羅克韋爾 變頻器系列在宣偉涂料工廠中的應(yīng)
發(fā)布日期：2022-10-09 點擊率：76 品牌：羅克韋爾_Rockwell
一．引言 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電能的短缺問題越來越突出，節(jié)能也越來越受到人們的關(guān)注。由于變頻器具有顯著的節(jié)能效果和優(yōu)良的調(diào)速性能等優(yōu)點，因此在現(xiàn)代化的生產(chǎn)企業(yè)中用變頻器來驅(qū)動電動機(jī)應(yīng)用越來越廣泛。在宣偉涂料一期工程中，就大量使用了羅克韋爾公司A-B品牌的PowerFlex700的變頻器。
宣偉（Sherwin－Williams）涂料有限公司于1866年成立，具有一百多年的歷史，是美國最大的涂料生產(chǎn)商和供應(yīng)商，是世界500強(qiáng)企業(yè)之一。目前在中國設(shè)有兩家分廠，廣東東莞和上海嘉定。
上海慧橋電氣自動化有限公司是RockwellAutomation在華東地區(qū)全系列產(chǎn)品代理商。公司專業(yè)從事工業(yè)自動化產(chǎn)品的分銷和自動化系統(tǒng)工程集成。公司擁有一支高素質(zhì)、高效率的銷售和工程技術(shù)隊伍，為用戶提供先進(jìn)、可靠、實用的世界級的自動化產(chǎn)品和系統(tǒng)的解決方案。
二．工程系統(tǒng)概述
宣偉涂料FBCS控制系統(tǒng)PLC采用Rockwell公司SLC500系列PLC，共有一個機(jī)架和五個RemotI/O機(jī)架；主機(jī)架與從機(jī)架采用RemoteI/O通訊方式，用RemoteI/O電纜連接，共兩路；共有五個防爆控制柜和一個控制柜，防爆控制柜上均有一觸摸屏，每個觸摸屏均可運行RSViewMEStationRuntime對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行就地控制操作，每個觸摸屏與PLCCPU采用EthernetTCP/IP通訊方式，光纜連接；網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜一個，在涂料辦公室內(nèi)，柜內(nèi)共有3COM16口SwitchHub一個、光電轉(zhuǎn)換器六個，均為機(jī)架式裝配。
羅克韋爾變頻器在宣偉涂料工廠中的應(yīng)用
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A-B品牌的PowerFlex700變頻器具有優(yōu)良的調(diào)速性能和顯著的節(jié)能效果。控制方式有無速度矢量傳感器控制、轉(zhuǎn)矩直接控制和傳統(tǒng)的電壓/頻率控制。其中矢量控制采用了A-B獲專利的磁場定向控制方法，具有分開獨立控制電動機(jī)的磁場和轉(zhuǎn)矩，使得變頻器在零速時仍能產(chǎn)生滿轉(zhuǎn)矩。其性能可與直流調(diào)速相媲美。靈活的控制方法和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊能力使得PF700應(yīng)用在各種不同的領(lǐng)域和滿足苛刻的控制要求。
下圖是攪拌機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的組成圖：
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變頻器控制接線圖：
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變頻器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成圖：
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根據(jù)生產(chǎn)需要和要求，變頻器既可以在設(shè)備旁由操作工進(jìn)行現(xiàn)場控制，同時也可以通過網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)端監(jiān)控變頻器。如果采用ControlNet網(wǎng)，在PowerFlex700上加一塊ControlNet網(wǎng)卡就可以進(jìn)行實時的監(jiān)測和控制了。這樣的話，只要在辦公室就可以通過電腦查看到每一個變頻器的運行狀態(tài)。
