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1 引言
電動(dòng)機(jī)是電力拖動(dòng)系統(tǒng)中的原動(dòng)機(jī)，它將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，去拖動(dòng)各種類型生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝的要求，如驅(qū)動(dòng)軋鋼機(jī)的軋輥、龍門刨床的工作臺(tái)、起重機(jī)的提升機(jī)及行走機(jī)構(gòu)等。在很多應(yīng)用中可能要求生產(chǎn)機(jī)械在工作速度、定位精度、快速啟動(dòng)和制動(dòng)、反轉(zhuǎn)等方面達(dá)到一定的水平，而作為系統(tǒng)原動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)則是實(shí)現(xiàn)這些要求的主體，因此提高電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)對于整個(gè)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的性能具有重要的意義。隨著電力半導(dǎo)體和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)也取得了很大的進(jìn)步并得到日益廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹西門子公司新一代MicroMaster4系列變頻器的突出特點(diǎn)以及PLC和MM440變頻器在陶瓷生產(chǎn)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)。
2 MicroMaster4系列變頻器的特點(diǎn)
MicroMaster4系列變頻器是西門子公司的新一代產(chǎn)品，功能強(qiáng)大，控制靈活，使用方便。其特點(diǎn)主要有如下幾個(gè)方面。
（1） 控制功能強(qiáng)
① 的BiCo技術(shù)，實(shí)現(xiàn)靈活的端子功能自定義，滿足用戶的特殊需要。
② 三個(gè)可編程的繼電器輸出口，可實(shí)現(xiàn)多泵切換，無需擴(kuò)展DI/DO模塊，可節(jié)約成本。
③ 控制方式多樣，用戶可根據(jù)負(fù)載特性選擇合適的控制方式。
④ 操作方式有多泵切換、旁路、手動(dòng)/自動(dòng)切換、斷帶檢測和節(jié)能方式。在變頻器發(fā)生故障時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)工頻自由切換，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。
⑤ 完善的故障檢測和保護(hù)功能。
⑥ 過載能力強(qiáng)，140%負(fù)載電流可持續(xù)3秒鐘，5分鐘內(nèi)110%負(fù)載電流可持續(xù)60秒。
⑦ 內(nèi)置PID控制器，可構(gòu)成壓力、流量、溫度等閉環(huán)控制，節(jié)約投資成本。
⑧ 三組參數(shù)存儲(chǔ)，方便完成設(shè)定值互相轉(zhuǎn)換，匹配不同負(fù)載，滿足生產(chǎn)要求。
（2） 具有強(qiáng)大的通信組網(wǎng)能力
① RS485接口
② Profibus和DeviceNet通信選件
③ 便于集中控制，布線簡潔，運(yùn)行可靠。
（3） 有豐富的可選件
① 選項(xiàng)豐富，有輸入和輸出電抗器、操作盤、或B級(jí)EMC濾波器、通信模塊、柜門安裝件等。
② 用戶選擇范圍廣。
③ 組建系統(tǒng)靈活。
（4） 調(diào)試簡單
① 有專用的調(diào)試軟件DriveMonitor
② 具有快速的調(diào)試方式
③ 操作簡便的控制盤SDP、BOP2
④ 初次使用者很快能掌握調(diào)試的基本要領(lǐng)。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在陶瓷生產(chǎn)過程中的許多環(huán)節(jié)都用到PLC和變頻器。其中陶瓷生產(chǎn)中變頻傳動(dòng)的典型應(yīng)用之一是用傳送帶將陶器輸送到碼放的場所。在輸送陶器的過程中需要等間距地排放物品，以便于堆垛。在本系統(tǒng)中采用了一臺(tái)MM440 1.1KW 380V 變頻器和一臺(tái)SIMATIC –212 PLC以及一個(gè)操作員面板。其中MM440變頻器的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在系統(tǒng)工作過程中，由PLC控制變頻的起停。實(shí)際工作時(shí)，陶瓷產(chǎn)品的檢測由兩個(gè)光電傳感器來完成。兩個(gè)傳感器的輸出信號(hào)分別連接到PLC的兩個(gè)不同輸入端，當(dāng)陶瓷產(chǎn)品通過個(gè)光電傳感器時(shí)，PLC通過控制變頻器使傳送帶開始啟動(dòng)，在到達(dá)第二個(gè)傳感器時(shí)，傳送帶停止。變頻器的起停是來源于S7-212 PLC的數(shù)字信號(hào)并且與變頻器的Din1信號(hào)相連接。Din4和Din5用來選擇固定頻率設(shè)定，因此兩個(gè)輸入信號(hào)可以設(shè)定4個(gè)固定頻率。Din2用來選擇斜坡時(shí)間。這樣配置可以使得系統(tǒng)能夠適用于不同類型的產(chǎn)品，對于小而輕的陶瓷產(chǎn)品可以采用較高的運(yùn)行頻率和較短的起停時(shí)間。用戶通過操作員面板來選擇產(chǎn)品類型，并送到PLC中，再通過上述4個(gè)數(shù)字量輸入信號(hào)來控制變頻器。另外，變頻器的兩個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)連接到PLC上作為反饋信號(hào)， 表1 MM440變頻器的主要技術(shù)指標(biāo)
