變頻器應(yīng)用與維護(hù)

1.1變頻器控制1.1.1引言變頻器是用于電動(dòng)機(jī)調(diào)速的一個(gè)智能工業(yè)電力電子電器，因?yàn)槠淇萍己扛?，功能齊全，在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在還沒有任何一種電器能取代變頻交流調(diào)速。經(jīng)過專家論證，變頻器技術(shù)的應(yīng)用壽命還有幾十年的生命周期，在大家退出職業(yè)生涯時(shí)變頻器還在服役，所以認(rèn)真學(xué)一學(xué)變頻器的應(yīng)用知識(shí)是很值得的。因?yàn)樽冾l器內(nèi)部控制核心是單片機(jī)，在應(yīng)用前必須進(jìn)行參數(shù)預(yù)置。這就增加了變頻器的使用難度。本章主要介紹變頻器的特性和控制方法?？刂乒裰械奈鏖T子M430變頻器

變頻器應(yīng)用案例液漿攪拌池液漿攪拌池控制柜中的ABB-ACS800變頻器鐵礦的碎石系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)窯

變頻器外形特點(diǎn)：長(zhǎng)條型結(jié)構(gòu)，垂直安裝，便于散熱；正面的操作面板，用于變頻器參數(shù)預(yù)置和控制操作。變頻器工作崗位變頻器就是替代三相工頻交流電的變頻電源。要想勝任工作崗位：①適應(yīng)三相交流電源的要求；②適應(yīng)電動(dòng)機(jī)的要求。變頻器現(xiàn)場(chǎng)安裝圖1.1.2變頻器的控制①運(yùn)行控制電動(dòng)機(jī)工作在電網(wǎng)上需要的控制為：電動(dòng)機(jī)起動(dòng)停機(jī)、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)。工作在變頻器下這些控制功能仍然要保留。這就是電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行控制。②電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制加裝變頻器的主要目的就是電動(dòng)機(jī)調(diào)速，分連續(xù)調(diào)速和段速調(diào)速，調(diào)速控制是變頻器的主要控制功能。③工作狀態(tài)指示報(bào)警保護(hù)和工作狀態(tài)指示是變頻器的一項(xiàng)重要功能，負(fù)載工作狀態(tài)如何，電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)如何，變頻器自身工作狀態(tài)如何，都需要通過畫面或聲光的形式指示出來（報(bào)警、跳閘），供現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員了解設(shè)備的運(yùn)行情況和進(jìn)行故障處理。

根據(jù)上述分析，電動(dòng)機(jī)要轉(zhuǎn)動(dòng)、要調(diào)速、要有工作狀態(tài)指示，我們將上述三種功能稱為變頻器的控制。即：運(yùn)行控制，調(diào)速控制，狀態(tài)指示。變頻器為了完成上述三種控制，有3種控制方法：①操作面板控制②外端子控制③通訊控制這3種控制功能和采取的3種控制方法，適應(yīng)于任何品牌的變頻器，不管什么品牌的變頻器，都是如此。1.2操作面板控制1.運(yùn)行控制起動(dòng)I、停機(jī)O、正反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)2.速度控制通過△鍵、▽鍵、設(shè)置頻率，也可以通過參數(shù)預(yù)置，將所需頻率寫到變頻器。3.工作狀態(tài)顯示①顯示界面切換圖中功能鍵是界面切換，點(diǎn)一下該鍵，界面更換一次。界面顯示內(nèi)容在10種以下，主要顯示常用的界面，便于使用。當(dāng)出現(xiàn)跳閘報(bào)警，自動(dòng)顯示報(bào)警代碼，不用切換。②參數(shù)預(yù)置面板另一個(gè)重要功能就是參數(shù)讀寫功能。用鍵控制，配合鍵和選擇參數(shù)，參數(shù)選準(zhǔn)之后，點(diǎn)動(dòng)P鍵存儲(chǔ)。3.操作面板控制的特點(diǎn)①控制簡(jiǎn)單，不需連接控制導(dǎo)線。②不容易受到電磁干擾，工作穩(wěn)定。③功能有限，不能滿足遠(yuǎn)距離控制和遠(yuǎn)距離報(bào)警。4.采用面板控制參數(shù)的設(shè)置變頻器無論做什么工作，必須通過參數(shù)設(shè)置。要設(shè)置運(yùn)行控制和速度控制。顯示面板共享，不用參數(shù)設(shè)置，使用時(shí)通過功能鍵切換顯示類型。例1：西門子M440變頻器：運(yùn)行控制切換參數(shù)為P0700，P0700=1面板操作，P0700=2外端子操作；頻率控制切換參數(shù)為P1000，P1000=1面板設(shè)定，P1000=2模擬端子設(shè)定，P1000=3固定頻率。例2：有一工程師，新裝一臺(tái)M440變頻器，通電后本想通過面板操作，試一下變頻器能否工作，但按下起動(dòng)按鈕，變頻器沒有反應(yīng)。分析：該變頻器出廠時(shí)廠家設(shè)置為外端子控制，故用面板操作不起作用。修改控制切換參數(shù)和速度給定切換參數(shù)（P0700=1，P1000=1），操作面板生效。例3

