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一．引言

    隨著經濟的快速發展，電能的短缺問題越來越突出，節能也越來越受到人們的關注。由于變頻器具有顯著的節能效果和優良的調速性能等優點，因此在現代化的生產企業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商和供應商，是世界500強企業之一。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在華東地區全系列產品代理商。公司專業從事工業自動化產品的分銷和自動化系統工程集成。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品和系統的解決方案。

二．工程系統概述

    宣偉涂料FBCS控制系統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系統分罐區和涂料車間兩部分組成。灌區由Header7（溶劑進料區）和Header8（樹脂進料區）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（小批量生產區）、去離子水系統、自來水系統、冷熱水系統、真空泵系統以及氮氣系統等組成。

    在涂料的生產過程中，需要把一些化工原料按比例的混合在一起，然后根據生產工藝進行攪拌和混合，使之發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變頻器具有優良的調速性能和顯著的節能效果。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的組成圖：


    變頻器控制接線圖： 根據生產需要和要求，變頻器既可以在設備旁由操作工進行現場控制，同時也可以通過網絡在遠端監控變頻器。如果采用ControlNet網，在PowerFlex700上加一塊ControlNet網卡就可以進行實時的監測和控制了。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。
 

變頻器網絡系統組成示意圖



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．系統的調試

根據現場的實際要求，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據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所輸入的電動機數據建立一個數學模型，為了使這個數學模型和實際的電動機的特性一一匹配，要進行參數的整定。

    異步電動機的矢量控制系統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。矢量控制的質量依存于電動機參數的正確程度。通常，電動機參數是根據電動機空載、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態特性計算，可以認為符合精度要求。但若用于矢量控制的高精度系統，尚須再運行中對參數進行修正。實現矢量控制的前提是正確設定電動機等效電路的參數，亦即逆變器與電動機參數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變化，將影響磁場定向。因此，需要在運行中對系統的某幾個參數（如定子電阻、轉子電阻、放大系數等）進行自動偵測和調整。自動整定分為動態整定和靜態整定，區別是動態整定電動機是要旋轉的，而靜態整定是不旋轉的。

（2）. 網絡通訊與監控

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

ControlNet,DeviceNet,EtherNet/IP,RS485,Remote I/O等。變頻器有各種網絡的適配卡，只要把網絡適配卡安裝在變頻器上，就可以輕松進行網絡通訊和網絡控制，以及和PLC、上位機聯網通訊。上位機使用的是A-B的觸摸屏PanelView，使用ControlNet網絡來和PLC、上位機通訊。通過網絡，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網絡，工程師可以在辦公室實現對全廠變頻器的參數的監測和控制，可以根據生產工藝的變化而方便調整變頻器的各項參數的設定。

（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，發現后會很快的又再次啟動，這時電動機還沒有完全停止旋轉，往往會發生過流故障而使變頻器無法啟動，為了避免這種情況的發生，我們使能了飛速啟動功能。

    飛速啟動功能適用于將已經旋轉的電動機盡可能快地與變頻器連接，并繼續平穩地工作，對負載或速度帶來盡可能小的影響。當變頻器執行一個常規的起動時，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生機械沖擊。

（4）.過載保護

    過載能力的高低直接影響到生產的連續性。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1分鐘；150％過載可持續3秒。如果是重載應用的話是150％的過載可持續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中，在這些頻率附近編一個帶寬，創建一個跳躍帶以避開引起共振的區域。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地穿越整個頻帶。當要求地變頻器連續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象的發生。

    當負載從穩速變為加速或減速時，這種過渡通常是瞬時的，反之亦然。這種現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生相當大的沖擊力。在傳動帶驅動系統中，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，至今未出現任何問題，應用十分成功，收到了良好的效果，客戶十分滿意。