變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)的設(shè)計與應(yīng)用

徐宗友，熊 金

(重慶煙草工業(yè)公司涪陵分廠，重慶 400080)

一、變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)設(shè)計背景

自動化生產(chǎn)線中，電機帶動機械傳動裝置完成控制功能，變頻器則驅(qū)動電機。當機械傳動裝置出現(xiàn)阻礙、卡滯等情況后負荷會急劇增大，此時電機電流會同步增大，變頻器驅(qū)動電流也隨之增大，當電流超過變頻器設(shè)定值后，就會出現(xiàn)自動保護停機，從而影響生產(chǎn)。減輕機械負荷就能降低電流，避免自動保護，使設(shè)備長期正常運行。在實際流水作業(yè)生產(chǎn)中，采用均衡物料、短時停料供給、反轉(zhuǎn)疏通供給等方法均能減輕機械負荷，使設(shè)備正常運行。反轉(zhuǎn)疏通供給法從自動化控制角度上分析更容易實現(xiàn)。

(一)反轉(zhuǎn)技術(shù)概述

變頻器反轉(zhuǎn)技術(shù)，就是為實現(xiàn)某些特殊功能，通過變頻器對運行中電機進行反方向控制的一種技術(shù)方法。

(二)常用反轉(zhuǎn)方法類型

常用反轉(zhuǎn)技術(shù)方法有:外接控制線改變變頻器輸出交變磁場，達到使工作中電機反方向旋轉(zhuǎn);總線連接PLC，通過編程改變變頻器輸出交變磁場，達到反轉(zhuǎn)目的。

1)變頻器外接控制線實現(xiàn)電機反轉(zhuǎn)。以VLTAutomationDriveVLT2800為例，首先在變頻器內(nèi)設(shè)置相關(guān)參數(shù)，本例中需設(shè)置參數(shù)200、302、303等參數(shù)，以使變頻器能夠雙向運行，且參數(shù)設(shè)置允許變頻器反轉(zhuǎn)，再使變頻器接線端子12、18或12、19根據(jù)不同條件接通，實現(xiàn)電機反向運行。如圖1。

圖1為變頻器外接硬線圖，一旦某一條件滿足，電機將向某一方向運行，在另一條件滿足時，電機向反方向運行，當然兩條件之間是有互鎖的。

圖1 變頻器外接控制線實現(xiàn)電機反轉(zhuǎn)

2)變頻器接入總線，通過改變變頻器控制字實現(xiàn)電機反轉(zhuǎn)控制。將控制電機運行的變頻器通過總線接入PLC，在PLC程序內(nèi)作軟硬件配置，經(jīng)過程序的編寫，修改變頻器控制字，使變頻器輸出交變磁方向改變，從而實現(xiàn)電機反轉(zhuǎn)。如圖2。

圖2 VLT2800硬件通過總線接入PLC

圖2是將VLTAutomationDriveVLT2800硬件通過總線接入PLC，使其成為CPU的一個子站，利用編寫的程序，通過總線訪問變頻器或?qū)ψ冾l器進行控制。

圖3 在S7軟件上編寫程序控制變頻器

圖3是在配置好硬件后，通過在S7軟件上編寫程序，控制變頻器的啟停及正反轉(zhuǎn)控制，實現(xiàn)變頻器反轉(zhuǎn)功能。

(三)常用反轉(zhuǎn)方法在反轉(zhuǎn)降負荷功能上的不足

常用反轉(zhuǎn)法無法根據(jù)機械負荷的變化而實時改變變頻器的輸出交變磁場，因為在常見控制系統(tǒng)中，常用反轉(zhuǎn)法均是直接控制電機帶動傳動設(shè)備運行，并沒有將機械負荷的變化情況作為反饋值參與變頻器的控制，檢測機械負荷的輔助設(shè)備復雜，并需要專業(yè)的儀器才能檢測出負荷情況，且不準確，還需額外投入檢測設(shè)備，因此常用的反轉(zhuǎn)控制法無法及時、準確地實現(xiàn)機械負荷增大時的反轉(zhuǎn)降負荷功能要求。

二、變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)的設(shè)計思路

在流水線控制系統(tǒng)中，常用反轉(zhuǎn)法無法滿足機械負荷變化時反轉(zhuǎn)降負荷功能要求，變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)應(yīng)運而生。

當電機在正常運行中，工作電流是穩(wěn)定的，但是一旦出現(xiàn)機械傳動阻礙或卡滯等現(xiàn)象，電機負荷將會增大，工作電流必然相應(yīng)增大，變頻器作為電機的控制器件，其電流也會隨之變化，通過判斷電流值，并采用控制程序手段就可及時、準確地實現(xiàn)機械負荷增大時的反轉(zhuǎn)降負荷功能設(shè)計。

三、變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)的實現(xiàn)方法

(一)實現(xiàn)前提

1)首先要有能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)功能的驅(qū)動方式。

2)其次要有能檢測出電機運行時工作電流的元件。

3)最后還要有能夠判斷電流高低的工具或軟件。

在具備以上幾個條件后采用帶總線具有反轉(zhuǎn)功能的變頻器，通過程序設(shè)計與參數(shù)設(shè)置，實現(xiàn)電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)。

(二)具體實現(xiàn)方式

1)選擇帶總線的變頻器，變頻器由于能夠檢測許多參數(shù)，通過總線就能夠訪問到電流信息。實現(xiàn)方案中采用VLTAutomationDriveFC300變頻器，該變頻器帶總線具有反轉(zhuǎn)功能，且實現(xiàn)方法簡單，只需在VLTAutomationDrive FC300變頻器中設(shè)置相關(guān)參數(shù)，PLC程序就能直接讀取電流等工作參數(shù)。其他的變頻器也具有檢測電機工作電流等參數(shù)的功能，但是在PLC讀取這些參數(shù)時需要調(diào)用SFC14、SFC15功能塊，調(diào)用程序編輯復雜。