一臺(tái)變頻器跳閘后不能起動(dòng)，必須給變頻器斷電，方能重新起動(dòng)。原因：當(dāng)變頻器出現(xiàn)跳閘后，在面板的顯示界面上顯示故障代碼，必須通過“功能鍵”復(fù)位，即點(diǎn)動(dòng)一下功能鍵，故障代碼消失后，變頻器就可以重新起動(dòng)。

1.3外端子控制①變頻器外端子控制應(yīng)用于遠(yuǎn)程控制，即變頻器和控制臺(tái)距離較遠(yuǎn)，用面板控制不方便時(shí)采用。②外端子控制具有面板控制的所有功能，運(yùn)行控制和調(diào)速控制采用輸入控制端子；③指示變頻器的工作狀態(tài)用輸出指示端子。輸出指示端子還可以用來對(duì)另一臺(tái)變頻器進(jìn)行控制。④輸入控制端子和輸出指示端子又分為模擬和數(shù)字兩大類。⑤模擬信號(hào)就是連續(xù)變化的電壓或電流；數(shù)字信號(hào)就是有或無，用開關(guān)控制。1.3.1輸入控制端子

1.模擬輸入控制端子模擬控制端子主要用來調(diào)速或用于目標(biāo)信號(hào)的給定。該端子一般有2~3個(gè)。該端子為多功能，可以用電壓控制，也可以用電流控制。用電壓控制K1~K2開關(guān)打開；用電流控制開關(guān)閉合。①模擬電壓控制端子，多由電位器控制，用于變頻器調(diào)速控制或目標(biāo)信號(hào)給定。②模擬電流控制端子，多作為PID控制的反饋端子或上位機(jī)給定的調(diào)速信號(hào)。2.端子輸入特性設(shè)置①該端子常用信號(hào)電壓：±0~10V，±2~10V；電流信號(hào)：±0~20mA，±4~20mA。正負(fù)信號(hào)是：加正信號(hào)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，加反信號(hào)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。說明：初始信號(hào)：2V或4mA是傳感器為了正常工作而必須設(shè)置的靜態(tài)工作點(diǎn)，變頻器并不需要。②變頻器一般默認(rèn)：電壓0~10V；電流0~20mA③一般變頻器的2個(gè)模擬端子是通用端子，使用時(shí)根據(jù)電壓或電流通過面板上的開關(guān)或跳線進(jìn)行切換。④當(dāng)輸入2~10V電壓或4~20mA電流時(shí)，要通過參數(shù)設(shè)置頻率控制線的斜率，否則變頻器不能正常工作。3.變頻器控制特性線變頻器運(yùn)行，要有三條特性線設(shè)置，一是輸入特性線，設(shè)置控制信號(hào)和輸出頻率的關(guān)系；二是加減速特性線，控制電動(dòng)機(jī)升速或降速時(shí)間；三是恒壓頻比特性線，設(shè)置輸出頻率和輸出電壓之間的關(guān)系。4.輸入特性線的應(yīng)用例4：一臺(tái)22kW西門子M440變頻器，由上位機(jī)4~20mA信號(hào)調(diào)速，該變頻器應(yīng)用2年后燒毀，因?yàn)榱魉€不能停機(jī)，立刻購(gòu)買了一臺(tái)新機(jī)更換，但新機(jī)更換后不能正常工作。解：①選擇模擬端子1作為信號(hào)輸入，將信號(hào)加入2、3號(hào)端子之間。②信號(hào)切換將切換開關(guān)扳到上端③設(shè)置輸入控制特性線任何品牌的變頻器，都有頻率控制特性線設(shè)置。通過對(duì)該特性線設(shè)置，使輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的輸出頻率按照要求的比率工作。輸入信號(hào)4mA是初始靜態(tài)電流，該信號(hào)轉(zhuǎn)換為2V電壓，通過特性線設(shè)置將該其剔除。高端參數(shù)不變，修改低端參數(shù)，稱為頻率偏置設(shè)置，用于初始信號(hào)的設(shè)置。①剔除不用的輸入信號(hào)，②沒有輸入信號(hào)時(shí)有一定的輸出頻率，使電動(dòng)機(jī)具有預(yù)轉(zhuǎn)矩。5.輸入特性線還有以下設(shè)置：低端參數(shù)不變，修改高端參數(shù)，稱為頻率增益。