摘要：本文介紹西門(mén)子70矢量控制型變頻器在標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。以及對(duì)該系統(tǒng)的通訊及傳動(dòng)控制部分進(jìn)行討論 關(guān)鍵詞：變頻器 PROFIBUS 通訊 一、概述： 在高爐煉鐵生產(chǎn)中，一般把按照品種、數(shù)量稱(chēng)量好的爐料從地面的貯礦槽運(yùn)送到爐頂?shù)纳a(chǎn)機(jī)械稱(chēng)為高爐上料設(shè)備。料車(chē)主卷?yè)P(yáng)是上料系統(tǒng)的核心設(shè)備，其可靠性直接影響到生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益。本文對(duì)西門(mén)子矢量控制型變頻器在該系統(tǒng)改造部分的應(yīng)用，以及該系統(tǒng)的傳動(dòng)控制部分進(jìn)行討論。 二、系統(tǒng)組成： 1、機(jī)械部分構(gòu)成 由一臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)拖動(dòng)兩臺(tái)料車(chē)，料車(chē)位于軌道斜面上，工作過(guò)程中，當(dāng)裝滿爐料的料車(chē)上升時(shí)，空料車(chē)下行，空車(chē)重量相當(dāng)于一個(gè)平衡錘，平衡了重料車(chē)的自重。兩料車(chē)交替上料，即其中一臺(tái)料車(chē)載料上行，另一臺(tái)為空車(chē)下行，運(yùn)行過(guò)程中電機(jī)始終處于負(fù)載狀態(tài)。 2、電氣部分構(gòu)成 系統(tǒng)由一臺(tái)S7－400的PLC做主站，主令控制器用普通導(dǎo)線傳輸。西門(mén)子變頻器、卷?yè)P(yáng)低速軸同軸安裝絕對(duì)式編碼器通過(guò)PROFIBUS與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，通訊介質(zhì)采用雙絞帶屏蔽的銅芯電纜。操作指令由WINCC人機(jī)界面發(fā)送到PLC。如圖（1） 3、系統(tǒng)工作原理： 圖2中：VVVF為西門(mén)子70變頻器，KM1為輸入接觸器，KM2為輸出接觸器，KM3為抱閘接觸器，M為卷?yè)P(yáng)電機(jī)，M1為液壓推動(dòng)器。CBP2為變頻器通訊板。24V輔助電源用于當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓中斷時(shí)，支持裝置的通訊功能和診斷功能。制動(dòng)單元，制動(dòng)電阻在電機(jī)制動(dòng)或加/減速時(shí)把動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能。 工作原理：操作工發(fā)出料車(chē)1上行指令，上位機(jī)通過(guò)控制字發(fā)出開(kāi)機(jī)及正轉(zhuǎn)命令，同時(shí)主給定值HSW給出變頻器的高速頻率45Hz，變頻器由0Hz開(kāi)始提速， PLC控制開(kāi)啟抱閘，料車(chē)上行，直到全速運(yùn)行；隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，主令控制器的K1閉合至PLC（如圖3），由PLC發(fā)出低速指令，同時(shí)主給定值HSW給出變頻器的低速頻率10Hz，電機(jī)以低速運(yùn)行；當(dāng)主令控制器的K3閉合時(shí)．說(shuō)明料車(chē)已經(jīng)達(dá)到終點(diǎn)，變器封鎖輸出，同時(shí)關(guān)閉機(jī)械抱閘，料車(chē)l送料完畢。料車(chē)2重復(fù)如上過(guò)程（主令點(diǎn)改變）。 三、系統(tǒng)通訊原理 1、通訊輸入 變頻器掛現(xiàn)場(chǎng)總線，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換，對(duì)應(yīng) PROFIBUS總線形式，配用CBP2接口板。PLC的PPO類(lèi)型設(shè)為4，其數(shù)據(jù)傳送特征為：變頻器接收1個(gè)控制字，5個(gè)設(shè)定字；發(fā)送2個(gè)狀態(tài)字，4個(gè)實(shí)際值設(shè)定字。 由于頻率是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)定，故具有通訊速率高，精度高、穩(wěn)定可靠，接線簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。而在模擬量控制時(shí)，PLC輸出端經(jīng)過(guò)一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線，進(jìn)入輸入端（變頻器）又經(jīng)過(guò)一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器才能參與控制。兩個(gè)轉(zhuǎn)換器位數(shù)不同和導(dǎo)線損耗都可能造成一定誤差。而網(wǎng)絡(luò)通訊傳遞直接是數(shù)字量不需要轉(zhuǎn)換，沒(méi)有誤差，在傳輸過(guò)程中不會(huì)造成損耗，而且響應(yīng)速度率也會(huì)很高。 