第3章高壓變頻器控制電路課件

主講王兆義主辦單位：新疆博識(shí)通咨詢有限公司中國(guó)工業(yè)自動(dòng)化培訓(xùn)網(wǎng)高壓變頻器應(yīng)用、維護(hù)與維修1主講王兆義高壓變頻器應(yīng)用、維護(hù)與維修1第3章變頻器控制電路3.1控制概述1.控制系統(tǒng)由主控制器（CPU）、人機(jī)界面（嵌入式工控機(jī)）、PLC三大部分組成。三大部分各有分工，又互相通訊、協(xié)同工作。人機(jī)界面和主控制器及PLC之間均采用RS485進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，通訊協(xié)議為公司內(nèi)部的自定義協(xié)議。主控制器和PLC之間采用I/O接口及模擬信號(hào)線建立簡(jiǎn)單通訊。2.主控制器從人機(jī)界面或PLC接收控制指令，對(duì)所有功率單元實(shí)施控制，同時(shí)監(jiān)控各功率單元的狀態(tài)，送給人機(jī)界面進(jìn)行狀態(tài)顯示，通知PLC實(shí)施系統(tǒng)保護(hù)。3.人機(jī)界面為變頻器提供的人機(jī)接口界面，變頻器參數(shù)設(shè)定、功能設(shè)定、故障查詢、運(yùn)行記錄都通過(guò)人機(jī)界面來(lái)實(shí)現(xiàn)。4.PLC負(fù)責(zé)對(duì)變頻器內(nèi)部故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行接口（外部），使變頻器滿足各種現(xiàn)場(chǎng)的不同控制要求。第3章變頻器控制電路3.1控制概述2第3章變頻器控制電路控制柜

5.上下位機(jī)分工。上位機(jī)一般是集中管理，是監(jiān)控機(jī)。下位機(jī)是現(xiàn)場(chǎng)直接控制，是控制機(jī)。上位機(jī)面向管理級(jí)用戶，下位機(jī)面向底層設(shè)備控制。高壓變頻器中，PC機(jī)（人機(jī)界面）為上位機(jī)，PLC、變頻器CPU為下位機(jī)。遠(yuǎn)程控制時(shí)，DCS為上位機(jī)。2.由于采用了通訊方式，可以通過(guò)PC機(jī)來(lái)方便地進(jìn)行組態(tài)和系統(tǒng)維護(hù)，包括上傳、下載、復(fù)制、監(jiān)控、參數(shù)讀寫(xiě)等。

通訊信號(hào)流程圖第3章變頻器控制電路控制柜

3第3章變頻器控制電路3.2控制器變頻器的控制電路就是對(duì)變頻器進(jìn)行控制的電路。控制電路的原理和低壓變頻器基本相同。都包括控制核心（CPU）、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、過(guò)熱等保護(hù)電路；IGBT驅(qū)動(dòng)電路；外接端子的接口電路；和PLC、DCS通訊接口；低壓電源等。和低壓變頻器不同的是：高壓變頻器因?yàn)轶w積大，信號(hào)的連接是個(gè)突出的問(wèn)題，一般都用光纖。而光纖又有一個(gè)接口問(wèn)題，所以高壓變頻器控制電路復(fù)雜，故障率較高。第3章變頻器控制電路3.2控制器4第3章變頻器控制電路3.2控制器

控制柜控制器第3章變頻器控制電路3.2控制器控制柜5第3章變頻器控制電路控制器硬件信號(hào)流程圖框圖CPU第3章變頻器控制電路控制器硬件信號(hào)流程圖框圖CPU6第3章變頻器控制電路3.2.1主控板（CPU）①主控板主要由處理器、程序存儲(chǔ)器、參數(shù)存儲(chǔ)器、CPLD（邏輯數(shù)字集成電路