用途：改變輸入信號(hào)對(duì)輸出頻率的控制比率手動(dòng)調(diào)速自動(dòng)調(diào)速例5：模擬輸入控制端子的應(yīng)用方法使用條件：無論手動(dòng)調(diào)速還是通過上位機(jī)調(diào)速，只要滿足端子的應(yīng)用條件（又稱工作點(diǎn)），變頻器就可以正常工作。有一企業(yè)，同一臺(tái)變頻器，用手動(dòng)調(diào)速正常，改為上位機(jī)調(diào)速異常。故障應(yīng)該出在上位機(jī)，給出的控制信號(hào)有問題。變頻器模擬端子失效的判斷方法：根據(jù)：模擬端子只要外加條件具備，變頻器就應(yīng)該正常工作。當(dāng)變頻器工作出現(xiàn)異常，可以用萬用表的直流電壓檔測(cè)量端口電壓或電流。例6有一西門子變頻器，用外端子電位器調(diào)速。后來發(fā)現(xiàn)變頻器的速度不穩(wěn)定。速度不穩(wěn)定一是調(diào)速電壓有問題；二是變頻器的內(nèi)部端口有問題。首先要確定問題是出在外端子還是變頻器。首先，用萬用表的10V電壓檔測(cè)量AIN1到0V之間的電壓值，發(fā)現(xiàn)電壓跳動(dòng)。故障判斷：端子電壓不穩(wěn)，①外電壓不穩(wěn)定。②端子內(nèi)部有短路現(xiàn)象。（測(cè)量見下圖）：開路電壓穩(wěn)定：更換變頻器的端子接口板，故障排除。例7一臺(tái)西門子M440變頻器，用4~20mA電流進(jìn)行速度控制，發(fā)現(xiàn)控制電流在8mA時(shí)，變頻器的速度就達(dá)到50Hz。故障檢查：用變頻器的50mA電流擋測(cè)量控制電流。后改為電阻檔測(cè)電阻。故障判斷：變頻器的端口電路有問題，返廠維修，故障排除結(jié)論：①應(yīng)用比較法判斷。②用萬用表進(jìn)行測(cè)量，準(zhǔn)確、省事、省時(shí)，大家要掌握。1.3.2數(shù)字輸入控制端子1.功能分析數(shù)字控制端子就是開關(guān)控制端子。閉合有效，斷開無效。應(yīng)用：運(yùn)行控制、段速控制、升降速控制、復(fù)位控制、報(bào)警控制等。輸入端子為多功能端子，使用時(shí)通過參數(shù)設(shè)置，設(shè)置為什么功能就是什么功能。端子開關(guān)可以是：PLC觸點(diǎn)、光電耦合器、繼電器觸點(diǎn)等2.控制切換框圖變頻器有面板控制、端子控制、通訊控制，在應(yīng)用時(shí)，必須通過參數(shù)進(jìn)行切換，否在變頻器不能工作在所希望的模式上。3.西門M440數(shù)字端子應(yīng)用西門子M440變頻器多功能數(shù)字端子共有6個(gè)，一個(gè)外部報(bào)警專用端子。選用哪個(gè)端子，必須用參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。例8應(yīng)用舉例西門子M440變頻器端子應(yīng)用設(shè)置方法：設(shè)置P0700=2，選擇外端子控制（前提）。8個(gè)外端子用P0701~P0708設(shè)置。如果選定輸入數(shù)字端子1，該端子又作為正轉(zhuǎn)控制，則參數(shù)設(shè)置為：P0701=1，當(dāng)該端子閉合，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行，端子打開，按斜坡降速。例9西門子變頻器需要三段速控制，選用三個(gè)數(shù)字端子作為段速切換，并且三個(gè)速度需要微調(diào)，端子怎樣選擇和設(shè)置參數(shù)。解：查端子功能表，把端子設(shè)為16，就是段速切換，可是切換的那個(gè)段速不知道。變頻器默認(rèn)：DIN1切換第一段速；DIN2切換第二段速；DIN3切換第三段速。參數(shù)設(shè)置：P0701=16（一段速切換）P0702=16（二段速切換）P0703=16（三段速切換）P0704=1（數(shù)字端子4作為運(yùn)行、停機(jī)控制）P1000=23（固定+模擬調(diào)速，模擬端子1，默認(rèn)輸入0~10V，

