淺談變頻器的特殊控制方式

摘 要：變頻器在實際應(yīng)用中可通過本身控制面板、外接端子和通信三種方式控制。通信控制方式可通過控制字和給定頻率實現(xiàn)變頻器的遠程操控，現(xiàn)基于此種方式，介紹幾種能實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)切換和模擬量調(diào)試功能的特殊控制方式。

關(guān)鍵詞：變頻器;通信控制;正反轉(zhuǎn);模擬量調(diào)頻;ATV61

中圖分類號：TP273;TN77? 文獻標(biāo)志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）11-0076-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.11.021

0? ? 引言

隨著變頻器應(yīng)用日益廣泛，其控制方式已經(jīng)非常完善，依靠產(chǎn)品說明書可輕易實現(xiàn)變頻器輸出的正反轉(zhuǎn)和模擬量調(diào)頻，但在特殊的工藝環(huán)境下，有著一些特殊的控制工藝要求。鑒于此，本文對變頻器常規(guī)控制方式和特殊控制方式進行了介紹。

1? ? 電機正反轉(zhuǎn)

1.1? ? 常規(guī)方法

更改異步電機運行方向，最直接的方式是更改變頻器輸出接線，對換三相接線中的任意兩組接線，即可以與之前相序相反的方向運行[1]。

但實際應(yīng)用中，為了更輕松、更便捷地實現(xiàn)電機反轉(zhuǎn)，一般都是更改變頻器本身輸出的方式。

常規(guī)方法有兩種：一種是變頻器自帶圖形終端控制時可隨時切換相序輸出，如圖1面板上自帶類似“FWD/REV”正反轉(zhuǎn)切換按鍵;另一種是外部接線端子控制輸出，按照圖2所示兩線控制和三線控制的不同方式接線，控制變頻器不同相序輸出運行，實現(xiàn)拖動電機的正反轉(zhuǎn)。這兩種方法均屬于變頻器常用的標(biāo)準(zhǔn)控制形式，參考產(chǎn)品樣本可輕易實現(xiàn)[2]。

1.2? ? 通信方式

通過通信方式控制變頻器時，其控制源是通信主站，通過通信命令，按照不同協(xié)議內(nèi)容更改控制字，或更改給定頻率的正負值，來實現(xiàn)變頻器不同相序的輸出。最常用的通信協(xié)議為Modbus RTU形式，下面以ATV61變頻器為例進行說明。

1.2.1? ? 控制命令字方式

ATV61變頻器的控制字CMD和狀態(tài)字ETA參考表1和表2[3]。當(dāng)變頻器上電后，如果無任何故障則自動運行到“RDY”狀態(tài)，其狀態(tài)字為ETA=16#xx31，此時如果命令源發(fā)出通信控制指令CMD=16#xxxF，變頻器將按照當(dāng)前設(shè)定頻率動作，經(jīng)歷“ACC”加速時間后進入“RUN”狀態(tài)，ETA=16#0637;如果命令源發(fā)出控制指令CMD=16#x80F，即在原來命令基礎(chǔ)上，將控制字的bit11（轉(zhuǎn)動方向）指令進行更改，變頻器在經(jīng)歷“ACC”狀態(tài)后，也會進入“RUN”狀態(tài)，但此時ETA=16#8637，即輸出方向發(fā)生了改變。此外，如果控制字CMD=16#0006，變頻器在經(jīng)歷“DCC”減速時間后就會返回“RDY”狀態(tài)。

1.2.2? ? 給定頻率正負值

變頻器在不改變控制字的情況下，也可以通過更改給定頻率正負值來實現(xiàn)輸出相序的變化，部分變頻器需要設(shè)置頻率給定范圍才能實現(xiàn)。

如圖3所示，命令源通過對Modbus通信地址48503（邏輯地址8502+標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)40001）進行有符號的賦值，就能通過給定頻率的正負值來實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)運行（需注意常規(guī)情況下賦值比例為10，即10代表1 Hz）。

1.2.3? ? 直接更改相序

ATV61變頻器設(shè)置參數(shù)1.4“電機控制”中有“改變輸出相序”選項，通過更改此參數(shù)也可以更改變頻器的輸出相序。更改方法分兩種：一種方式為圖形終端直接更改相序，由“A—B—C”更改為“A—C—B”，變頻器通過通信啟動后，輸出相序即發(fā)生更改;另一種方式是修改通信邏輯地址13401，如圖4所示，等同于參數(shù)1.4里的“改變輸出相序”，值為0時，代表“A—B—C”相序，值為1時，代表“A—C—B”相序。需要注意的是，部分變頻器本身不具備這個直接更改相序的參數(shù)，故此種方法并不適用于所有變頻器。

