西門(mén)子MM440 變頻器調(diào)速的控制方法

吳 振

（河鋼股份有限公司承德分公司 河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067000）

西門(mén)子MM440變頻儀器的優(yōu)點(diǎn)包含功能強(qiáng)大、可靠程度高、收到信號(hào)響應(yīng)時(shí)間很短等，主要廣泛應(yīng)用在我國(guó)的化工業(yè)的生產(chǎn)、冶金還有印刷業(yè)等行業(yè)。在每個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)領(lǐng)域中，電動(dòng)機(jī)是需要多段速運(yùn)行的，這些都是可以通過(guò)變頻儀器多段運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以對(duì)于電氣技術(shù)人員來(lái)說(shuō)掌握西門(mén)子MM440 變頻器調(diào)速相關(guān)知識(shí)至關(guān)重要。

1 西門(mén)子系列變頻儀器的命令任務(wù)和頻率任務(wù)

在設(shè)置每一個(gè)項(xiàng)目的應(yīng)用參數(shù)數(shù)據(jù)時(shí)，一定要準(zhǔn)確無(wú)誤地指定命令任務(wù)和頻率任務(wù)。系列頻器的命令任務(wù)主要是用來(lái)指揮變頻器的啟動(dòng)、停止（1、2 和3）、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)等任務(wù)的來(lái)源，將會(huì)由參數(shù)p700 來(lái)指定任務(wù)。參數(shù)任務(wù)是來(lái)源于以下三種方式：bop 是外部數(shù)字量輸入。Uss 是協(xié)議命令。系列頻器的頻率源主要是用來(lái)專門(mén)指示變頻器輸出頻率值的出處，將會(huì)由參數(shù)p1000 來(lái)指定任務(wù)。它大體是由以下的五種或者其中兩種的疊加組合而來(lái)。mop（電動(dòng)電位計(jì)）是外部模擬量輸入電壓（流），也是內(nèi)部設(shè)定的固定頻率。bop 面板的增加（減少）項(xiàng)按鍵。Uss 則是協(xié)議設(shè)定值。按照命令任務(wù)與頻率任務(wù)的排列組合規(guī)律辦法，系列頻器也就有了多種可行的控制方法，見(jiàn)下表。

表1 MM440 頻器的控制方法數(shù)據(jù)列表

2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研發(fā)項(xiàng)目的現(xiàn)狀

現(xiàn)在我國(guó)拖動(dòng)方式大致有兩種：一種是交流拖動(dòng)方式，我國(guó)提升機(jī)通常就是采用串電阻調(diào)速的交流拖動(dòng)方式，使用改變轉(zhuǎn)差率s 的調(diào)速方法，調(diào)速的效率很低，耗能卻很高；一種是直流拖動(dòng)方式，我國(guó)提升機(jī)控制系統(tǒng)中的兩種分系統(tǒng)主要就是采用直流拖動(dòng)，從晶閘管到直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和直流發(fā)電機(jī)再到直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。在國(guó)外的主流拖動(dòng)方式是從晶閘管到電動(dòng)機(jī)直流低速直聯(lián)拖動(dòng)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是：總體效率非常高，電能的消耗也比較少。單機(jī)的容量很大，適用范圍也比較寬廣。調(diào)節(jié)速度平滑，精度度高。非常安全可靠。節(jié)電方面表現(xiàn)顯眼。劣勢(shì)是：功率數(shù)據(jù)低。無(wú)功沖擊很大。交流變頻調(diào)速和機(jī)驅(qū)動(dòng)提升系統(tǒng)達(dá)到同步。這一類系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是：提升容量會(huì)很大。電機(jī)能夠可靠運(yùn)行，減少運(yùn)行的消耗。功率因數(shù)比較高的話，可以節(jié)省電能。系統(tǒng)可以在四象限平滑過(guò)渡和實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。同步機(jī)的價(jià)格相對(duì)也低，消耗不大。

3 企業(yè)提升機(jī)的基本構(gòu)成和工作方式

企業(yè)提升機(jī)的六個(gè)基本部分所構(gòu)成的，分別就為工作部分、制動(dòng)部分、機(jī)械傳動(dòng)部分、潤(rùn)滑部分、觀測(cè)和操縱部分，自動(dòng)保護(hù)部分。