三.系統(tǒng)功能及應(yīng)用
1．變頻器的安裝
羅克韋爾變頻器在宣偉涂料工廠中的應(yīng)用
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PF700變頻器采用柜內(nèi)安裝，安裝十分簡單，除了通常的三根電源線輸入，三根輸出以外，變頻器的接地也十分重要。由于電動機(jī)距離變頻器有一百多米，輸入和輸出側(cè)都安裝了電抗器用來濾波和抑制反射波電壓。
2．系統(tǒng)的調(diào)試
根據(jù)現(xiàn)場的實際要求，該工程中用了以下幾個功能：
(1).自動整定
調(diào)試的第一步就是把電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤的輸入到變頻器中，然后變頻器的微處理器就根據(jù)所輸入的電動機(jī)數(shù)據(jù)建立一個數(shù)學(xué)模型，為了使這個數(shù)學(xué)模型和實際的電動機(jī)的特性一一匹配，要進(jìn)行參數(shù)的整定。
異步電動機(jī)的矢量控制系統(tǒng)是基于轉(zhuǎn)子磁通保持不變的、用磁場定向方式以達(dá)到瞬時轉(zhuǎn)矩可控的高精度驅(qū)動系統(tǒng)。矢量控制的質(zhì)量依存于電動機(jī)參數(shù)的正確程度。通常，電動機(jī)參數(shù)是根據(jù)電動機(jī)空載、堵轉(zhuǎn)試驗的結(jié)果再用公式進(jìn)行計算求出。若把它們用于一般傳動的穩(wěn)態(tài)特性計算，可以認(rèn)為符合精度要求。但若用于矢量控制的高精度系統(tǒng)，尚須再運行中對參數(shù)進(jìn)行修正。實現(xiàn)矢量控制的前提是正確設(shè)定電動機(jī)等效電路的參數(shù)，亦即逆變器與電動機(jī)參數(shù)必須匹配成為一對一的整體。由于在運行中電動機(jī)溫升變化引起轉(zhuǎn)子電阻和時間常數(shù)變化，將影響磁場定向。因此，需要在運行中對系統(tǒng)的某幾個參數(shù)（如定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻、放大系數(shù)等）進(jìn)行自動偵測和調(diào)整。自動整定分為動態(tài)整定和靜態(tài)整定，區(qū)別是動態(tài)整定電動機(jī)是要旋轉(zhuǎn)的，而靜態(tài)整定是不旋轉(zhuǎn)的。
(2).網(wǎng)絡(luò)通訊與監(jiān)控
PF700變頻器具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊能力，可以應(yīng)用在各種不同的網(wǎng)絡(luò)上，如：ControlNet,DeviceNet,EtherNet/IP,RS485,RemoteI/O等。變頻器有各種網(wǎng)絡(luò)的適配卡，只要把網(wǎng)絡(luò)適配卡安裝在變頻器上，就可以輕松進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊和網(wǎng)絡(luò)控制，以及和PLC、上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊。上位機(jī)使用的是A-B的觸摸屏PanelView，使用ControlNet網(wǎng)絡(luò)來和PLC、上位機(jī)通訊。通過網(wǎng)絡(luò)，廠長就可以在辦公室輕松查看全廠設(shè)備的運行狀況。通過ContralNet網(wǎng)絡(luò)，工程師可以在辦公室實現(xiàn)對全廠變頻器的參數(shù)的監(jiān)測和控制，可以根據(jù)生產(chǎn)工藝的變化而方便調(diào)整變頻器的各項參數(shù)的設(shè)定。
(3).飛速啟動功能設(shè)置
在混合的化工原料中，有的是呈漿糊狀的，有的是呈液體狀的。如果是液體狀的，在高速旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)由于某種原因停止了，發(fā)現(xiàn)后會很快的又再次啟動，這時電動機(jī)還沒有完全停止旋轉(zhuǎn)，往往會發(fā)生過流故障而使變頻器無法啟動，為了避免這種情況的發(fā)生，我們使能了飛速啟動功能。