）、FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列

）、及RS485等接口芯片組成。

②主控板通過(guò)串行口或接口板，接收和處理來(lái)自工控機(jī)及PLC的控制命令，同時(shí)向外發(fā)送自身的狀態(tài)信息。

③主控板同時(shí)產(chǎn)生每相各級(jí)功率單元的觸發(fā)脈沖。④采集和處理所有功率單元反饋回來(lái)的故障信息，通知人機(jī)界面進(jìn)行故障記錄，通知PLC實(shí)施系統(tǒng)的報(bào)警和保護(hù)。第3章變頻器控制電路3.2.1主控板（CPU）7第3章變頻器控制電路3.2.2光纖板①光纖板的作用是將主控板對(duì)功率單元的控制信號(hào)（觸發(fā)脈沖、旁路控制信號(hào)、脈沖封鎖信號(hào)等）進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變成串行的光信號(hào)通過(guò)光纖輸出給功率單元。②將功率單元傳送過(guò)來(lái)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（主要是功率單元的故障信息），并進(jìn)行串行到并行的轉(zhuǎn)換，傳遞給主控板處理。③光纖板同時(shí)對(duì)通訊進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)法建立通訊時(shí)報(bào)告通訊故障。④光纖板上包含多個(gè)單元電路，各單元電路功能相同，相互獨(dú)立，每個(gè)單元電路負(fù)責(zé)和一個(gè)功率單元通訊。接口接頭第3章變頻器控制電路3.2.2光纖板接口接頭8第3章變頻器控制電路功率單元的光纖接口第3章變頻器控制電路功率單元的光纖接口9第3章變頻器控制電路3.2.3信號(hào)調(diào)整板1.作用信號(hào)調(diào)整板負(fù)責(zé)控制器和外部接口信號(hào)的處理。①輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流、PLC的4~20mA信號(hào)等的模擬信號(hào)傳輸處理。②控制器輸出給PLC的接點(diǎn)信號(hào)、由PLC來(lái)的接點(diǎn)信號(hào)等數(shù)字信號(hào)的傳輸處理。2.結(jié)構(gòu)

有的信號(hào)調(diào)整板自含CPU，對(duì)模擬量進(jìn)行采集，采集結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)通訊方式傳遞給主控板，再由主控板通過(guò)通訊方式傳遞給人機(jī)界面進(jìn)行記錄和顯示。接收來(lái)自控制器的對(duì)外部的控制信號(hào)，處理后輸出給各受控電路第3章變頻器控制電路3.2.3信號(hào)調(diào)整板接收來(lái)自控制器10第3章變頻器控制電路3.2.4電源板電源板主要給主控制箱提供控制電源。由于控制箱采用了多路不共地的5V電源，電源板上有3個(gè)5V電源模塊，一個(gè)正負(fù)15V模塊。24V為備用電源，一般不連接。第3章變頻器控制電路3.2.4電源板11第3章變頻器控制電路3.2.5通訊板變頻器人機(jī)界面需要和主控板、PLC、上位機(jī)、溫度采集模塊（7033）等進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，通訊協(xié)議又有RS422、RS485等多種，人機(jī)界面又有操作面板、工控機(jī)、UNO（通用網(wǎng)絡(luò)對(duì)象

）、嵌入式等不同種類。通訊接口板的主要功能是對(duì)這些不同的接口進(jìn)行配置，變頻器內(nèi)外的各種接口都連接到通訊接口板，再通過(guò)通訊接口板統(tǒng)一連接到人機(jī)界面，從而簡(jiǎn)化人機(jī)界面對(duì)外的通訊連線（總接口板）。通訊接口輸入口第3章變頻器控制電路3.2.5通訊板通訊接12第3章變頻器控制電路3.3人機(jī)界面（上位機(jī)）人機(jī)界面老式變頻器為操作面板，功能和低壓變頻器相同?？梢赃M(jìn)行變頻器的操作、調(diào)頻、參數(shù)預(yù)置等。新式變頻器人機(jī)操作界面為嵌入式工控機(jī)，內(nèi)設(shè)CPU，可進(jìn)行變頻器參數(shù)設(shè)定、功能設(shè)定、故障查詢、故障顯示、運(yùn)行記錄等都可通過(guò)嵌入式工控機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在控制狀態(tài)下，變頻器可以通過(guò)嵌入式工控機(jī)提供的界面直接進(jìn)行啟動(dòng)、停機(jī)、調(diào)頻等操作。正常情況下，控制器、嵌入式工控機(jī)和PLC之間建立有實(shí)時(shí)通訊。上位機(jī)第3章變頻器控制電路3.3人機(jī)界面（上位機(jī)）上位機(jī)13第3章變頻器控制電路人機(jī)界面參數(shù)設(shè)置：第3章變頻器控制電路人機(jī)界面參數(shù)設(shè)置：14第3章變頻器控制電路人機(jī)界面故障顯示：第3章變頻器控制電路人機(jī)界面故障顯示：15第3章變頻器控制電路3.4PLC3.4.1PLC功能1.PLC是高壓變頻器的一個(gè)內(nèi)置組件，是重要的組成部分。進(jìn)行工頻—變頻切換（旁路柜），遠(yuǎn)程控制、PID控制、通訊控制等。這些工作非常適合PLC來(lái)做，所以把PLC內(nèi)置到變頻器的控制柜中，作為變頻器的一部分。2.PLC根據(jù)系統(tǒng)要求，通過(guò)編制程序來(lái)完成相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)。主要功能如下：①系統(tǒng)邏輯控制：系統(tǒng)通過(guò)PLC的邏輯判斷來(lái)給出系統(tǒng)相關(guān)狀態(tài)的標(biāo)志位，如系統(tǒng)就緒，高壓合閘允許、高壓已合、請(qǐng)求運(yùn)行以及系統(tǒng)運(yùn)行中等。②故障保護(hù)：通過(guò)讀取主控器DSP（CPU）中的故障信息來(lái)將系統(tǒng)中的信息在HMI（人機(jī)界面）上作出顯示，遇到重故障信息，迅速斷開(kāi)高壓變頻器前端的斷路器來(lái)切斷設(shè)備的電源，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。第3章變頻器控制電路3.4PLC16第3章變頻器控制電路

