吳 振

（河鋼股份有限公司承德分公司 河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067000）

西門子MM440變頻儀器的優(yōu)點包含功能強大、可靠程度高、收到信號響應(yīng)時間很短等，主要廣泛應(yīng)用在我國的化工業(yè)的生產(chǎn)、冶金還有印刷業(yè)等行業(yè)。在每個行業(yè)的生產(chǎn)領(lǐng)域中，電動機是需要多段速運行的，這些都是可以通過變頻儀器多段運行來實現(xiàn)的，所以對于電氣技術(shù)人員來說掌握西門子MM440 變頻器調(diào)速相關(guān)知識至關(guān)重要。

1 西門子系列變頻儀器的命令任務(wù)和頻率任務(wù)

在設(shè)置每一個項目的應(yīng)用參數(shù)數(shù)據(jù)時，一定要準確無誤地指定命令任務(wù)和頻率任務(wù)。系列頻器的命令任務(wù)主要是用來指揮變頻器的啟動、停止（1、2 和3）、反轉(zhuǎn)、點動等任務(wù)的來源，將會由參數(shù)p700 來指定任務(wù)。參數(shù)任務(wù)是來源于以下三種方式：bop 是外部數(shù)字量輸入。Uss 是協(xié)議命令。系列頻器的頻率源主要是用來專門指示變頻器輸出頻率值的出處，將會由參數(shù)p1000 來指定任務(wù)。它大體是由以下的五種或者其中兩種的疊加組合而來。mop（電動電位計）是外部模擬量輸入電壓（流），也是內(nèi)部設(shè)定的固定頻率。bop 面板的增加（減少）項按鍵。Uss 則是協(xié)議設(shè)定值。按照命令任務(wù)與頻率任務(wù)的排列組合規(guī)律辦法，系列頻器也就有了多種可行的控制方法，見下表。

表1 MM440 頻器的控制方法數(shù)據(jù)列表

2 國內(nèi)外相關(guān)研發(fā)項目的現(xiàn)狀

現(xiàn)在我國拖動方式大致有兩種：一種是交流拖動方式，我國提升機通常就是采用串電阻調(diào)速的交流拖動方式，使用改變轉(zhuǎn)差率s 的調(diào)速方法，調(diào)速的效率很低，耗能卻很高；一種是直流拖動方式，我國提升機控制系統(tǒng)中的兩種分系統(tǒng)主要就是采用直流拖動，從晶閘管到直流電動機系統(tǒng)和直流發(fā)電機再到直流電動機系統(tǒng)。在國外的主流拖動方式是從晶閘管到電動機直流低速直聯(lián)拖動系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的優(yōu)勢是：總體效率非常高，電能的消耗也比較少。單機的容量很大，適用范圍也比較寬廣。調(diào)節(jié)速度平滑，精度度高。非常安全可靠。節(jié)電方面表現(xiàn)顯眼。劣勢是：功率數(shù)據(jù)低。無功沖擊很大。交流變頻調(diào)速和機驅(qū)動提升系統(tǒng)達到同步。這一類系統(tǒng)的優(yōu)勢是：提升容量會很大。電機能夠可靠運行，減少運行的消耗。功率因數(shù)比較高的話，可以節(jié)省電能。系統(tǒng)可以在四象限平滑過渡和實現(xiàn)無級調(diào)速。同步機的價格相對也低，消耗不大。

3 企業(yè)提升機的基本構(gòu)成和工作方式

企業(yè)提升機的六個基本部分所構(gòu)成的，分別就為工作部分、制動部分、機械傳動部分、潤滑部分、觀測和操縱部分，自動保護部分。

（1）工作部分。工作部分主要就是由機械裝置儀器構(gòu)成的運行部件，主要包含有離合器還有主軸等等。這些機械部件共同合作，就可以完成提升機的主要動作指令。

（2）制動部分。制動部分主要分為兩個部分，分別為制動儀器和液壓裝置儀器。這個部分的主要作用就是保證提升機在工作過程中能夠正確停車，而且必須要滿足在機器發(fā)生故障時能及時停止運行，避免出現(xiàn)人員上的損傷。

（3）機械傳動部分。機械傳動部分主要分為兩個部分，分別就是減速儀器還有聯(lián)軸儀器，減速儀器的功能是把電機傳動的高速度轉(zhuǎn)化成為滾筒的速度；而聯(lián)軸儀器的主要功能是為了完成扭矩的傳遞任務(wù)。

（4）潤滑部分。提升機在工作的過程中只要各部件的聯(lián)動就會造成各種各樣的摩擦，而摩擦的產(chǎn)生就會對整個系統(tǒng)形成損傷，所以為了能夠減少摩擦，就要讓潤滑系統(tǒng)朝需要潤滑的地方傳遞過去潤滑油。

（5）觀測和操縱部分。觀測和操縱部分的組成可以分為兩個部分，分別為操縱臺和指示儀器，操縱臺就是工作人員日常工作的地方，在這個地方操作人員可以通過操縱臺上邊的按鍵等部件和提升機之間進行作用，按照程序完成工作人員想要執(zhí)行的命令。

