1 引言
西門(mén)子在自動(dòng)化領(lǐng)域是個(gè)享有盛譽(yù)的品牌，plc、人機(jī)界面、變頻器、伺服產(chǎn)品、自動(dòng)化儀表等等，幾乎涉及了自動(dòng)化控制的所有領(lǐng)域，西門(mén)子變頻器以其穩(wěn)定的性能，豐富的組合功能，良好的力矩特性，在各行業(yè)中贏得了良好的口碑，在中國(guó)變頻器市場(chǎng)占據(jù)著重要的地位。
唐鋼冷軋薄板廠是個(gè)現(xiàn)代化的大型鋼鐵企業(yè)，分為三期工程共12條生產(chǎn)線(xiàn)。它集酸洗、冷軋、鍍鋅、彩涂多項(xiàng)生產(chǎn)工藝于一體,其技術(shù)、設(shè)備先進(jìn)。在電氣傳動(dòng)中，大量應(yīng)用著高質(zhì)量技術(shù)先進(jìn)的不同容量的品牌變頻器，它們?cè)谔其摰纳a(chǎn)中發(fā)揮著十分重要的工作。其中大多數(shù)為西門(mén)子simovertmasterdrivesvc簡(jiǎn)稱(chēng)6se70系列的變頻器傳動(dòng)產(chǎn)品，主要應(yīng)用于三條鍍鋅線(xiàn)、兩條酸洗線(xiàn)、重卷和全氫罩式退火線(xiàn)中。下面著重介紹一下simovertmasterdrives vc變頻器在鍍鋅、酸洗連續(xù)生產(chǎn)線(xiàn)中的應(yīng)用。

2 簡(jiǎn)要介紹
公司使用的西門(mén)子6se70系列傳動(dòng)系統(tǒng)是西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的一種多用途的交流變頻調(diào)速器，全數(shù)字控制。采用了當(dāng)前先進(jìn)的控制理論和技術(shù)，如矢量變換技術(shù)、三電平逆變器電路、pwm控制、高功率因數(shù)控制等。主回路由整流器和逆變器兩部分組成，功率元件采用igbt。逆變器由中間回路直流電壓利用脈沖寬度調(diào)制方法(pwm)輸出變頻變壓的三相交流電。其輸出頻率從0hz至大600hz。內(nèi)部的24v直流電壓通過(guò)一個(gè)集成供電單元供電。裝置由內(nèi)部閉環(huán)控制，可通過(guò)操作控制面板pmu，舒適型操作控制面板op1s，端子排或總線(xiàn)系統(tǒng)的串行接口進(jìn)行操作控制。
simovert masterdrivesvc系列變頻傳動(dòng)產(chǎn)品具有高精度的工藝控制功能和完善的保護(hù)功能，具有矢量控制方式；五種開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制方式；完善、開(kāi)放、多種類(lèi)的通訊功能(profibus，simobbbb，uss等)；簡(jiǎn)易便捷的參數(shù)設(shè)定及監(jiān)控調(diào)試軟件（simovis，drivemonitor）;標(biāo)準(zhǔn)軟件中包括應(yīng)用場(chǎng)合的各種開(kāi)環(huán)、閉環(huán)控制功能，它包括：
(1) 在簡(jiǎn)單應(yīng)用時(shí)的v/f特性曲線(xiàn)的控制；
(2) 用于中等或高動(dòng)態(tài)性能要求的傳動(dòng)裝置的矢量控制；
(3) 具體有下列開(kāi)、閉環(huán)控制功能；
●帶測(cè)速機(jī)的矢量控制特性；
●通用的v/f 特性；
●紡織工業(yè)用的v/f 特性；
●無(wú)測(cè)速機(jī)的閉環(huán)頻率控制或磁場(chǎng)定向控制；
●帶測(cè)速機(jī)的磁場(chǎng)定向控制作為閉環(huán)速度控制；
●帶測(cè)速機(jī)的磁場(chǎng)定向控制作為閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制。

