淺析ABB變頻器的傳動控制及與S7-400的通信

王甫江 金兵 劉勝軍

江蘇永鋼集團有限公司 江蘇 蘇州 215628

1 ABB變頻器概述

1.1 ABB變頻器原理

ABB變頻器中包括輔助控制單元、進線單元、濾波單元、逆變器和供電單元，在工作中，會利用供電單元將三相交流電進行整流，獲得直流電，然后將直流電通過直流電母線傳送到各種逆變器中。逆變器和供電單元都是四象限運行，因此在工作過程中就實現了母線將電機發電狀態下產生的交流電進行逆變器共享，或者最后通過供電單元將電能返回電網。

1.2 ABB變頻控制技術的優勢

（1）直接轉矩控制

使用直接轉矩控制的優勢在控制的結構比較簡單，在處理數據時，各種物理量應用也比較清晰，因此就增加了在變頻控制工作中的魯棒性。實際應用中，使用直接轉矩控制還能以比較快的速度做出響應，無論是動態控制和靜態控制都有比較明顯的優勢。直接轉矩控制的基礎是矢量控制，需要建立基于釘子的坐標系，會使用空間矢量對定子的磁場防線進行計算，并且可以通過分析定子的坐標實現對電動機磁鏈的計算。

（2）矢量控制

矢量控制的原理在于模仿直流電機控制異步電動機，會在控制過程中，進行轉子電流坐標的轉換，將其分解成勵磁、轉矩兩個數值。因此，使用該方法在控制過程中需要進行大量的運算，對控制系統的算例有很高的要求，保證坐標系轉換的計算結果精度，同時，復雜的控制方式也增加了結構的復雜性。但是，在近年來計算機技術發展迅速的背景下，系統的運算速度在逐漸加快，并且也保證了控制的精度[1]。

2 ABB ACS 880標準變頻器的控制方式

2.1 變頻器控制方式特點

該變頻器采用了直接轉矩控制的方式，控制工作不需要有解碼器和測速機的反饋，就能夠精確控制轉矩和速度，對攪拌機、卷取機、風機等都能實現比較精確的控制。在控制系統中，逆變器將會對電機的磁通量和轉矩直接控制，在工作中，主要利用電機的電流、電壓作為自適應電極的模型輸入，利用每25微秒的測定值獲得轉矩和磁通量，然后會將兩個值根據設定值進行比較，結合情況確定逆變器開通的時機。

2.2 變頻器控制命令分析

對ACS880變頻器進行控制時，可以通過遠程控制、I/O端子口控制、拓展模塊控制，以及使用PC適配器和PC連接進行控制。為實現控制的全面性，就需要有兩套控制參數分別進行通訊方式和DI端子控制，除了要設置控制命令的切換方式，也要設置給定源的切換方式。如圖1所示。

2.3 ACS880拖動交流電機的通用控制方式

由于采用了直接轉矩控制的模式，因此控制的精度和電機的模型關系密切，所以在使用過程中，會先運行1分鐘左右來實現對數學模型的優化。由于該變頻器能快速感知電機的運行狀況，使變頻器具備電機任何狀況下起動的能力，如果電動機的速度給定值和電機的速度都要比預設值低，變頻器就會對電機注入直流電壓，并終止電機運行。為實現制動功能，需要給變頻器加裝一個制動斬波器和制動電阻器，可以通過精準的控制實現電動機的快速停車，如果出現回路電壓高出極限電壓的情況，就會采用耗能制動的方式控制電機[2]。

圖1 變頻器的外部本地控制方式

3 ABB變頻器和S7-400通信分析

3.1 網絡配置

兩種設備都可以使用Profibus-DP協議的方式進行通信，對于ABB ACS 880變頻器，需要進行相關配置提升數據交換的速度，對于S7-400可以安裝補丁程序來獲得傳動產品列表。在整個網絡配置工作中，需要將S7-400作為主站，而ABB變頻器則作為從站。

兩者采用光纖進行連接，使用適配器模塊NPBA-1和ABB ACS 880通訊板的NDCO通道使用DDCS協議進行通訊，在通訊初始化工作中，需要先對適配器模塊和傳動裝置模塊進行初始化，包括設定協議、數據索引號、通訊超時、通信模型等數據。在該網絡的配置下，傳動裝置可以通過現場的總線來獲得各種信息。

4 結束語

使用ABB變頻器進行傳動控制，在控制精度和控制靈活性上非常高，而結合S7-400單片機，可以控制變頻器進行更為靈活的控制，最大幅度縮短變頻器的反應時間，以及指定合理的控制方式，實現對穿孔控制的優化，滿足了響應速度快、加速效果好的要求。為了能實現更為靈活的控制，還需要增加對智能技術和網絡通信技術的使用，優化控制系統，使機組能穩定安全地運行。