輸出0~50Hz頻率）。控制電路速度圖P1001=20Hz，段速1P1120=5s加速時(shí)間

P1002=30Hz，段速2P1121=5s減速時(shí)間P1003=30Hz，段速31.3.3輸出指示端子1.模擬量輸出指示端子

①是用模擬電壓或模擬電流進(jìn)行指示的端子。②用于指示變頻器的模擬輸出量。如指示輸出頻率、輸出電流、輸出電壓等，需要指示什么量，由功能參數(shù)進(jìn)行預(yù)置。③端子默認(rèn)為0~20mA，如需要0~10V，在輸出并500Ω電阻，如需4~20mA電流，修改輸出特性參數(shù)。模擬輸出指示端子和模擬輸入控制端子同樣需要特性線設(shè)置M440設(shè)置方法為：如果需要輸出4~20mA的指示信號(hào)，P0778=4mA，其他參數(shù)默認(rèn)。其他品牌的變頻器設(shè)置方法類似。輸出指示信號(hào)除了驅(qū)動(dòng)表頭，還可以輸送到PLC、DCS等上位機(jī)，作為控制信號(hào)或指示信號(hào)。例10.模擬端子1指示輸出電流。設(shè)置：①P0771[0]=27，②設(shè)置P2002=電動(dòng)機(jī)額定電流IN，當(dāng)輸出指示電流為20mA時(shí)，輸出電流達(dá)到電動(dòng)機(jī)額定電流。如果P2002漏設(shè)，變頻器會(huì)自動(dòng)生成為P2002=2IN。會(huì)出現(xiàn)表頭指示值是變頻器顯示電流1/2的現(xiàn)象。2.數(shù)字輸出指示端子

用于指示變頻器的開關(guān)量。只有“有”和“沒有”兩種狀態(tài)。用于監(jiān)視變頻器所處的某種工作狀態(tài)。分為集電極開路輸出指示端子和繼電器輸出報(bào)警端子兩類。

