王甫江 金兵 劉勝軍

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1 ABB變頻器概述

1.1 ABB變頻器原理

ABB變頻器中包括輔助控制單元、進線單元、濾波單元、逆變器和供電單元，在工作中，會利用供電單元將三相交流電進行整流，獲得直流電，然后將直流電通過直流電母線傳送到各種逆變器中。逆變器和供電單元都是四象限運行，因此在工作過程中就實現(xiàn)了母線將電機發(fā)電狀態(tài)下產(chǎn)生的交流電進行逆變器共享，或者最后通過供電單元將電能返回電網(wǎng)。

1.2 ABB變頻控制技術(shù)的優(yōu)勢

（1）直接轉(zhuǎn)矩控制

使用直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)勢在控制的結(jié)構(gòu)比較簡單，在處理數(shù)據(jù)時，各種物理量應用也比較清晰，因此就增加了在變頻控制工作中的魯棒性。實際應用中，使用直接轉(zhuǎn)矩控制還能以比較快的速度做出響應，無論是動態(tài)控制和靜態(tài)控制都有比較明顯的優(yōu)勢。直接轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)是矢量控制，需要建立基于釘子的坐標系，會使用空間矢量對定子的磁場防線進行計算，并且可以通過分析定子的坐標實現(xiàn)對電動機磁鏈的計算。

（2）矢量控制

矢量控制的原理在于模仿直流電機控制異步電動機，會在控制過程中，進行轉(zhuǎn)子電流坐標的轉(zhuǎn)換，將其分解成勵磁、轉(zhuǎn)矩兩個數(shù)值。因此，使用該方法在控制過程中需要進行大量的運算，對控制系統(tǒng)的算例有很高的要求，保證坐標系轉(zhuǎn)換的計算結(jié)果精度，同時，復雜的控制方式也增加了結(jié)構(gòu)的復雜性。但是，在近年來計算機技術(shù)發(fā)展迅速的背景下，系統(tǒng)的運算速度在逐漸加快，并且也保證了控制的精度[1]。

2 ABB ACS 880標準變頻器的控制方式

2.1 變頻器控制方式特點

該變頻器采用了直接轉(zhuǎn)矩控制的方式，控制工作不需要有解碼器和測速機的反饋，就能夠精確控制轉(zhuǎn)矩和速度，對攪拌機、卷取機、風機等都能實現(xiàn)比較精確的控制。在控制系統(tǒng)中，逆變器將會對電機的磁通量和轉(zhuǎn)矩直接控制，在工作中，主要利用電機的電流、電壓作為自適應電極的模型輸入，利用每25微秒的測定值獲得轉(zhuǎn)矩和磁通量，然后會將兩個值根據(jù)設(shè)定值進行比較，結(jié)合情況確定逆變器開通的時機。

2.2 變頻器控制命令分析

對ACS880變頻器進行控制時，可以通過遠程控制、I/O端子口控制、拓展模塊控制，以及使用PC適配器和PC連接進行控制。為實現(xiàn)控制的全面性，就需要有兩套控制參數(shù)分別進行通訊方式和DI端子控制，除了要設(shè)置控制命令的切換方式，也要設(shè)置給定源的切換方式。如圖1所示。

2.3 ACS880拖動交流電機的通用控制方式

由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制的模式，因此控制的精度和電機的模型關(guān)系密切，所以在使用過程中，會先運行1分鐘左右來實現(xiàn)對數(shù)學模型的優(yōu)化。由于該變頻器能快速感知電機的運行狀況，使變頻器具備電機任何狀況下起動的能力，如果電動機的速度給定值和電機的速度都要比預設(shè)值低，變頻器就會對電機注入直流電壓，并終止電機運行。為實現(xiàn)制動功能，需要給變頻器加裝一個制動斬波器和制動電阻器，可以通過精準的控制實現(xiàn)電動機的快速停車，如果出現(xiàn)回路電壓高出極限電壓的情況，就會采用耗能制動的方式控制電機[2]。

圖1 變頻器的外部本地控制方式

3 ABB變頻器和S7-400通信分析

3.1 網(wǎng)絡(luò)配置

兩種設(shè)備都可以使用Profibus-DP協(xié)議的方式進行通信，對于ABB ACS 880變頻器，需要進行相關(guān)配置提升數(shù)據(jù)交換的速度，對于S7-400可以安裝補丁程序來獲得傳動產(chǎn)品列表。在整個網(wǎng)絡(luò)配置工作中，需要將S7-400作為主站，而ABB變頻器則作為從站。

兩者采用光纖進行連接，使用適配器模塊NPBA-1和ABB ACS 880通訊板的NDCO通道使用DDCS協(xié)議進行通訊，在通訊初始化工作中，需要先對適配器模塊和傳動裝置模塊進行初始化，包括設(shè)定協(xié)議、數(shù)據(jù)索引號、通訊超時、通信模型等數(shù)據(jù)。在該網(wǎng)絡(luò)的配置下，傳動裝置可以通過現(xiàn)場的總線來獲得各種信息。

4 結(jié)束語

使用ABB變頻器進行傳動控制，在控制精度和控制靈活性上非常高，而結(jié)合S7-400單片機，可以控制變頻器進行更為靈活的控制，最大幅度縮短變頻器的反應時間，以及指定合理的控制方式，實現(xiàn)對穿孔控制的優(yōu)化，滿足了響應速度快、加速效果好的要求。為了能實現(xiàn)更為靈活的控制，還需要增加對智能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的使用，優(yōu)化控制系統(tǒng)，使機組能穩(wěn)定安全地運行。