（1）工作部分。工作部分主要就是由機(jī)械裝置儀器構(gòu)成的運(yùn)行部件，主要包含有離合器還有主軸等等。這些機(jī)械部件共同合作，就可以完成提升機(jī)的主要?jiǎng)幼髦噶睢?/p>

（2）制動(dòng)部分。制動(dòng)部分主要分為兩個(gè)部分，分別為制動(dòng)儀器和液壓裝置儀器。這個(gè)部分的主要作用就是保證提升機(jī)在工作過(guò)程中能夠正確停車，而且必須要滿足在機(jī)器發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)停止運(yùn)行，避免出現(xiàn)人員上的損傷。

（3）機(jī)械傳動(dòng)部分。機(jī)械傳動(dòng)部分主要分為兩個(gè)部分，分別就是減速儀器還有聯(lián)軸儀器，減速儀器的功能是把電機(jī)傳動(dòng)的高速度轉(zhuǎn)化成為滾筒的速度；而聯(lián)軸儀器的主要功能是為了完成扭矩的傳遞任務(wù)。

（4）潤(rùn)滑部分。提升機(jī)在工作的過(guò)程中只要各部件的聯(lián)動(dòng)就會(huì)造成各種各樣的摩擦，而摩擦的產(chǎn)生就會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)形成損傷，所以為了能夠減少摩擦，就要讓潤(rùn)滑系統(tǒng)朝需要潤(rùn)滑的地方傳遞過(guò)去潤(rùn)滑油。

（5）觀測(cè)和操縱部分。觀測(cè)和操縱部分的組成可以分為兩個(gè)部分，分別為操縱臺(tái)和指示儀器，操縱臺(tái)就是工作人員日常工作的地方，在這個(gè)地方操作人員可以通過(guò)操縱臺(tái)上邊的按鍵等部件和提升機(jī)之間進(jìn)行作用，按照程序完成工作人員想要執(zhí)行的命令。

（6）自動(dòng)保護(hù)部分。提升機(jī)是一種機(jī)械電氣裝置儀器，只要是儀器在工作的過(guò)程中就避免不了出現(xiàn)各種各樣的故障，這種故障的出現(xiàn)是隨機(jī)的，不能夠預(yù)測(cè)到的。在這種突發(fā)性的故障發(fā)生的時(shí)候，如果不能夠及時(shí)處理或者及時(shí)的停止儀器設(shè)備的工作狀態(tài)，就會(huì)產(chǎn)生巨大的危險(xiǎn)狀況，因此提升機(jī)必須擁有自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)故障的時(shí)候可以根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)做出合理的保護(hù)措施，保證工作臺(tái)工作人員的安全。提升機(jī)的主要組成部分的工作機(jī)理是只有在各部分協(xié)調(diào)工作的基礎(chǔ)上才能滿足工程上的所有需要。

4 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

（1）PLC 處理器。本次設(shè)計(jì)方案采用的是西門(mén)子公司生產(chǎn)的型號(hào)是MM440 的PLC 處理器，在接收到多路旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)時(shí)可以通過(guò)使用模擬拓展模塊，給液壓站提供兩個(gè)路線的模擬信號(hào)，然后實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程通信的基本功能。

（2）變頻儀器。控制系統(tǒng)的核心設(shè)備其實(shí)就是變頻儀器，它的工作原理就是對(duì)電動(dòng)機(jī)供電壓的頻率進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。

（3）安全保護(hù)階段。安全程序規(guī)定，企業(yè)提升機(jī)必須保證完備的保護(hù)環(huán)節(jié)，雙線制就是采用雙機(jī)熱備份或者是雙PLC 處理器冗余。目前常用的保護(hù)措施大致有以下幾種：超速過(guò)速方式、松繩方式、閘瓦磨損保護(hù)方式、過(guò)卷方式、欠壓方式、深度指示實(shí)效方式、測(cè)速部分實(shí)效方式等等。