3變頻器控制系統(tǒng)的組成
3.1中心控制單元
西門(mén)子6se70系列變頻器的中心控制單元有cuvc和cur兩種。cuvc為專(zhuān)用于矢量控制的中心控制單元，cur為專(zhuān)用于整流單元的中心控制單元。在cuvc和cur上，有多個(gè)開(kāi)關(guān)量和模擬量端子，可通過(guò)軟件編程，對(duì)每個(gè)端子進(jìn)行任意的功能設(shè)定。變頻器的中心控制單元cuvc有x101、x102、x103端子排及擴(kuò)展單元端子排eb1、eb2。這些端子只有在進(jìn)行了功能設(shè)定后，才能對(duì)變頻器的運(yùn)行進(jìn)行控制。變頻器的輸入和輸出端子在進(jìn)行功能設(shè)定時(shí)，要通過(guò)控制字、狀態(tài)字、開(kāi)關(guān)量連接器、模擬量連接器來(lái)進(jìn)行設(shè)定。
3.2變頻器的功能
變頻器的功能一般是通過(guò)功能碼來(lái)進(jìn)行設(shè)定的。西門(mén)子6se70系列變頻器的功能碼用p和r表示。其中p是用于設(shè)定和修改的功能參數(shù)，r是用于顯示的只讀參數(shù)。由于變頻器的功能碼多，而其輸入輸出端子有限，所以需要用開(kāi)關(guān)量b連接器和模擬量k/kk連接器來(lái)進(jìn)行選擇、設(shè)定輸入輸出端子的功能。系統(tǒng)組態(tài)時(shí)，根據(jù)實(shí)際負(fù)載需求，將符合要求的功能數(shù)據(jù)組和功能單元塊經(jīng)過(guò)某種組合，后形成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。其中功能數(shù)據(jù)組和功能單元塊有：bico（開(kāi)關(guān)量連接）數(shù)據(jù)組、fds（變頻器控制系統(tǒng)功能）數(shù)據(jù)組、mds(電動(dòng)機(jī))數(shù)據(jù)組、計(jì)算和控制模塊、邏輯單元塊。
3.3主要控制方式
高性能變頻器的主要控制方式是矢量控制。它的基本控制思想是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)模型，將用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流和用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流進(jìn)行解耦，然后分別進(jìn)行控制。它分為有速度傳感器的矢量控制器和無(wú)速度傳感器的矢量控制變頻器。利用有速度傳感器的矢量控制變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)一般適用于單機(jī)傳動(dòng)和較低轉(zhuǎn)速時(shí)有較高的動(dòng)態(tài)特性和較高的轉(zhuǎn)速控制精度的場(chǎng)合。筆者使用的大多數(shù)都是屬于這種控制方式。無(wú)速度傳感器的矢量控制變頻器的控制模式是在有速度傳感器矢量控制模式的基礎(chǔ)上，去掉速度檢測(cè)環(huán)節(jié)，通過(guò)計(jì)算來(lái)估測(cè)電動(dòng)機(jī)速度的反饋值。
3.4矢量控制的系統(tǒng)組態(tài)
以有速度傳感器的矢量控制系統(tǒng)為例，西門(mén)子6se70系列變頻器的編程單元有三種，即功能設(shè)置和操作單元pmu、手持式編程單元opis和計(jì)算機(jī)編程單元。在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)操作中，計(jì)算機(jī)編程單元的應(yīng)用為方便、快捷，它和變頻器之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊方式。其有速度傳感器的矢量控制系統(tǒng)由設(shè)定值通道、速度控制器、轉(zhuǎn)矩電流限幅單元、電流控制器、矢量控制器單元和功率單元組成。
(1) 設(shè)定值通道