2? ? 模擬量調(diào)頻

2.1? ? 常規(guī)方法

變頻器的頻率調(diào)節(jié)，最常見的方法有三種：第一種是通過自帶面板控制，直接調(diào)節(jié)面板給定值即可;第二種是通過AI模擬量通道控制，設(shè)置頻率給定參數(shù)為相應(yīng)通道后，即可通過外部4～20 mA或者DC1～5 V標(biāo)準(zhǔn)信號調(diào)節(jié)頻率;第三種是通過通信方式給定，按照通信協(xié)議對給定頻率的邏輯地址進行賦值，實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)。參考產(chǎn)品樣本和通信手冊可輕易實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，也是產(chǎn)品常用控制形式。

2.2? ? 特殊控制方式

在多臺變頻器集中監(jiān)控應(yīng)用過程中，一般都會在每臺變頻器增加本地控制器和人機界面，按照工藝要求組態(tài)人機畫面后進行設(shè)備的本地操作;同時，多臺本地控制器與上層集成監(jiān)控系統(tǒng)（DCS）再次通信，DCS通過通信控制本地控制器的內(nèi)部變量，進而操控變頻器的啟停和調(diào)頻，實現(xiàn)變頻設(shè)備的遠程監(jiān)控。為提高控制的可靠性，加上現(xiàn)場環(huán)境的一些客觀因素，DCS有可能通過通信方式控制變頻器的啟停，通過遠程DCS的AO輸出，以模擬量的方式調(diào)節(jié)變頻器頻率。

以ATV61變頻器為例，其正常設(shè)置如表3所示。

此時，變頻器模塊通過圖形終端可進行變頻模塊本身的控制（通道2控制），通過與本地控制器之間的Modbus RTU通信實現(xiàn)變頻設(shè)備的本地控制（通道1控制），含變頻模塊的啟停和調(diào)頻;DCS通過與本地控制器之間的通信，對本地控制器內(nèi)的變量進行遠程模式下的賦值，即可實現(xiàn)對變頻模塊的控制。

當(dāng)DCS要求以模擬量方式調(diào)節(jié)頻率時，模擬量信號接入變頻模塊的AI通道，表3中的“給定1通道”則需設(shè)置成AI2（電流信號）。但這樣設(shè)置的話，設(shè)備就無法通過本地的人機界面正常調(diào)頻了，只能啟停。

在不影響設(shè)備本地人機正常操控的情況下，以S7-200 SMART為例[4]，可在設(shè)備本地控制器后面增加模擬量模塊，采集DCS發(fā)送過來的模擬量數(shù)值，經(jīng)過如圖5所示的工程量處理和控制邏輯選擇，實現(xiàn)DCS和本地人機的遠程/本地控制，對于變頻模塊來說，仍是通過Modbus通信方式實現(xiàn)功能，參數(shù)不需要改變。

但此方法需要額外增加模擬量模塊，占據(jù)一定空間，且即使是最實惠的4通道模塊也價格不菲。

為了保持設(shè)備原有的本地控制功能不變，又不額外增加生產(chǎn)成本，如圖6所示，可將DCS的模擬量信號仍然接入變頻模塊的AI通道，由本地控制器通信讀取變頻模塊內(nèi)AI通道的邏輯地址，替換原有DCS給定頻率的變量地址，即可實現(xiàn)DCS的模擬量調(diào)頻。AI2通道參數(shù)相應(yīng)設(shè)置：最小值4 mA，最大值20 mA。

3? ? 結(jié)語

不同廠家變頻器自身的設(shè)計不同，存在一定的差異性，各行各業(yè)根據(jù)實際使用工藝不同，控制方法各式各樣，實現(xiàn)方式也各有特色。上述正反轉(zhuǎn)控制和模擬量調(diào)頻的不同方式，均已應(yīng)用于實際工程項目，現(xiàn)場效果良好，在保證工藝功能的前提下，實現(xiàn)了項目的降本增效。

[參考文獻]

[1] 杜偉偉，馮邦軍.電機與電氣控制[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2021.

[2] 施耐德電氣.ATV61變頻器編程手冊[Z]，2017.

[3] 施耐德電氣.ATV71 COMMUNICATION MANUAL[Z]，2005.

[4] 西門子中國.S7-200 SMART系統(tǒng)手冊 V2.2[Z]，2016.

收稿日期：2022-04-02

作者簡介：周建新（1982—），男，遼寧凌源人，工程師，從事潛油平臺地面設(shè)備調(diào)試、故障處理及升級改造技術(shù)工作。