摘要：本文介紹西門子70矢量控制型變頻器在標準的PROFIBUS 網絡中應用。以及對該系統的通訊及傳動控制部分進行討論 關鍵詞：變頻器 PROFIBUS 通訊 一、概述： 在高爐煉鐵生產中，一般把按照品種、數量稱量好的爐料從地面的貯礦槽運送到爐頂的生產機械稱為高爐上料設備。料車主卷揚是上料系統的核心設備，其可靠性直接影響到生產效率及經濟效益。本文對西門子矢量控制型變頻器在該系統改造部分的應用，以及該系統的傳動控制部分進行討論。 二、系統組成： 1、機械部分構成 由一臺卷揚機拖動兩臺料車，料車位于軌道斜面上，工作過程中，當裝滿爐料的料車上升時，空料車下行，空車重量相當于一個平衡錘，平衡了重料車的自重。兩料車交替上料，即其中一臺料車載料上行，另一臺為空車下行，運行過程中電機始終處于負載狀態。 2、電氣部分構成 系統由一臺S7－400的PLC做主站，主令控制器用普通導線傳輸。西門子變頻器、卷揚低速軸同軸安裝絕對式編碼器通過PROFIBUS與主站進行數據傳送，通訊介質采用雙絞帶屏蔽的銅芯電纜。操作指令由WINCC人機界面發送到PLC。如圖（1） 3、系統工作原理： 圖2中：VVVF為西門子70變頻器，KM1為輸入接觸器，KM2為輸出接觸器，KM3為抱閘接觸器，M為卷揚電機，M1為液壓推動器。CBP2為變頻器通訊板。24V輔助電源用于當網側電壓中斷時，支持裝置的通訊功能和診斷功能。制動單元，制動電阻在電機制動或加/減速時把動能轉換成熱能。 工作原理：操作工發出料車1上行指令，上位機通過控制字發出開機及正轉命令，同時主給定值HSW給出變頻器的高速頻率45Hz，變頻器由0Hz開始提速， PLC控制開啟抱閘，料車上行，直到全速運行；隨著電機的轉動，主令控制器的K1閉合至PLC（如圖3），由PLC發出低速指令，同時主給定值HSW給出變頻器的低速頻率10Hz，電機以低速運行；當主令控制器的K3閉合時．說明料車已經達到終點，變器封鎖輸出，同時關閉機械抱閘，料車l送料完畢。料車2重復如上過程（主令點改變）。 三、系統通訊原理 1、通訊輸入 變頻器掛現場總線，通過網絡進行信息交換，對應 PROFIBUS總線形式，配用CBP2接口板。PLC的PPO類型設為4，其數據傳送特征為：變頻器接收1個控制字，5個設定字；發送2個狀態字，4個實際值設定字。 由于頻率是通過網絡設定，故具有通訊速率高，精度高、穩定可靠，接線簡單等優點。而在模擬量控制時，PLC輸出端經過一個數模轉換器，經過導線，進入輸入端（變頻器）又經過一個模數轉換器才能參與控制。兩個轉換器位數不同和導線損耗都可能造成一定誤差。而網絡通訊傳遞直接是數字量不需要轉換，沒有誤差，在傳輸過程中不會造成損耗，而且響應速度率也會很高。 2、通訊設定 西門子S7400作為主站，主卷揚變頻器做為從站。主要通訊信息有兩種：（1）浮點數主要為設定速度，實際電流，實際轉矩，實際頻率等；（2） 開關量主要是正/反轉、開機指令及運行狀態，和一些故障報警的指示等。 變頻器發送與接收的報文如圖（4）、圖（5）。 四、系統的保護： 1、在卷揚同軸安裝一只掛在PROFBUS DP網上的絕對式編碼器，上位PLC讀取編碼器的實時數據，通過計算設定為極限保護點，以防止主令控制器失靈時的最后保護，防止料車“沖頂”事故的發生。 2、編碼器另一個重要功能是測定料車的實時速度，通過主令控制器的配合，完成對料車的超速保護、低速檢查，反向保護。 2．1、超速保護：料車運行中，PLC根據編碼器測得的料車實際速度，全程監控料車不得超過最高速度，否則PLC輸出急停關閉變頻器、機械抱閘同時制動，并輸出報警。 2．2、反向保護：反向保護是當電機起動時起動力矩不能克服料車重力矩，形成重料車下滑。PLC根據編碼器測得的料車實際速度方向，判斷料車運行方向是否錯誤，從而起到保護作用。起動完后料車具有慣性，形成反向的可能性很小，但反向保護也是全程的。 2．3、低速檢查：當主令控制器的K2閉合時（圖3），PLC根據編碼器測得的料車實際速度，檢查變頻器是否已減速。若否，立即停止變頻輸出，抱閘制動。若是，繼續運行。 3、對于變頻器自身故障由PLC通過 PROFBUS DP網采集，當故障發生時，立即關閉機械抱閘，以防止料車下滑。 4、變頻器X9端子7/9輸出變頻準備好接點信號，故障時斷開輸入接觸器KM1，切斷變頻器電源。 五、過程中遇到的問題 1、變頻器選型： 考慮到冶金系統的設計特點，變頻器選配160kW，電機選配110kW。由于冶煉強度增加每車料加重，電機運行電流過大，發熱嚴重，后改為132KW 電機，才滿足生產要求。由于加/減速時有再生能量，故選配制動單元和制動電阻。 2、在空載調試階段： 由于機械減速箱傳動比偏小，調試初期高速時50HZ運行，料車速度太快，在做料車高速急停試驗時，鋼絲繩松馳致使料車出軌，故高速時改為45HZ。把第一次減速時主令控制點推后。但保證每車上料時間40S。 3、制動器的配合 當變頻器收到正轉(或反轉)指令后，為防止變頻器低頻起動力矩偏小，不足以克服裝料重車而下滑。變頻器通過狀態字將電機力矩反饋到上位機PLC。當電機力矩達設定值時，（力矩值設定按最重料車啟動時不下滑為準），且經過0.5秒延時后，PLC才打開抱閘，，隨著低段速的選通，電機處于爬行狀態，當PLC檢測到終點信號時，發出停車命令，變頻器封鎖輸出執行停止，同時關閉抱閘。如此控制抱閘既防止變頻器過流保護．又防止料車下滑． 六、技術性能及特點： 以上述方案改造的韶鋼煉鐵廠1號、2號、6號高爐主卷揚系統，自2002年3月投入運行以來，至今電氣部分未出一次故障，料車“沖頂”、“掛頂”事故也從未發生過，提高了生產效率，降低了設備維護、運行費用。西門子變頻器可靠性高，控制方便，尤其是低頻特性好值得在起重行業推廣應用。