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一．引言

    隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，電能的短缺問題越來越突出，節(jié)能也越來越受到人們的關注。由于變頻器具有顯著的節(jié)能效果和優(yōu)良的調速性能等優(yōu)點，因此在現(xiàn)代化的生產(chǎn)企業(yè)中用變頻器來驅動電動機應用越來越廣泛。在宣偉涂料一期工程中，就大量使用了羅克韋爾公司A-B品牌的PowerFlex700的變頻器。


    宣偉（Sherwin－Williams）涂料有限公司于1866年成立，具有一百多年的歷史，是美國最大的涂料生產(chǎn)商和供應商，是世界500強企業(yè)之一。目前在中國設有兩家分廠，廣東東莞和上海嘉定。

    上海慧橋電氣自動化有限公司是RockwellAutomation在華東地區(qū)全系列產(chǎn)品代理商。公司專業(yè)從事工業(yè)自動化產(chǎn)品的分銷和自動化系統(tǒng)工程集成。公司擁有一支高素質、高效率的銷售和工程技術隊伍，為用戶提供先進、可靠、實用的世界級的自動化產(chǎn)品和系統(tǒng)的解決方案。

二．工程系統(tǒng)概述

    宣偉涂料FBCS控制系統(tǒng)PLC采用Rockwell公司SLC500 系列PLC，共有一個機架和五個Remot I/O機架；主機架與從機架采用Remote I/O通訊方式，用Remote I/O電纜連接，共兩路；共有五個防爆控制柜和一個控制柜，防爆控制柜上均有一觸摸屏，每個觸摸屏均可運行RSView ME Station Runtime對現(xiàn)場設備進行就地控制操作，每個觸摸屏與PLC CPU采用Ethernet TCP/IP通訊方式，光纜連接；網(wǎng)絡機柜一個，在涂料辦公室內，柜內共有3COM16口Switch Hub一個、光電轉換器六個，均為機架式裝配。


    宣偉涂料FBCS系統(tǒng)分罐區(qū)和涂料車間兩部分組成。灌區(qū)由Header7（溶劑進料區(qū)）和Header8（樹脂進料區(qū)）組成。涂料車間由Header1（鐵器中間混料罐）、Header2（鐵器混料罐）、Header3（鐵器高速分散罐）、Header4（鐵器樹脂小加量）、Header9（小批量生產(chǎn)區(qū)）、去離子水系統(tǒng)、自來水系統(tǒng)、冷熱水系統(tǒng)、真空泵系統(tǒng)以及氮氣系統(tǒng)等組成。

    在涂料的生產(chǎn)過程中，需要把一些化工原料按比例的混合在一起，然后根據(jù)生產(chǎn)工藝進行攪拌和混合，使之發(fā)生物理和化學的反應。在宣偉涂料一期工程中，是一個反應釜式的應用，功率從15HP到150HP不等，共有20臺變頻器，使用的是PowerFlex700變頻器。

    A-B品牌的PowerFlex700變頻器具有優(yōu)良的調速性能和顯著的節(jié)能效果。控制方式有無速度矢量傳感器控制、轉矩直接控制和傳統(tǒng)的電壓/頻率控制。其中矢量控制采用了A-B獲專利的磁場定向控制方法，具有分開獨立控制電動機的磁場和轉矩，使得變頻器在零速時仍能產(chǎn)生滿轉矩。其性能可與直流調速相媲美。靈活的控制方法和強大的網(wǎng)絡通訊能力使得PF700應用在各種不同的領域和滿足苛刻的控制要求。

下圖是攪拌機調速系統(tǒng)的組成圖：


    變頻器控制接線圖： 根據(jù)生產(chǎn)需要和要求，變頻器既可以在設備旁由操作工進行現(xiàn)場控制，同時也可以通過網(wǎng)絡在遠端監(jiān)控變頻器。如果采用ControlNet網(wǎng)，在PowerFlex700上加一塊ControlNet網(wǎng)卡就可以進行實時的監(jiān)測和控制了。這樣的話，只要在辦公室就可以通過電腦查看到每一個變頻器的運行狀態(tài)。
 