1）繼電器輸出輸出端串聯(lián)聯(lián)接負(fù)載和交流電源

2）開路集電極輸出

輸出端串聯(lián)聯(lián)接負(fù)載和直流電源直流電源要注意正負(fù)極性。該端子指示量也可以作為控制信號(hào)使用。②P0771[0]=27，模擬1端子指示輸出電流。③設(shè)置P2002=電動(dòng)機(jī)額定電流IN，當(dāng)輸出指示電流為20mA時(shí)，輸出電流達(dá)到電動(dòng)機(jī)額定電流。如果P2002漏設(shè)，變頻器會(huì)自動(dòng)生成為P2002=2IN。故出現(xiàn)上位機(jī)指示電流是變頻器顯示電流1/2的現(xiàn)象。例17：變頻器用輸出指示端子作為電動(dòng)機(jī)的松閘或抱閘抱閘控制是一切提升設(shè)備必須的制動(dòng)設(shè)備。變頻器可以利用數(shù)字輸出指示端子進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的松閘或抱閘控制。參數(shù)設(shè)置：

P0732[0]=52.C（指示端子1作為抱閘控制）；

P1080

=1.67Hz（松閘、抱閘頻率）例18：

綜合應(yīng)用該圖為綜合應(yīng)用端子連接圖。①繼電器接點(diǎn)輸出報(bào)警端子作為變頻器報(bào)警應(yīng)用。②集電極開路輸出端子作為“運(yùn)行中”指示。③模擬輸出指示端子用于指示“輸出頻率”。④輸入控制端子模擬電壓端子用于速度控制，數(shù)字端子用于運(yùn)行控制例19：一臺(tái)變頻器工作中出現(xiàn)不報(bào)警偷停故障，不知何故？解：變頻器運(yùn)行有兩個(gè)條件，一是運(yùn)行信號(hào)，二是速度給定信號(hào)，二者缺一，變頻器就不能工作。檢查發(fā)現(xiàn)，控制運(yùn)行的信號(hào)因?yàn)槔^電器觸點(diǎn)接觸不良，造成運(yùn)行信號(hào)丟失，變頻器停機(jī)。有的變頻器因?yàn)楸镜亍h(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開關(guān)損壞，使遠(yuǎn)程信號(hào)無效，也會(huì)造成變頻器停機(jī)。變頻器偷停，如果檢查外端子沒有問題，就是變頻器的內(nèi)部端口電路問題。如果有剩余端子，可以改接，沒有剩余端子就得更換端子板。

1.4通訊控制通訊控制是通過變頻器的通訊接口，來進(jìn)行變頻器的運(yùn)行、調(diào)速和狀態(tài)指示的一種控制方法。通訊控制是兩臺(tái)智能設(shè)備之間進(jìn)行控制的一種控制方式。兩臺(tái)設(shè)備必須協(xié)調(diào)一致，才能正常工作。1.4.1通訊協(xié)議1.硬件協(xié)議就是接口卡和接口，接口卡是一塊硬件電路，滿足特定的軟件通訊協(xié)議，變換了接口卡的軟件協(xié)議，接口卡不支持。接口卡內(nèi)部的硬件電路是支持通訊協(xié)議的，和接口協(xié)議沒有關(guān)系。如：西門子變頻器支持Profibus-DP協(xié)議，如采用其他的協(xié)議，接口卡不支持。①M(fèi)440接口卡②RS485通訊接口接收、發(fā)送器通訊電平采用9針插座2線傳送③通訊接口連接2.軟件協(xié)議①軟件協(xié)議就是采用什么通訊模式，現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的就是profibus-DP和Modbus標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，有些變頻器廠家采用自己制定的內(nèi)部協(xié)議（如西門子的USS協(xié)議）?？傊?，不管采用什么協(xié)議，變頻器和上位機(jī)都要共同支持通訊才能進(jìn)行。②不同的通訊協(xié)議，傳送的數(shù)據(jù)排列方法不同，上位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)排列方法和下位機(jī)接收時(shí)的數(shù)據(jù)排列方法必須一致，下位機(jī)才能正常的將數(shù)據(jù)解析出來。3.Modbus通訊格式一般通訊是采用報(bào)文的傳輸方式，上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)出控制或查詢報(bào)文，變頻器向上位機(jī)發(fā)回應(yīng)答報(bào)文或工作狀態(tài)回復(fù)報(bào)