離線式變頻器測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊建潤(rùn)，王文亮，李 鵬

(山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán) 高陽(yáng)煤礦選煤廠， 山西 孝義 032300)

隨著自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、智能控制技術(shù)的快速發(fā)展，選煤廠在工藝及技術(shù)方面得到較大改進(jìn)。目前國(guó)內(nèi)許多選煤廠已經(jīng)開(kāi)始智能化升級(jí)改造，而作為智能化選煤廠建設(shè)的基礎(chǔ)，自動(dòng)化技術(shù)在選煤廠迅速發(fā)展。變頻器作為當(dāng)前主流的降耗節(jié)能以及工藝控制的自動(dòng)化設(shè)備，在選煤廠得到廣泛應(yīng)用[1]. 高陽(yáng)煤礦選煤廠屬于礦井型煉焦煤選煤廠，年入洗能力600萬(wàn)t，是目前汾西礦業(yè)集團(tuán)公司入洗能力最大的選煤廠。該廠目前共使用變頻器70余臺(tái)，主要應(yīng)用于泵、加壓過(guò)濾機(jī)、壓濾機(jī)等設(shè)備的變頻控制。由于大型變頻器測(cè)試需現(xiàn)場(chǎng)辦理設(shè)備停電手續(xù)，開(kāi)展拆卸、安裝接線等工序，如果變頻器故障還需反復(fù)進(jìn)行，測(cè)試費(fèi)時(shí)費(fèi)工。因此，經(jīng)過(guò)多次研究探討，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提出了利用觸摸屏、PLC控制和變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)變頻器的測(cè)試和故障報(bào)警的設(shè)計(jì)方案。

1 原理概述

1.1 變頻調(diào)速

變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)電機(jī)的工作電源輸入頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比的關(guān)系[2]，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源的頻率來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，變頻調(diào)速是目前一種理想的高效調(diào)速手段[3]. 變頻器是一種基于上述原理并綜合直-交電源變換、微電子等技術(shù)為一體的電氣設(shè)備[4].

1.2 PLC可編程控制原理

PLC可編程控制器是集自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的一種工業(yè)計(jì)算器，PLC可編程控制器采用可編程序的存儲(chǔ)器，在內(nèi)部存儲(chǔ)中可以執(zhí)行邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)/計(jì)數(shù)和順序控制等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式兩種輸入、輸出接口，對(duì)不同類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制[5].

可編程控制器有運(yùn)行(RUN)與停止(STOP)這兩種基本工作狀態(tài)。當(dāng)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，可編程控制器通過(guò)執(zhí)行程序來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制功能。由于輸入信號(hào)隨時(shí)可能變化，為了使其輸出能夠及時(shí)響應(yīng)變化的輸入信號(hào)，用戶程序需要反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行程序，直至可編程序控制器停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)[6].

1.3 觸摸屏技術(shù)

觸摸屏主要由檢測(cè)部件和控制器兩部分構(gòu)成。安裝在顯示器屏幕前面的是觸摸檢測(cè)部件，其主要功能是檢測(cè)用戶的觸摸位置，接受觸摸位置信息后傳送至觸摸屏控制器；控制器的主要功能是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置接收到觸摸信息后將信息轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)并傳送給CPU，同時(shí)接收CPU發(fā)來(lái)的命令并加以執(zhí)行。觸摸屏作為一種人機(jī)交互界面，很大程度上減少了PLC 外部I/O點(diǎn)的使用，同時(shí)也便于運(yùn)行維護(hù)。

2 離線式變頻器測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)主要利用觸摸屏傳輸指令至PLC，通過(guò)控制變頻器的啟停和對(duì)變頻器頻率的調(diào)整，來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)接收變頻器的反饋頻率及運(yùn)行信號(hào)，并在系統(tǒng)主界面進(jìn)行相應(yīng)的畫(huà)面顯示[7]，從而實(shí)現(xiàn)變頻器離線測(cè)試、故障報(bào)警的功能。離線式變頻器測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1.