變頻器網(wǎng)絡系統(tǒng)組成示意圖



1．變頻器的安裝

    PF700 變頻器采用柜內安裝，安裝十分簡單，除了通常的三根電源線輸入，三根輸出以外，變頻器的接地也十分重要。由于電動機距離變頻器有一百多米，輸入和輸出側都安裝了電抗器用來濾波和抑制反射波電壓。


2．系統(tǒng)的調試

根據(jù)現(xiàn)場的實際要求，該工程中用了以下幾個功能：

（1）. 自動整定

    調試的第一步就是把電動機的銘牌數(shù)據(jù)準確無誤的輸入到變頻器中，然后變頻器的微處理器就根據(jù)所輸入的電動機數(shù)據(jù)建立一個數(shù)學模型，為了使這個數(shù)學模型和實際的電動機的特性一一匹配，要進行參數(shù)的整定。

    異步電動機的矢量控制系統(tǒng)是基于轉子磁通保持不變的、用磁場定向方式以達到瞬時轉矩可控的高精度驅動系統(tǒng)。矢量控制的質量依存于電動機參數(shù)的正確程度。通常，電動機參數(shù)是根據(jù)電動機空載、堵轉試驗的結果再用公式進行計算求出。若把它們用于一般傳動的穩(wěn)態(tài)特性計算，可以認為符合精度要求。但若用于矢量控制的高精度系統(tǒng)，尚須再運行中對參數(shù)進行修正。實現(xiàn)矢量控制的前提是正確設定電動機等效電路的參數(shù)，亦即逆變器與電動機參數(shù)必須匹配成為一對一的整體。由于在運行中電動機溫升變化引起轉子電阻和時間常數(shù)變化，將影響磁場定向。因此，需要在運行中對系統(tǒng)的某幾個參數(shù)（如定子電阻、轉子電阻、放大系數(shù)等）進行自動偵測和調整。自動整定分為動態(tài)整定和靜態(tài)整定，區(qū)別是動態(tài)整定電動機是要旋轉的，而靜態(tài)整定是不旋轉的。

（2）. 網(wǎng)絡通訊與監(jiān)控

    PF700變頻器具有強大的網(wǎng)絡通訊能力，可以應用在各種不同的網(wǎng)絡上，如：

ControlNet,DeviceNet,EtherNet/IP,RS485,Remote I/O等。變頻器有各種網(wǎng)絡的適配卡，只要把網(wǎng)絡適配卡安裝在變頻器上，就可以輕松進行網(wǎng)絡通訊和網(wǎng)絡控制，以及和PLC、上位機聯(lián)網(wǎng)通訊。上位機使用的是A-B的觸摸屏PanelView，使用ControlNet網(wǎng)絡來和PLC、上位機通訊。通過網(wǎng)絡，廠長就可以在辦公室輕松查看全廠設備的運行狀況。通過ContralNet網(wǎng)絡，工程師可以在辦公室實現(xiàn)對全廠變頻器的參數(shù)的監(jiān)測和控制，可以根據(jù)生產(chǎn)工藝的變化而方便調整變頻器的各項參數(shù)的設定。

（3）. 飛速啟動功能設置

    在混合的化工原料中，有的是呈漿糊狀的，有的是呈液體狀的。如果是液體狀的，在高速旋轉的電動機由于某種原因停止了，發(fā)現(xiàn)后會很快的又再次啟動，這時電動機還沒有完全停止旋轉，往往會發(fā)生過流故障而使變頻器無法啟動，為了避免這種情況的發(fā)生，我們使能了飛速啟動功能。