③系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀?。豪肞LC上的RS485通訊來(lái)和DSP進(jìn)行通訊，通過(guò)查詢的方式來(lái)讀取系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的電流、電壓、頻率等數(shù)值以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。④其他功能：該功能中包括事件記錄顯示、PID功能調(diào)節(jié)、系統(tǒng)溫度顯示等。第3章變頻器控制電路③系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀?。豪肞LC上的RS17第3章變頻器控制電路4.PLC控制常見(jiàn)故障因?yàn)樽冾l器安裝調(diào)試完畢，已經(jīng)是一臺(tái)完備的控制系統(tǒng)，PLC作為其中的一個(gè)工作部件，其故障多為硬件和外圍電路有問(wèn)題。PLC的輸出觸點(diǎn)當(dāng)頻繁的接通電感性負(fù)載，可造成觸電損壞失效；連接導(dǎo)線接觸不良、松動(dòng)；通訊接口接觸不良，通訊時(shí)通時(shí)斷；變頻器出現(xiàn)了干擾，使PLC出現(xiàn)誤動(dòng)作等。第3章變頻器控制電路4.PLC控制常見(jiàn)故障18第3章變頻器控制電路3.4.2PLC應(yīng)用舉例案例1工頻—變頻切換下圖為變頻器的兩種切換方式：1）手動(dòng)切換K1~K4手動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)，6KV斷電后手動(dòng)切換。2）自動(dòng)切換由PLC控制J1、J2、J3切換。J1、J2、J3為真空接觸器，當(dāng)變頻器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，在幾秒鐘內(nèi)將電動(dòng)機(jī)切換到工頻。本例采用三菱FXN—48MR型PLC，功能端子見(jiàn)下圖。第3章變頻器控制電路3.4.2PLC應(yīng)用舉例19第3章變頻器控制電路第3章變頻器控制電路20第3章變頻器控制電路第3章變頻器控制電路21第3章變頻器控制電路2.通訊控制（PLC與變頻器上位機(jī)通信）1）PLC配用通訊模塊，可使變頻器上位機(jī)對(duì)PLC進(jìn)行顯示、報(bào)警、記錄等通訊控制。本例配用FX2N-232BD通訊模塊，實(shí)現(xiàn)與變頻器上位機(jī)的串口通信。2）PLC的RS232串口通信可使用RS指令（RS指令是自定的通訊規(guī)約