飛速啟動功能適用于將已經(jīng)旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)盡可能快地與變頻器連接，并繼續(xù)平穩(wěn)地工作，對負(fù)載或速度帶來盡可能小的影響。當(dāng)變頻器執(zhí)行一個常規(guī)的起動時，通常會從0Hz的初始啟動頻率按斜坡上升到一個指定的頻率。如果此時電動機(jī)有一定的旋轉(zhuǎn)速度，就會產(chǎn)生很大的電流，如果限流裝置的反應(yīng)不夠及時，將導(dǎo)致過流跳閘。變頻器啟動時，在旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)上有殘磁存在的話，過流跳閘的可能性就更大。即使限流裝置反應(yīng)足夠及時，能避免過流跳閘，結(jié)果也是將電動機(jī)減速到一個極慢的速度，再重新加速到設(shè)定的頻率。這樣的話在設(shè)備上會產(chǎn)生一個極大的機(jī)械沖擊力，潛在地增加停工和維修費用的可能。
用飛速啟動模式，變頻器接到啟動命令，開始識別電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使變頻器的初始輸出與旋轉(zhuǎn)的電機(jī)在頻率、幅度和相位上保持同步，然后在當(dāng)時的轉(zhuǎn)速下與電動機(jī)進(jìn)行電氣連接，然后平滑地加速到設(shè)定的頻率。這樣就避免了過流跳閘的可能，并極大地縮短了電動機(jī)到達(dá)設(shè)定頻率地時間。由于電動機(jī)是在自身的旋轉(zhuǎn)速度下與變頻器進(jìn)行平滑連接，然后按斜坡加速到指定的速度，在整個過程中幾乎沒有或很少產(chǎn)生機(jī)械沖擊。
（4）.過載保護(hù)
過載能力的高低直接影響到生產(chǎn)的連續(xù)性。一般來說，過載保護(hù)能力是衡量變頻器可靠性的一個重要指標(biāo)。過載能力的強(qiáng)弱與允許過載的時間和允許過載的百分比有關(guān)，呈反時限特征。PF700變頻器的間歇過載時間是：110％過載可持續(xù)1分鐘；150％過載可持續(xù)3秒。如果是重載應(yīng)用的話是150％的過載可持續(xù)1分鐘。電流限制的極限值可從20％～160％編程設(shè)定。由于有的化工原料混在一起后就成了呈漿糊狀，特別粘稠，在攪拌的過程中，阻力特別大，很容易過流，這時就要電流限制，否則就很容易燒馬達(dá)。
（5）.跳躍頻率
旋轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備自身具有機(jī)械諧振點，因此在調(diào)速的過程中必須要避開這些諧振頻率點，防止損害設(shè)備。PF700變頻器具有跳躍頻率或臨界避免頻率的功能，可以保證電動機(jī)不會持續(xù)運行在一個或多個具有損害性的諧振頻率。諧振頻率被編入跳躍頻率參數(shù)中，在這些頻率附近編一個帶寬，創(chuàng)建一個跳躍帶以避開引起共振的區(qū)域。變頻器提供了3個跳躍頻率來對付不同的諧振點。
正常的加速和減速是不會受這些跳躍頻率的影響的，因為驅(qū)動器的輸出將按斜線連續(xù)地穿越整個頻帶。當(dāng)要求地變頻器連續(xù)運行在建立的頻帶范圍內(nèi)時，變頻器會改變輸出頻率，保持在頻帶之外，直到給定新的速度命令。
（6）.S曲線
宣偉涂料攪拌機(jī)是通過電動機(jī)帶動傳送帶來使攪拌片旋轉(zhuǎn)起來的。為了防止啟動時的突加轉(zhuǎn)矩作用于傳送帶上，會導(dǎo)致皮帶飛脫和斷裂，使用S曲線功能來避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。
當(dāng)負(fù)載從穩(wěn)速變?yōu)榧铀倩驕p速時，這種過渡通常是瞬時的，反之亦然。這種現(xiàn)象如同在換檔的車上踩離合器。這種突然的動作會在機(jī)械上產(chǎn)生相當(dāng)大的沖擊力。在傳動帶驅(qū)動系統(tǒng)中，會造成傳動帶飛脫或斷裂。變頻器可以使用這個功能有效的控制這種突然變化和加速度的速率。
四．結(jié)束語
變頻器使用半年多來，工作穩(wěn)定，加上其完善的功能，高可靠性和卓越的控制性能，至今未出現(xiàn)任何問題，應(yīng)用十分成功，收到了良好的效果，客戶十分滿意。