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.2 需求分析

離線式變頻器測(cè)試系統(tǒng)首先要求能夠?qū)崿F(xiàn)利用觸摸屏對(duì)變頻器進(jìn)行啟停及改變頻率操作，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、界面友好；其次要求系統(tǒng)能夠?qū)ψ冾l器故障進(jìn)行報(bào)警提示；除此之外還要求系統(tǒng)可通過(guò)觸摸屏和外部按鈕兩種控制方式控制變頻器、電機(jī)的運(yùn)行[8].

2.3 系統(tǒng)硬件

該系統(tǒng)采用PLC、觸摸屏和變頻器組合自動(dòng)化控制技術(shù)。系統(tǒng)硬件設(shè)備主要包括：西門(mén)子CPU226模塊、EM235模擬量模塊、ATV31施耐德變頻器、PWS6710 T-P觸摸屏、電源開(kāi)關(guān)、電動(dòng)機(jī)。

2.4 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具

軟件控制系統(tǒng)利用西門(mén)子S7-200、海泰克ADP6編程軟件編寫(xiě)程序。通信方式采用PC/PPI協(xié)議進(jìn)行通信。觸摸屏與PLC模塊使用專用電纜進(jìn)行連接，由通信電纜將觸摸屏按鍵指令加載至控制程序來(lái)執(zhí)行相應(yīng)操作。外部按鈕指令則是直接在PLC輸入端進(jìn)行加載用以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的指令操作[9].

3 離線式變頻器測(cè)試系統(tǒng)功能

3.1 系統(tǒng)主界面

變頻器測(cè)試系統(tǒng)主界面包括運(yùn)行指示、故障指示、啟動(dòng)/停止按鈕、頻率給定/反饋顯示、電流顯示等。運(yùn)行指示燈閃爍表示變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)，故障指示燈閃爍則表示變頻器處于故障狀態(tài)，啟動(dòng)按鈕用來(lái)控制變頻器的啟動(dòng)，停止按鈕用來(lái)控制變頻器的停止，頻率給定對(duì)話框用來(lái)設(shè)置變頻器的給定頻率，頻率反饋對(duì)話框用來(lái)顯示變頻器的運(yùn)行反饋頻率，電流反饋對(duì)話框用來(lái)顯示電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流。

3.2 系統(tǒng)功能

1) 變頻調(diào)速。通過(guò)觸摸屏上的頻率給定對(duì)話框輸入給定頻率，來(lái)調(diào)整變頻器的運(yùn)行頻率，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

2) 變頻器狀態(tài)監(jiān)測(cè)。當(dāng)被測(cè)試變頻器接入系統(tǒng)后，通過(guò)觸摸屏可以實(shí)時(shí)顯示變頻器的電流反饋值、頻率反饋值及變頻器的運(yùn)行狀態(tài)指示，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的測(cè)試和故障報(bào)警。

3) 按鈕控制變頻器啟停。除了通過(guò)觸摸屏控制變頻器的啟停外，還可通過(guò)變頻器測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)上的啟停按鈕控制變頻器的啟停。

3.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

與傳統(tǒng)變頻器在線測(cè)試相比變頻器離線測(cè)試具有以下特點(diǎn)：

1) 變頻器離線測(cè)試不需現(xiàn)場(chǎng)辦理設(shè)備停電手續(xù)，開(kāi)展變頻器拆卸、安裝等工序，只需將變頻器與測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行線路連接即可，測(cè)試流程簡(jiǎn)化，省時(shí)省工。

2) 離線式變頻器測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了變頻器狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障報(bào)警，可實(shí)時(shí)顯示變頻器運(yùn)行狀態(tài)和故障報(bào)警，便于工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除變頻器故障。

3) 提供觸摸屏控制和按鈕控制兩種變頻器啟停方式，提高了系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié) 語(yǔ)

高陽(yáng)煤礦選煤廠利用觸摸屏、PLC控制及變頻調(diào)速技術(shù)自主研發(fā)設(shè)計(jì)出離線式變頻器測(cè)試系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了變頻器的離線測(cè)試，為選煤廠簡(jiǎn)化變頻器測(cè)試流程，提高測(cè)試效率提供了解決方案。離線式變頻器測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用不僅減少了變頻器故障對(duì)生產(chǎn)的影響，而且提高了工作效率。該系統(tǒng)研發(fā)成本低、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單，可為其他選煤廠提供借鑒。