變頻器的技術(shù)規(guī)格 MicroMaster 440
輸入電壓 三相380~480V±10%
輸入頻率 47~63Hz
輸出電壓 0~380V
輸出頻率范圍 0~650Hz
輸出功率 1.1KW
過載倍數(shù) 2倍3秒，1.5倍60秒
工作溫度 -10℃~50℃
保護(hù)等級(jí) IP20
控制方式 V/F，F(xiàn)CC，SVC，VC，TVC
串行口 RS232，RS485
電磁兼容性 EN55011
EN55011 B級(jí)
用于指示變頻器達(dá)到頻率設(shè)定值或顯示變頻器的故障狀態(tài)。變頻器上的模擬量輸出直接連接到操作員面板上來顯示電機(jī)電流或者轉(zhuǎn)速。另外一個(gè)開關(guān)連接到變頻器的Din6上，并且設(shè)定為OFF3停車方式，以便用戶在不斷電的情況下實(shí)現(xiàn)快速停車。MicroMaster 440矢量型變頻器的起動(dòng)力矩很高并且起動(dòng)力矩可以控制，這一特點(diǎn)容許系統(tǒng)具有很短的斜坡時(shí)間而不會(huì)產(chǎn)生電機(jī)失步。由于變頻器的I/O處理時(shí)間非常短且可以頻繁地起動(dòng)和制動(dòng)，另外MM440變頻器具有新的DC制動(dòng)功能，所以可以確保陶瓷產(chǎn)品在快速地運(yùn)行和停止過程中保持準(zhǔn)確的等間距排放。在系統(tǒng)工作過程中PLC的控制功能比較簡單，這里對其控制過程就不進(jìn)行具體地討論。而真正決定產(chǎn)品質(zhì)量的在于變頻器的性能和參數(shù)設(shè)定。MM440變頻器主要參數(shù)的設(shè)定如表2所示。
表2 變頻器的參數(shù)設(shè)定表
參數(shù)號(hào) 參數(shù)值 說明
P0300 1 電動(dòng)機(jī)類型選擇
P0304 380 電動(dòng)機(jī)額定電壓設(shè)定
P0305 2.7 電動(dòng)機(jī)額定電流設(shè)定
P0307 1.1KW 電動(dòng)機(jī)額定功率設(shè)定
P0308 0.8 電動(dòng)機(jī)額定功率因數(shù)設(shè)定
P0309 0.9 電動(dòng)機(jī)效率設(shè)定
P0310 50 電動(dòng)機(jī)額定頻率設(shè)定
P 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速設(shè)定
P0700 2 變頻器通過USS協(xié)議輸入控制起停
P1000 3 變頻器通過USS協(xié)議輸入頻率設(shè)定值
P1080 0 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的最小頻率
P1082 75 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的頻率
P1120 0.1 斜坡上升時(shí)間
P1121 0.1 斜坡下降時(shí)間
P1060 1 點(diǎn)動(dòng)斜坡上升時(shí)間
P1061 1 點(diǎn)動(dòng)斜坡下降時(shí)間
P1300 20 選擇變頻器的運(yùn)行方式為無速度反饋的矢量控制
P0701 1 Din1控制變頻器的運(yùn)行
P0704 17 Din4選擇固定頻率1—4
P0705 17 Din3選擇固定頻率1—4
P1001 25 固定頻率1，25Hz
P1002 35 固定頻率2，35Hz
P1003 55 固定頻率3，55Hz
P1004 75 固定頻率4，75Hz
P1124 722.1 通過Din2選擇斜坡時(shí)間和點(diǎn)動(dòng)時(shí)間
P0702 99 設(shè)定Din2為BIBO功能
P0706 3 Din6 OFF3快速停車
P0731 53.6 變頻器輸出達(dá)到設(shè)定值
P0601 1 選擇電機(jī)PTC溫度傳感器
P3900 3 快速調(diào)試
P0771 27 模擬量輸出顯示電機(jī)電流
P1310 200 保證低頻時(shí)的高輸出力矩
4 結(jié)束語
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于采用了速度控制性能優(yōu)良的MM440變頻器進(jìn)行控制，所以達(dá)到了很好的控制性能，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求中所預(yù)期的功能。但是在系統(tǒng)工作過程中有些問題還需要注意。系統(tǒng)中采用的MM440變頻器的防護(hù)等級(jí)為IP20，為了保證變頻器長期可靠地運(yùn)行，在系統(tǒng)工作過程中需要注意以下幾個(gè)方面。
（1） 由于變頻器是以半導(dǎo)體元件構(gòu)成的，要保持車間一定的溫度和濕度，在炎熱的夏季一定要注意變頻器柜體的溫度不要超限，要確保柜體的通風(fēng)。
（2） 由于生產(chǎn)車間的粉塵較多，如果變頻器的柜體設(shè)計(jì)密封程度不夠，粉塵進(jìn)入變頻器內(nèi)堆積，吸附在電力、電子元件上，將會(huì)導(dǎo)致絕緣降低，引起變頻器故障。因此在設(shè)計(jì)柜體時(shí)要注意防塵，并定期清理柜子的過濾器。
（3） 當(dāng)變頻器的供電質(zhì)量不好時(shí)，如電網(wǎng)的短路容量大于500KW或者電網(wǎng)的短路阻抗小于1%時(shí)，為了保證直流回路平滑電容器的運(yùn)行壽命，此時(shí)需考慮在變頻器的進(jìn)線側(cè)加進(jìn)線電抗器，以保護(hù)變頻器長久地正常運(yùn)行。
