻器的主電路結構，下半部分則為控制電路，其主要任務是生成逆變功率電路所需的6路脈沖信號，并承擔故障檢測、停機保護和操作控制等任務。

3? 試驗臺硬件結構圖

變頻器試驗臺主要由可編程控制器PLC、觸摸屏、直流檢測板、互感器、取樣電路板和各類檢測儀器儀表等組成。被檢測的變頻器與試驗臺相連接，見圖1。現將變頻器試驗臺臺的基本原理及電路框圖說明如圖1。

4? 試驗臺硬件選型

4.1 PLC

試驗臺控制器采用西門子S7-200系列可編程序控制器的CPU226，STEP 7-Micro/WIN? V4.0編程軟件對其功能進行編程。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臺中的應用，包括變頻器的啟/停、各項參數的設置以及電流、頻率等模擬量的顯示。觸摸屏型號為LEV1102L，觸摸屏與西門子200PLC之間通訊采用串口通訊，連接方式RS485，編程軟件采用Levistudio，其畫面分為主畫面、監控畫面、啟停控制和故障報警畫面等。

以ACS800變頻器檢測畫面為例，如圖3所示。

4.3 其他

各類檢測儀器儀表和裝置有：萬用表、示波器、耐壓測試儀、調壓變壓器、自制整流橋、開關電源等。用萬用表測量整流、逆變模塊的二極管壓降，然后用耐壓測試儀檢測器耐壓，可判斷變頻器整流、逆變模塊的好壞。還可用直流檢測板、開關電源，對主控板的過流，短路及驅動電路進行調試維修。取樣電路板是獲取外部短路的信號，互感器是獲取過流缺相信號。

5? 直流檢測板

在維修過程中常需要對控制電路板進行單獨上電檢修。不論是檢測CPU主板還是檢修電源板、驅動板，都需要接開關電源，為各部分電路的檢測提供條件。所以要先了解開關電源電路的電源取自哪里，進而用外置維修電源來取代。

本項目使用自己制作的維修電源（如圖4），放置在檢修工作臺的一個位置上，這個維修電源的作用是可實現變頻器的拆機上電檢查、維修完裝機后的上電檢查、對CPU主板和電源、驅動板的脫機檢測檢修等。

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三相整流電路、直流回路。DC端子電源的優點：一是一種安全檢測電源，變壓器本身供電隔離作用，在檢測中萬一觸及強電部分，因無對地回路，不會造成對人體觸電的危害;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，不致損壞整流和逆變模塊。

6? MODBUS通訊協議

MODBUS協議作為應用最廣泛的通信傳輸協議，通過此協議，變頻器與PLC之間就可以進行通訊。變頻器與西門子200PLC之間的硬件連接采用，9針串口轉RS485的電纜連接，也就是九針串口的3和RS-485信號B相連接，九針串口的8和RS-485信號A相連接，就可以了。它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗。

以ACS800變頻器為例，先對變頻器的各項參數進行設置，設置完通訊參數后無需刷新，必須重新上電更新。

6.1 讀變頻器參數

92.02～05設置要讀的變頻器參數，如下例：

92.02——0102，92.03——0103，92.04——0104，

92.05——0105，92.06——0106

運行后變頻器參數值自動發送到存儲器中相應位置中，這時自動返回相應數據。對應如表2（注：返回為10進制）。

6.2 寫變頻器參數

在變頻器90參數組（D SET REC ADDR數據集傳送地址）中設置：

90.01～03存儲現場總線的給定值，可定義為要寫的參數，如下例：

90.01——1202，90.02——1203，90.04——1204

發送報文與DB1中的對應。

7? 結論

本課題研究在采煤機ACS800變頻器的基礎上，推廣到各種不同變頻器上，本試驗臺具有通用性及兼容性，只要變頻器具有RS485通訊口，就可以實現與其通訊，可以啟/停、加速、減速、正反轉控制變頻器，實時顯示電流、頻率、轉速等參數，又可以測試變頻器整流、逆變模塊的好壞，又可以對主控板和驅動電路進行調試維修，較好地解決了變頻器的維修和檢查難題。本次設計的試驗臺可提供和井下相同的控制輸入輸出條件，多功能人機界面可以直觀的顯示出主機的各種工作參數，加快了維修進度，同時滿足了客戶的需求和出廠檢驗要求，社會效益明顯。到目前為止，已經維修各類變頻器四十余臺，以采煤機變頻器ACS800為例，一臺維修費為4.1萬，每年維修15臺，每年效益15臺*4.1萬=61.5萬，其經濟效益顯著。

參考文獻：

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