    飛速啟動功能適用于將已經(jīng)旋轉的電動機盡可能快地與變頻器連接，并繼續(xù)平穩(wěn)地工作，對負載或速度帶來盡可能小的影響。當變頻器執(zhí)行一個常規(guī)的起動時，通常會從0Hz的初始啟動頻率按斜坡上升到一個指定的頻率。如果此時電動機有一定的旋轉速度，就會產(chǎn)生很大的電流，如果限流裝置的反應不夠及時，將導致過流跳閘。變頻器啟動時，在旋轉的電動機上有殘磁存在的話，過流跳閘的可能性就更大。即使限流裝置反應足夠及時，能避免過流跳閘，結果也是將電動機減速到一個極慢的速度，再重新加速到設定的頻率。這樣的話在設備上會產(chǎn)生一個極大的機械沖擊力，潛在地增加停工和維修費用的可能。

    用飛速啟動模式，變頻器接到啟動命令，開始識別電動機的轉速，使變頻器的初始輸出與旋轉的電機在頻率、幅度和相位上保持同步，然后在當時的轉速下與電動機進行電氣連接，然后平滑地加速到設定的頻率。這樣就避免了過流跳閘的可能，并極大地縮短了電動機到達設定頻率地時間。由于電動機是在自身的旋轉速度下與變頻器進行平滑連接，然后按斜坡加速到指定的速度，在整個過程中幾乎沒有或很少產(chǎn)生機械沖擊。

（4）.過載保護

    過載能力的高低直接影響到生產(chǎn)的連續(xù)性。一般來說，過載保護能力是衡量變頻器可靠性的一個重要指標。過載能力的強弱與允許過載的時間和允許過載的百分比有關，呈反時限特征。PF700變頻器的間歇過載時間是：110％過載可持續(xù)1分鐘；150％過載可持續(xù)3秒。如果是重載應用的話是150％的過載可持續(xù)1分鐘。電流限制的極限值可從20％～160％編程設定。由于有的化工原料混在一起后就成了呈漿糊狀，特別粘稠，在攪拌的過程中，阻力特別大，很容易過流，這時就要電流限制，否則就很容易燒馬達。

（5）. 跳躍頻率

    旋轉的機械設備自身具有機械諧振點，因此在調速的過程中必須要避開這些諧振頻率點，防止損害設備。

    PF700變頻器具有跳躍頻率或臨界避免頻率的功能，可以保證電動機不會持續(xù)運行在一個或多個具有損害性的諧振頻率。諧振頻率被編入跳躍頻率參數(shù)中，在這些頻率附近編一個帶寬，創(chuàng)建一個跳躍帶以避開引起共振的區(qū)域。變頻器提供了3個跳躍頻率來對付不同的諧振點。

    正常的加速和減速是不會受這些跳躍頻率的影響的，因為驅動器的輸出將按斜線連續(xù)地穿越整個頻帶。當要求地變頻器連續(xù)運行在建立的頻帶范圍內時，變頻器會改變輸出頻率，保持在頻帶之外，直到給定新的速度命令。

（6）. S曲線

    宣偉涂料攪拌機是通過電動機帶動傳送帶來使攪拌片旋轉起來的。為了防止啟動時的突加轉矩作用于傳送帶上，會導致皮帶飛脫和斷裂，使用S曲線功能來避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。

    當負載從穩(wěn)速變?yōu)榧铀倩驕p速時，這種過渡通常是瞬時的，反之亦然。這種現(xiàn)象如同在換檔的車上踩離合器。這種突然的動作會在機械上產(chǎn)生相當大的沖擊力。在傳動帶驅動系統(tǒng)中，會造成傳動帶飛脫或斷裂。變頻器可以使用這個功能有效的控制這種突然變化和加速度的速率。

四．結束語

    變頻器使用半年多來，工作穩(wěn)定，加上其完善的功能，高可靠性和卓越的控制性能，至今未出現(xiàn)任何問題，應用十分成功，收到了良好的效果，客戶十分滿意。