（6）自動保護部分。提升機是一種機械電氣裝置儀器，只要是儀器在工作的過程中就避免不了出現(xiàn)各種各樣的故障，這種故障的出現(xiàn)是隨機的，不能夠預(yù)測到的。在這種突發(fā)性的故障發(fā)生的時候，如果不能夠及時處理或者及時的停止儀器設(shè)備的工作狀態(tài)，就會產(chǎn)生巨大的危險狀況，因此提升機必須擁有自動保護系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)故障的時候可以根據(jù)實際情況自動做出合理的保護措施，保證工作臺工作人員的安全。提升機的主要組成部分的工作機理是只有在各部分協(xié)調(diào)工作的基礎(chǔ)上才能滿足工程上的所有需要。

4 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

（1）PLC 處理器。本次設(shè)計方案采用的是西門子公司生產(chǎn)的型號是MM440 的PLC 處理器，在接收到多路旋轉(zhuǎn)編碼器信號時可以通過使用模擬拓展模塊，給液壓站提供兩個路線的模擬信號，然后實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和遠程通信的基本功能。

（2）變頻儀器?？刂葡到y(tǒng)的核心設(shè)備其實就是變頻儀器，它的工作原理就是對電動機供電壓的頻率進行有效的調(diào)節(jié)，然后實現(xiàn)對電機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，最終達到對電動機轉(zhuǎn)速的控制。

（3）安全保護階段。安全程序規(guī)定，企業(yè)提升機必須保證完備的保護環(huán)節(jié)，雙線制就是采用雙機熱備份或者是雙PLC 處理器冗余。目前常用的保護措施大致有以下幾種：超速過速方式、松繩方式、閘瓦磨損保護方式、過卷方式、欠壓方式、深度指示實效方式、測速部分實效方式等等。

（4）顯示單元閥門和可調(diào)閘門。顯示單元采用上位機工控制軟件系統(tǒng)來顯示。礦井提升機運行開始，PLC處理器模擬量輸出模塊輸出控制信號以后，由液壓站接收到信號并且根據(jù)此個輸出制動力矩，可以調(diào)節(jié)閘手柄的位置和制動力矩的大小是成正相關(guān)的關(guān)系。在需要安全制動的時候，緊急制動可以在0.6s時間內(nèi)迅速完成。所以，可調(diào)閘門是可以保證提升機運行安全的重要裝置儀器。

（5）檢測階段?？刂葡到y(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測行為可通過增量型旋轉(zhuǎn)編碼儀器完成，因為增量旋轉(zhuǎn)編碼儀器的輸出內(nèi)容是數(shù)字信號，所以可以直接送入PLC處理器進行變換標度，最終轉(zhuǎn)換成為電動機的轉(zhuǎn)速。加速度能夠通過計算采樣速率來計算，總的提升深度通過計算其累計值來計算?？刂葡到y(tǒng)的電流檢測方式可以直接使用變頻儀器自帶的電流保護措施來完成，也可以通過電流互感器進行操作，經(jīng)過信號調(diào)理之后，互感器檢測信號被傳入變頻儀器構(gòu)成電流環(huán)。在具體選擇何種方式方面要根據(jù)用戶實際需求來確定。

5 變頻儀器調(diào)速的辦法

變頻儀器的控制方法一般有正弦脈寬調(diào)制方法、電壓空間矢量方法、矢量控制方式、矩陣式交—交控制方式、直接轉(zhuǎn)矩控制方式等等，我們這里采用的是直接轉(zhuǎn)矩控制方式。就像矢量控制實現(xiàn)的閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制方式一樣，直接轉(zhuǎn)矩控制以定子坐標系的磁通和轉(zhuǎn)矩計算作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過逆變器輸出的電信號直接對電機的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速完成反饋控制。再由于這種控制方式只對轉(zhuǎn)矩進行控制，和其他參量并沒有什么實際關(guān)聯(lián)，通過控制時間響應(yīng)來規(guī)避超調(diào)的出現(xiàn)。通過這種方式改善電機低頻特性，運用控制程序設(shè)計規(guī)避變頻器在低速時輸出的扭矩不足，以免出現(xiàn)驅(qū)動設(shè)備在啟動和過載的過程中發(fā)生溜車現(xiàn)象。具體方面的控制，因為在電機變頻直驅(qū)控制系統(tǒng)中，定子電流、轉(zhuǎn)矩與磁鏈相關(guān)聯(lián)，所以通過預(yù)測定子電流可以確定所需要的轉(zhuǎn)矩、磁鏈等數(shù)據(jù)。具體就用一個采用周期作為單位，變化情況如下：

上式要結(jié)合實際的is(n)、us(n)、Ψs(n)數(shù)據(jù)來計算出一個周期時間內(nèi)定子電流的實際變化情況，因此對下一個周期的定子電流is(n+1)就可以展開預(yù)測如下：

同時在這種控制手段下，通過電機轉(zhuǎn)速的實時數(shù)據(jù)反饋來完成閉環(huán)調(diào)速。以反饋結(jié)果完成連同轉(zhuǎn)矩、磁鏈作為共同參照對電壓矢量進行選擇。

6 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，西門子變頻器在鋼鐵企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是西門子MM440 變頻器調(diào)速的控制方法，為鋼鐵企業(yè)帶來了操作快捷、可靠性高、耗能低等優(yōu)點。因此，作為鋼鐵企業(yè)電氣技術(shù)人員要不斷學(xué)習(xí)相關(guān)知識，更好地維護變頻器，確保其發(fā)揮更大的作用。