）或?qū)Ｓ脜f(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信，本例中使用無(wú)協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信（如下圖），D8120用于設(shè)定PLC通信格式，D50表示發(fā)送起始地址，K60表示發(fā)送字節(jié)數(shù)量，D150表示接收起始地址，K20表示接收字節(jié)數(shù)量。第3章變頻器控制電路2.通訊控制（PLC與變頻器上位機(jī)22第3章變頻器控制電路案例2東方日立高壓變頻器PLC通訊控制風(fēng)機(jī)應(yīng)用1.東方日立高壓變頻器在高爐煤氣發(fā)電機(jī)組送、引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)上的應(yīng)用及節(jié)能計(jì)算。該系統(tǒng)采用上、下位機(jī)主從式結(jié)構(gòu)，PLC作為下位機(jī)通過(guò)Modbus通信方式，完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集；上位機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，與PLC之間通過(guò)工業(yè)以態(tài)網(wǎng)通訊方式，實(shí)現(xiàn)高壓變頻器在運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、故障報(bào)警等各項(xiàng)功能。同時(shí)，上位機(jī)又作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過(guò)dde方式（動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換）為節(jié)能軟件提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以助節(jié)能軟件完成數(shù)據(jù)計(jì)算、動(dòng)態(tài)曲線顯示。第3章變頻器控制電路案例2東方日立高壓變頻器PLC通23第3章變頻器控制電路2系統(tǒng)硬件配置送、引風(fēng)機(jī)高壓變頻通訊系統(tǒng)的硬件配置：1）數(shù)據(jù)采集。為深圳亞特爾公司的MDM3000數(shù)據(jù)采集器，實(shí)現(xiàn)變頻器輸入電壓、輸入電流等電力數(shù)據(jù)采集。2）PLC。為單元控制柜內(nèi)的西門子S7-200系列CPU226PLC，配西門子CP243-1工業(yè)以太網(wǎng)通訊模塊。3）工控機(jī)。為研華IPC-610H原裝工控機(jī)，主要配置：CPU2.8G/256M（內(nèi)存）；80G硬盤(pán)；集成顯卡；另置網(wǎng)卡；50倍光驅(qū)；1.44M（軟驅(qū)）等。第3章變頻器控制電路2系統(tǒng)硬件配置24第3章變頻器控制電路送、引風(fēng)機(jī)高壓變頻裝置通訊系統(tǒng)框圖第3章變頻器控制電路送、引風(fēng)機(jī)高壓變頻裝置通訊系統(tǒng)框圖25第3章變頻器控制電路3系統(tǒng)軟件基本原理及組態(tài)系統(tǒng)軟件①工控軟件：組態(tài)王kingview5.1；②用于S7-200編程軟件的step7-microwin4.0；③用于實(shí)現(xiàn)節(jié)能計(jì)算的自主研發(fā)的軟件。④送、引風(fēng)機(jī)高壓變頻裝置系統(tǒng)以PLC為通訊管理中心的通訊系統(tǒng)的地址分配見(jiàn)附表。第3章變頻器控制電路3系統(tǒng)軟件基本原理及組態(tài)系統(tǒng)軟件26第3章變頻器控制電路第3章變頻器控制電路27第3章變頻器控制電路4.組態(tài)王kingview5.1

1）組態(tài)王組態(tài)王是運(yùn)行于windows98/2000/nt/xp中文平臺(tái)界面的人機(jī)界面軟件。采用了多線程、com組件等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)，軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。軟件包從工業(yè)控制對(duì)象中采集數(shù)據(jù)，并記錄在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。其功能為：①把采集到的數(shù)據(jù)的變化以動(dòng)畫(huà)的方式形象地表示出來(lái)。②完成變量報(bào)警、操作記錄、趨勢(shì)曲線等監(jiān)視功能，并按實(shí)際需要生成歷史數(shù)據(jù)文件。該例中組態(tài)王的主畫(huà)面如下圖所示。第3章變頻器控制電路4.組態(tài)王kingview5.1

28第3章變頻器控制電路第3章變頻器控制電路29第3章變頻器控制電路2）組態(tài)王特點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)組態(tài)王和外部設(shè)備的通訊，組態(tài)王內(nèi)置大量設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序作為組態(tài)王和外部設(shè)備的通訊接口，擴(kuò)充了組態(tài)王的功能，為用戶提供更為靈活的應(yīng)用空間。在數(shù)據(jù)交換時(shí)，我們定義組態(tài)王作為dde服務(wù)器端，與采用java軟件開(kāi)發(fā)的節(jié)能計(jì)算軟件相互通訊。通過(guò)dde方式用戶自編的應(yīng)用程序可以與組態(tài)王無(wú)縫連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。節(jié)能計(jì)算軟件的主畫(huà)面如圖所示。引風(fēng)機(jī)高壓變頻裝置節(jié)能計(jì)算軟件的主畫(huà)面第3章變頻器控制電路2）組態(tài)王特點(diǎn)引風(fēng)機(jī)高壓變頻裝置節(jié)能30第3章變頻器控制電路5.PLC基于step7-microwin4.0編程軟件的變頻器啟、停流程圖s7-200中plc程序用step7-microwin4.0軟件進(jìn)行編寫(xiě)，plc程序?qū)odbus協(xié)議、tcp/ip工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議兩種協(xié)議集于一身，實(shí)現(xiàn)變頻器現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備、上位監(jiān)控設(shè)備的無(wú)縫連接第3章變頻器控制電路5.