2、通訊設(shè)定 西門(mén)子S7400作為主站，主卷?yè)P(yáng)變頻器做為從站。主要通訊信息有兩種：（1）浮點(diǎn)數(shù)主要為設(shè)定速度，實(shí)際電流，實(shí)際轉(zhuǎn)矩，實(shí)際頻率等；（2） 開(kāi)關(guān)量主要是正/反轉(zhuǎn)、開(kāi)機(jī)指令及運(yùn)行狀態(tài)，和一些故障報(bào)警的指示等。 變頻器發(fā)送與接收的報(bào)文如圖（4）、圖（5）。 四、系統(tǒng)的保護(hù)： 1、在卷?yè)P(yáng)同軸安裝一只掛在PROFBUS DP網(wǎng)上的絕對(duì)式編碼器，上位PLC讀取編碼器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算設(shè)定為極限保護(hù)點(diǎn)，以防止主令控制器失靈時(shí)的最后保護(hù)，防止料車(chē)“沖頂”事故的發(fā)生。 2、編碼器另一個(gè)重要功能是測(cè)定料車(chē)的實(shí)時(shí)速度，通過(guò)主令控制器的配合，完成對(duì)料車(chē)的超速保護(hù)、低速檢查，反向保護(hù)。 2．1、超速保護(hù)：料車(chē)運(yùn)行中，PLC根據(jù)編碼器測(cè)得的料車(chē)實(shí)際速度，全程監(jiān)控料車(chē)不得超過(guò)最高速度，否則PLC輸出急停關(guān)閉變頻器、機(jī)械抱閘同時(shí)制動(dòng)，并輸出報(bào)警。 2．2、反向保護(hù)：反向保護(hù)是當(dāng)電機(jī)起動(dòng)時(shí)起動(dòng)力矩不能克服料車(chē)重力矩，形成重料車(chē)下滑。PLC根據(jù)編碼器測(cè)得的料車(chē)實(shí)際速度方向，判斷料車(chē)運(yùn)行方向是否錯(cuò)誤，從而起到保護(hù)作用。起動(dòng)完后料車(chē)具有慣性，形成反向的可能性很小，但反向保護(hù)也是全程的。 2．3、低速檢查：當(dāng)主令控制器的K2閉合時(shí)（圖3），PLC根據(jù)編碼器測(cè)得的料車(chē)實(shí)際速度，檢查變頻器是否已減速。若否，立即停止變頻輸出，抱閘制動(dòng)。若是，繼續(xù)運(yùn)行。 3、對(duì)于變頻器自身故障由PLC通過(guò) PROFBUS DP網(wǎng)采集，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，立即關(guān)閉機(jī)械抱閘，以防止料車(chē)下滑。 4、變頻器X9端子7/9輸出變頻準(zhǔn)備好接點(diǎn)信號(hào)，故障時(shí)斷開(kāi)輸入接觸器KM1，切斷變頻器電源。 五、過(guò)程中遇到的問(wèn)題 1、變頻器選型： 考慮到冶金系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，變頻器選配160kW，電機(jī)選配110kW。由于冶煉強(qiáng)度增加每車(chē)料加重，電機(jī)運(yùn)行電流過(guò)大，發(fā)熱嚴(yán)重，后改為132KW 電機(jī)，才滿足生產(chǎn)要求。由于加/減速時(shí)有再生能量，故選配制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。 2、在空載調(diào)試階段： 由于機(jī)械減速箱傳動(dòng)比偏小，調(diào)試初期高速時(shí)50HZ運(yùn)行，料車(chē)速度太快，在做料車(chē)高速急停試驗(yàn)時(shí)，鋼絲繩松馳致使料車(chē)出軌，故高速時(shí)改為45HZ。把第一次減速時(shí)主令控制點(diǎn)推后。但保證每車(chē)上料時(shí)間40S。 3、制動(dòng)器的配合 當(dāng)變頻器收到正轉(zhuǎn)(或反轉(zhuǎn))指令后，為防止變頻器低頻起動(dòng)力矩偏小，不足以克服裝料重車(chē)而下滑。變頻器通過(guò)狀態(tài)字將電機(jī)力矩反饋到上位機(jī)PLC。當(dāng)電機(jī)力矩達(dá)設(shè)定值時(shí)，（力矩值設(shè)定按最重料車(chē)啟動(dòng)時(shí)不下滑為準(zhǔn)），且經(jīng)過(guò)0.5秒延時(shí)后，PLC才打開(kāi)抱閘，，隨著低段速的選通，電機(jī)處于爬行狀態(tài)，當(dāng)PLC檢測(cè)到終點(diǎn)信號(hào)時(shí)，發(fā)出停車(chē)命令，變頻器封鎖輸出執(zhí)行停止，同時(shí)關(guān)閉抱閘。如此控制抱閘既防止變頻器過(guò)流保護(hù)．又防止料車(chē)下滑． 六、技術(shù)性能及特點(diǎn)： 以上述方案改造的韶鋼煉鐵廠1號(hào)、2號(hào)、6號(hào)高爐主卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)，自2002年3月投入運(yùn)行以來(lái)，至今電氣部分未出一次故障，料車(chē)“沖頂”、“掛頂”事故也從未發(fā)生過(guò)，提高了生產(chǎn)效率，降低了設(shè)備維護(hù)、運(yùn)行費(fèi)用。西門(mén)子變頻器可靠性高，控制方便，尤其是低頻特性好值得在起重行業(yè)推廣應(yīng)用。