2)將VLTAutomationDriveFC300變頻器接入總線，設(shè)置變頻器相關(guān)參數(shù)，在PLC中配置好硬件連接，并設(shè)置好輸入輸出地址［1］。如圖4。

圖4 FC300變頻器接入總線

3)編寫變頻器運行程序。當電機運行條件滿足時，正轉(zhuǎn)啟動位寫入變頻器控制字，電機以常規(guī)方式啟動并運行，當電機電流大于正常工作電流時，說明機械傳動負荷增大，編寫比較指令，工作電流大于某個值一定時間后，本例為5.0A，反轉(zhuǎn)啟動位寫入變頻器控制字，使電機反方向運行，減少物料輸送或是反向物料輸送，進而降低機械負荷，當機械傳動負荷降低后，電機工作電流回到正常電流時，電機再次按正常方向運行。整個過程連續(xù)，持續(xù)時間短且不會導致斷料問題，更是避免了機械負荷過大導致的變頻器自動保護問題。如圖5。

四、變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)的運用

變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)在車間中的運用較多，實用于旋鼓、耙輥等低速小功率控制設(shè)備。

(一)旋鼓設(shè)備的運用

SF145旋鼓式加絲機型由于煙絲有時會增多，使旋鼓在旋轉(zhuǎn)運行時被煙絲堵塞，卡滯旋鼓，造成變頻器自動保護。操作工需將旋鼓加絲機反轉(zhuǎn)以清除堵塞的煙絲，然后才能重新啟動設(shè)備，耙時費力且不安全。硬件改造，將原有系統(tǒng)設(shè)計為VLTAutomationDriveFC300變頻器，并設(shè)置好變頻器相關(guān)參數(shù)，組態(tài)硬件，下載硬件到PLC。編寫旋鼓運行中，超過某電流設(shè)定值反轉(zhuǎn)電機技術(shù)程序，當旋鼓遇煙絲卡阻鼓輪，工作電流增大到電流設(shè)定值一定時間后，電機反方向運行，以疏通鼓輪內(nèi)卡阻的煙絲，煙絲疏通后，電機以正常工作電流運行，反轉(zhuǎn)命令停止，鼓輪又以正常方向工作，煙絲得以連續(xù)運行，提升了工作效率，也避免了人為清除煙絲的安全隱患。

圖5 編寫變頻器運行程序

(二)耙輥設(shè)備的運用

耙輥設(shè)備多用于喂料機內(nèi)，其主要作用是疏散煙葉(煙絲)。當煙葉(煙絲)較多，有可能卡滯耙輥，耙輥電機工作電流急劇上升，造成變頻器自動保護。工作人員需進入喂料機內(nèi)人為清理被卡阻的煙葉(煙絲)，不易清除且不安全。與旋鼓設(shè)備相似，進行了相應(yīng)軟硬件改造，但不同的是檢測耙輥電機電流，用于控制給耙輥輸送煙葉(煙絲)的上游設(shè)備底帶。當耙輥正常工作時，底帶以正常方向給耙輥輸送煙葉(煙絲)，當煙葉(煙絲)過多時，增加了耙輥工作負荷，耙輥電機工作電流相應(yīng)增大，當電流增加到一定值時，耙輥受力增大，通過比較指令啟動輸送底帶反轉(zhuǎn)控制命令，使其反方向運轉(zhuǎn)，使煙葉(煙絲)不再卡阻耙輥，耙輥工作電流相應(yīng)減小到正常范圍。底帶反轉(zhuǎn)命令中止，重新啟動正轉(zhuǎn)指令，繼續(xù)給耙輥輸送煙葉(煙絲)。這樣煙葉(煙絲)以不間斷的方式繼續(xù)前進，提升了工作效率，且避免了安全隱患。

五、變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)的前景

變頻器現(xiàn)在越來越普及，隨著變頻器的廣泛使用，變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)必將得到更大的推廣。

1)電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)能運用于所有變頻器，因為變頻器都具有工作電流檢測功能。另外不管變頻器是否具有PLC讀配置參數(shù)功能，都能通過在PLC中編寫特殊功能塊SFC14、SFC15讀寫變頻參數(shù)，從而在程序內(nèi)讀出變頻器所帶電機工作電流。再經(jīng)過程序比較指令，依據(jù)電流大小，判斷是否反向控制。

2)變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)適用范圍廣，它能運用于所有需要進行電機反轉(zhuǎn)的地方。如以上兩例中旋豉類和耙釘類設(shè)備，在工作中可能經(jīng)常出現(xiàn)卡阻的地方;以及其他皮帶機、輸送機等可能出現(xiàn)堵塞需要反轉(zhuǎn)的設(shè)備上，適用范圍相當廣泛。

3)考慮將變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)所需軟件設(shè)計內(nèi)容進行功能塊設(shè)計，如有需要進行反轉(zhuǎn)的改造，只需對硬件進行改造后，直接調(diào)用此功能塊，大大減少了變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)的難度，對應(yīng)此項技術(shù)的應(yīng)用將得到極大的提升。

六、結(jié)論

通過變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)的設(shè)計，以及對此項技術(shù)的應(yīng)用，能夠大大提高工作效率，還能減少或避免安全隱患。此項技術(shù)適用范圍廣，應(yīng)用設(shè)備多，再經(jīng)過功能塊設(shè)計后，能夠較容易地加以駕馭和掌握，使變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)能夠得到更加廣泛的應(yīng)用。

［1］廖常初.跟我動手學S7－300/400PLC［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2010.