設(shè)定值通道由速度給定單元和速度反饋單元兩部分組成。用速度給定單元進(jìn)行組態(tài)時(shí)，需設(shè)定的功能參數(shù)有：主設(shè)定、附件給定1、附件給定2、速度的正限幅、轉(zhuǎn)矩給定的正限幅和負(fù)限幅、給定積分器的加速時(shí)間和減速時(shí)間、用于轉(zhuǎn)矩前饋控制的系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間和比例增益。用速度反饋單元進(jìn)行組態(tài)時(shí)，需設(shè)定的功能參數(shù)有：脈沖編碼器脈沖數(shù)或模擬測(cè)速發(fā)電機(jī)的大轉(zhuǎn)速值、速度傳感器的類(lèi)型、實(shí)際速度濾波時(shí)間常數(shù)等。
(2) 速度控制器
速度控制器主要對(duì)系統(tǒng)速度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，為了消除速度靜差和提高系統(tǒng)控制精度，采用pi控制器，通過(guò)功能碼設(shè)置比例增益、積分增益、速度反饋的濾波時(shí)間常數(shù)等來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(3) 轉(zhuǎn)矩/電流限幅單元
為了防止變頻器啟動(dòng)、運(yùn)行和停止時(shí)過(guò)電流，設(shè)置了轉(zhuǎn)矩/電流限幅單元。
(4) 電流控制器
矢量控制模式系統(tǒng)仿照了直流調(diào)速系統(tǒng)控制模式，將通入交流電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩電流和產(chǎn)生的磁通電流分離開(kāi)來(lái)，分別進(jìn)行控制。本系統(tǒng)的電流控制器包括用于控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的電流控制器和用于控制電動(dòng)機(jī)磁通的電流控制器。
(5) 功率單元(主電路)
變頻器功率單元中的一些參數(shù)已在變頻器出廠時(shí)設(shè)置完畢。如需更改要參閱西門(mén)子變頻器使用手冊(cè)。
(6) 矢量控制單元
矢量控制單元是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，包括電動(dòng)機(jī)電流模型、電動(dòng)機(jī)emf(電動(dòng)勢(shì))模型、矢量變換模型和磁通調(diào)節(jié)器。其中包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻溫度系數(shù)的設(shè)置，電動(dòng)機(jī)emf調(diào)節(jié)器的比例增益設(shè)置，積分增益設(shè)置，磁通調(diào)節(jié)器調(diào)制溫度系數(shù)設(shè)置。
3.5各種附加模板
為了滿(mǎn)足某些特殊的功能，simovertmasterdrives提供各種附加模板。這些模板不僅可以完成與電機(jī)有關(guān)的控制功能，而且可以完成特殊的過(guò)程控制。變頻器工藝模版用于實(shí)現(xiàn)通傳動(dòng)系統(tǒng)有關(guān)的一些控制功能。例如：組成張力閉環(huán)系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等。
3.6故障自診斷功能
6se70系列變頻器的所有設(shè)備均有故障自診斷功能。6se70裝置本身提供了多種可靠有效的故障保護(hù)措施。同時(shí)也提供了簡(jiǎn)單實(shí)用的故障查詢(xún)手段，裝置可能發(fā)生的多個(gè)故障(多達(dá)8個(gè))，并可以保存近8次所發(fā)生過(guò)的故障代碼。裝置可以同時(shí)記錄多10個(gè)變量(即k連接量)的變化過(guò)程，并提供了靈活的記錄觸發(fā)方式。利用drivermonitor軟件可以方便地觀察所記錄變量的波形。

