淺析ABB變頻器的傳動(dòng)控制及與S7-400的通信

王甫江 金兵 劉勝軍

江蘇永鋼集團(tuán)有限公司 江蘇 蘇州 215628

1 ABB變頻器概述

1.1 ABB變頻器原理

ABB變頻器中包括輔助控制單元、進(jìn)線單元、濾波單元、逆變器和供電單元，在工作中，會(huì)利用供電單元將三相交流電進(jìn)行整流，獲得直流電，然后將直流電通過直流電母線傳送到各種逆變器中。逆變器和供電單元都是四象限運(yùn)行，因此在工作過程中就實(shí)現(xiàn)了母線將電機(jī)發(fā)電狀態(tài)下產(chǎn)生的交流電進(jìn)行逆變器共享，或者最后通過供電單元將電能返回電網(wǎng)。

1.2 ABB變頻控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（1）直接轉(zhuǎn)矩控制

使用直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)勢(shì)在控制的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在處理數(shù)據(jù)時(shí)，各種物理量應(yīng)用也比較清晰，因此就增加了在變頻控制工作中的魯棒性。實(shí)際應(yīng)用中，使用直接轉(zhuǎn)矩控制還能以比較快的速度做出響應(yīng)，無論是動(dòng)態(tài)控制和靜態(tài)控制都有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。直接轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)是矢量控制，需要建立基于釘子的坐標(biāo)系，會(huì)使用空間矢量對(duì)定子的磁場(chǎng)防線進(jìn)行計(jì)算，并且可以通過分析定子的坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)磁鏈的計(jì)算。

（2）矢量控制

矢量控制的原理在于模仿直流電機(jī)控制異步電動(dòng)機(jī)，會(huì)在控制過程中，進(jìn)行轉(zhuǎn)子電流坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，將其分解成勵(lì)磁、轉(zhuǎn)矩兩個(gè)數(shù)值。因此，使用該方法在控制過程中需要進(jìn)行大量的運(yùn)算，對(duì)控制系統(tǒng)的算例有很高的要求，保證坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的計(jì)算結(jié)果精度，同時(shí)，復(fù)雜的控制方式也增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。但是，在近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速的背景下，系統(tǒng)的運(yùn)算速度在逐漸加快，并且也保證了控制的精度[1]。

2 ABB ACS 880標(biāo)準(zhǔn)變頻器的控制方式

2.1 變頻器控制方式特點(diǎn)

該變頻器采用了直接轉(zhuǎn)矩控制的方式，控制工作不需要有解碼器和測(cè)速機(jī)的反饋，就能夠精確控制轉(zhuǎn)矩和速度，對(duì)攪拌機(jī)、卷取機(jī)、風(fēng)機(jī)等都能實(shí)現(xiàn)比較精確的控制。在控制系統(tǒng)中，逆變器將會(huì)對(duì)電機(jī)的磁通量和轉(zhuǎn)矩直接控制，在工作中，主要利用電機(jī)的電流、電壓作為自適應(yīng)電極的模型輸入，利用每25微秒的測(cè)定值獲得轉(zhuǎn)矩和磁通量，然后會(huì)將兩個(gè)值根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行比較，結(jié)合情況確定逆變器開通的時(shí)機(jī)。

2.2 變頻器控制命令分析

對(duì)ACS880變頻器進(jìn)行控制時(shí)，可以通過遠(yuǎn)程控制、I/O端子口控制、拓展模塊控制，以及使用PC適配器和PC連接進(jìn)行控制。為實(shí)現(xiàn)控制的全面性，就需要有兩套控制參數(shù)分別進(jìn)行通訊方式和DI端子控制，除了要設(shè)置控制命令的切換方式，也要設(shè)置給定源的切換方式。如圖1所示。

2.3 ACS880拖動(dòng)交流電機(jī)的通用控制方式

由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制的模式，因此控制的精度和電機(jī)的模型關(guān)系密切，所以在使用過程中，會(huì)先運(yùn)行1分鐘左右來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化。由于該變頻器能快速感知電機(jī)的運(yùn)行狀況，使變頻器具備電機(jī)任何狀況下起動(dòng)的能力，如果電動(dòng)機(jī)的速度給定值和電機(jī)的速度都要比預(yù)設(shè)值低，變頻器就會(huì)對(duì)電機(jī)注入直流電壓，并終止電機(jī)運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能，需要給變頻器加裝一個(gè)制動(dòng)斬波器和制動(dòng)電阻器，可以通過精準(zhǔn)的控制實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的快速停車，如果出現(xiàn)回路電壓高出極限電壓的情況，就會(huì)采用耗能制動(dòng)的方式控制電機(jī)[2]。

圖1 變頻器的外部本地控制方式

3 ABB變頻器和S7-400通信分析

3.1 網(wǎng)絡(luò)配置

兩種設(shè)備都可以使用Profibus-DP協(xié)議的方式進(jìn)行通信，對(duì)于ABB ACS 880變頻器，需要進(jìn)行相關(guān)配置提升數(shù)據(jù)交換的速度，對(duì)于S7-400可以安裝補(bǔ)丁程序來獲得傳動(dòng)產(chǎn)品列表。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)配置工作中，需要將S7-400作為主站，而ABB變頻器則作為從站。

兩者采用光纖進(jìn)行連接，使用適配器模塊NPBA-1和ABB ACS 880通訊板的NDCO通道使用DDCS協(xié)議進(jìn)行通訊，在通訊初始化工作中，需要先對(duì)適配器模塊和傳動(dòng)裝置模塊進(jìn)行初始化，包括設(shè)定協(xié)議、數(shù)據(jù)索引號(hào)、通訊超時(shí)、通信模型等數(shù)據(jù)。在該網(wǎng)絡(luò)的配置下，傳動(dòng)裝置可以通過現(xiàn)場(chǎng)的總線來獲得各種信息。

4 結(jié)束語(yǔ)

使用ABB變頻器進(jìn)行傳動(dòng)控制，在控制精度和控制靈活性上非常高，而結(jié)合S7-400單片機(jī)，可以控制變頻器進(jìn)行更為靈活的控制，最大幅度縮短變頻器的反應(yīng)時(shí)間，以及指定合理的控制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)穿孔控制的優(yōu)化，滿足了響應(yīng)速度快、加速效果好的要求。為了能實(shí)現(xiàn)更為靈活的控制，還需要增加對(duì)智能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的使用，優(yōu)化控制系統(tǒng)，使機(jī)組能穩(wěn)定安全地運(yùn)行。