（4）顯示單元閥門(mén)和可調(diào)閘門(mén)。顯示單元采用上位機(jī)工控制軟件系統(tǒng)來(lái)顯示。礦井提升機(jī)運(yùn)行開(kāi)始，PLC處理器模擬量輸出模塊輸出控制信號(hào)以后，由液壓站接收到信號(hào)并且根據(jù)此個(gè)輸出制動(dòng)力矩，可以調(diào)節(jié)閘手柄的位置和制動(dòng)力矩的大小是成正相關(guān)的關(guān)系。在需要安全制動(dòng)的時(shí)候，緊急制動(dòng)可以在0.6s時(shí)間內(nèi)迅速完成。所以，可調(diào)閘門(mén)是可以保證提升機(jī)運(yùn)行安全的重要裝置儀器。

（5）檢測(cè)階段。控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)行為可通過(guò)增量型旋轉(zhuǎn)編碼儀器完成，因?yàn)樵隽啃D(zhuǎn)編碼儀器的輸出內(nèi)容是數(shù)字信號(hào)，所以可以直接送入PLC處理器進(jìn)行變換標(biāo)度，最終轉(zhuǎn)換成為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。加速度能夠通過(guò)計(jì)算采樣速率來(lái)計(jì)算，總的提升深度通過(guò)計(jì)算其累計(jì)值來(lái)計(jì)算。控制系統(tǒng)的電流檢測(cè)方式可以直接使用變頻儀器自帶的電流保護(hù)措施來(lái)完成，也可以通過(guò)電流互感器進(jìn)行操作，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理之后，互感器檢測(cè)信號(hào)被傳入變頻儀器構(gòu)成電流環(huán)。在具體選擇何種方式方面要根據(jù)用戶實(shí)際需求來(lái)確定。

5 變頻儀器調(diào)速的辦法

變頻儀器的控制方法一般有正弦脈寬調(diào)制方法、電壓空間矢量方法、矢量控制方式、矩陣式交—交控制方式、直接轉(zhuǎn)矩控制方式等等，我們這里采用的是直接轉(zhuǎn)矩控制方式。就像矢量控制實(shí)現(xiàn)的閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制方式一樣，直接轉(zhuǎn)矩控制以定子坐標(biāo)系的磁通和轉(zhuǎn)矩計(jì)算作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)逆變器輸出的電信號(hào)直接對(duì)電機(jī)的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速完成反饋控制。再由于這種控制方式只對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，和其他參量并沒(méi)有什么實(shí)際關(guān)聯(lián)，通過(guò)控制時(shí)間響應(yīng)來(lái)規(guī)避超調(diào)的出現(xiàn)。通過(guò)這種方式改善電機(jī)低頻特性，運(yùn)用控制程序設(shè)計(jì)規(guī)避變頻器在低速時(shí)輸出的扭矩不足，以免出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備在啟動(dòng)和過(guò)載的過(guò)程中發(fā)生溜車現(xiàn)象。具體方面的控制，因?yàn)樵陔姍C(jī)變頻直驅(qū)控制系統(tǒng)中，定子電流、轉(zhuǎn)矩與磁鏈相關(guān)聯(lián)，所以通過(guò)預(yù)測(cè)定子電流可以確定所需要的轉(zhuǎn)矩、磁鏈等數(shù)據(jù)。具體就用一個(gè)采用周期作為單位，變化情況如下：

上式要結(jié)合實(shí)際的is(n)、us(n)、Ψs(n)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算出一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)定子電流的實(shí)際變化情況，因此對(duì)下一個(gè)周期的定子電流is(n+1)就可以展開(kāi)預(yù)測(cè)如下：

同時(shí)在這種控制手段下，通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋來(lái)完成閉環(huán)調(diào)速。以反饋結(jié)果完成連同轉(zhuǎn)矩、磁鏈作為共同參照對(duì)電壓矢量進(jìn)行選擇。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，西門(mén)子變頻器在鋼鐵企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是西門(mén)子MM440 變頻器調(diào)速的控制方法，為鋼鐵企業(yè)帶來(lái)了操作快捷、可靠性高、耗能低等優(yōu)點(diǎn)。因此，作為鋼鐵企業(yè)電氣技術(shù)人員要不斷學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，更好地維護(hù)變頻器，確保其發(fā)揮更大的作用。