4變頻器的主要調(diào)試過(guò)程
變頻器參數(shù)設(shè)定：
(1) 功率部分的定義(p060=8)
p60=8；
p70=輸入相關(guān)設(shè)置的訂貨號(hào)。
為了檢查輸入數(shù)據(jù)，在回到參數(shù)菜單以后，檢查p071變頻器輸入電壓值和p072變頻器電流值。它們必須同銘牌額定數(shù)據(jù)一致。
(2) 電子板定義(p060=4)
p60=4；
p918=對(duì)應(yīng)的profibus dp 地址號(hào)。
(3) 系統(tǒng)定義(p060=5)
需設(shè)定的主要參數(shù)有：
p68，p71，p95，p100，p101，p102，p103，p105，p106，p107，p108，p109，p113，p114，p128，p130，p151，p350，p351，p352，p353，p354，p380，p381，p382，p383，p462，p464，p466等，詳細(xì)步驟要參閱變頻器使用手冊(cè)大全。
(4) 功能調(diào)整
針對(duì)生產(chǎn)工藝的不同，調(diào)整變頻器內(nèi)部參數(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝提出的各種功能。

5 與plc的網(wǎng)絡(luò)通訊
高性能變頻器一般帶有很多功能模板來(lái)完成高性能高精度控制和多功能操作，西門(mén)子6es70系列變頻器根據(jù)通訊方式的不同，有三種通訊模板。通過(guò)它可將變頻器連接到上一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)中，cbp裝在cuvc所在的電子箱中，由基本裝置提供電源，cbp采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的profibus-dp應(yīng)用型，可在上一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)和變頻器之間進(jìn)行快速、周期性的交換數(shù)據(jù)。
profibusdp是現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)系統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)系統(tǒng)控制裝置與電氣控制系統(tǒng)的plc之間可通過(guò)多種串行接口進(jìn)行通訊，如基本方案com1和com2(uss協(xié)議)，通訊板cbp2或cbc實(shí)現(xiàn)profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制方案，以減少控制電纜的數(shù)量并提高可靠性。每個(gè)變頻器裝置和plc之間的交換都是相同的。采用pp05的通訊協(xié)議，各控制字和狀態(tài)字的分布如附表所示。

6 常見(jiàn)故障處理
對(duì)于6se70系列變頻器，由于質(zhì)量好，而且自診斷功能、報(bào)警及保護(hù)功能也非常齊全，故障率低，筆者經(jīng)常會(huì)碰到的故障現(xiàn)象有f008(直流電壓低)，由于直流母線(xiàn)電壓是直接通過(guò)電阻降壓來(lái)取得采樣信號(hào)的，所以故障f008的出現(xiàn)主要是由于采樣電阻的損壞而導(dǎo)致的。此外還會(huì)碰到f025，f026，f027關(guān)于輸入端相缺失的報(bào)警，故障原因是由于6se70系列本身帶有輸入相檢測(cè)功能，輸入檢測(cè)電路的損壞會(huì)導(dǎo)致輸入缺相報(bào)警，如排出此故障原因，報(bào)警信號(hào)還不能消除，那故障很有可能就是cu板的損壞或功率模塊的燒毀了。f011(過(guò)電流)故障也是一個(gè)常見(jiàn)的故障，電流傳感器的損壞是引起此故障的原因之一，在使用中經(jīng)常會(huì)碰到驅(qū)動(dòng)電路和開(kāi)關(guān)電源上的一些貼片的濾波電容的損壞也會(huì)引起f011現(xiàn)象，要特別注意由于這種原因而引起的故障報(bào)警。對(duì)于不同的報(bào)警信息，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，參考變頻器使用大全手冊(cè)所列的檢查要點(diǎn)和處理方法進(jìn)行。

7變頻器的備件管理
變頻器停機(jī)超過(guò)一年，中間回路電容必須重新充電。如果不這樣做，當(dāng)中間回路上電時(shí)，傳動(dòng)裝置將被損壞。當(dāng)變頻器出廠后一年內(nèi)工作時(shí)，直流母線(xiàn)上電容器可以不重新充電。裝置的出廠日期可以從系列號(hào)中讀出。在充電時(shí)，變頻器中間回路同一組整流器、一個(gè)濾波電容和一個(gè)電阻相連接。通過(guò)充電，使中間回路電容器具有一定電壓和一個(gè)限值電流，且中間回路電容器的功能所需的內(nèi)部條件得以恢復(fù)。
其步驟為：
(1) 在裝置充電以前，須將所有電源線(xiàn)拆開(kāi)；
(2) 必須切斷變頻器進(jìn)線(xiàn)電源；
(3) 按照電路圖連接所需元件；
(4) 充電時(shí)間同變頻器閑置時(shí)間的關(guān)系如附圖所示。

附圖 充電時(shí)間同變頻器閑置時(shí)間的關(guān)系

8結(jié)束語(yǔ)
隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，變頻器應(yīng)用的迅速普及，作為生產(chǎn)一線(xiàn)的工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，了解和熟悉變頻器調(diào)速技術(shù)、選好用好變頻器、充分發(fā)揮變頻器中各種功能的作用，使其做得更好，更全面、更完善地服務(wù)于廣大的用戶(hù)，盡量少出問(wèn)題、不出問(wèn)題，出了問(wèn)題能及時(shí)解決，這正是我們的期望所在。