1 引言
直流電氣傳動和交流電氣傳動在19世紀(jì)先后誕生。由于直流傳動易于實(shí)現(xiàn)調(diào)壓、調(diào)磁調(diào)速，并有成熟的控制理論和控制系統(tǒng)，可以滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展不斷提出的寬調(diào)速、高精度和快速響應(yīng)的要求，所以在20世紀(jì)的大部分年代里，高性能的調(diào)速系統(tǒng)都采用直流調(diào)速傳動，而約占電氣傳動總?cè)萘?0％的不變速電氣傳動則采用交流電氣傳動，這種分工在一段時(shí)間里已成為舉世公認(rèn)的格局。交流調(diào)速傳動的控制原理很早被確立，異步電機(jī)降電壓調(diào)速，繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速等雖已實(shí)用化，但在調(diào)速范圍、穩(wěn)定性、可靠性和維修性等方面有些不足，應(yīng)用范圍受到限制。1965年以后，由于電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，伴隨著新的控制理論的提出與完善，使交流調(diào)速傳動，尤其是性能優(yōu)異的變頻調(diào)速傳動得到飛速的發(fā)展。繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的串級調(diào)速，采用變頻器的無換向器電機(jī)調(diào)速，籠型異步電機(jī)的變頻調(diào)速等依次實(shí)用化，完成了以變頻調(diào)速為主流的交流調(diào)速傳動的基礎(chǔ)。現(xiàn)代矢量技術(shù)的應(yīng)用，使交流調(diào)速傳動也具備了直流調(diào)速傳動的高性能。直流電機(jī)的換向器是它的主要薄弱環(huán)節(jié)，它使直流電機(jī)的單機(jī)容量、過載能力、最高電壓和最高轉(zhuǎn)速等重要技術(shù)指標(biāo)受到限制，也給直流電機(jī)的制造和維護(hù)帶來了不少麻煩，這些缺點(diǎn)，在很大程度上限制了直流電機(jī)的應(yīng)用。交流變頻調(diào)速傳動中的籠型異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、轉(zhuǎn)動慣量小、動態(tài)性能好，其單機(jī)容量、電壓等級和最高轉(zhuǎn)速等技術(shù)指標(biāo)，均優(yōu)于直流電機(jī)。目前，高性能的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)已完全可以和直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，而且可以在直流電機(jī)無法應(yīng)用的場合使用。直流調(diào)速傳動一統(tǒng)天下的舊格局已被打破，用交流調(diào)速傳動取代直流調(diào)速傳動已成為可能。
2 龍門銑床直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行改造的必要性
我廠用于道岔加工的龍門銑床調(diào)速系統(tǒng)采用三相半控橋不可逆直流拖動，分為工作臺、左主軸和右主軸三個(gè)進(jìn)給方向。這臺機(jī)床的電控系統(tǒng)運(yùn)行已有十余年，直流調(diào)速插板已嚴(yán)重老化，加之插板之間的連線多，由導(dǎo)線虛接造成故障日漸增多，維修成本不斷上升。此臺龍門銑床的調(diào)速系統(tǒng)急待改造。
近年來，交流變頻調(diào)速傳動的發(fā)展日新月異，它的優(yōu)異的調(diào)速性能已能取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)。而且，隨著電子元器件的發(fā)展，變頻器的價(jià)格不斷降低，經(jīng)濟(jì)性價(jià)比，不斷上升，也給它的應(yīng)用提供了日益廣闊的市場。我們詳細(xì)分析比較了直流調(diào)速系統(tǒng)與交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，采用變頻器改造原調(diào)速系統(tǒng)，可帶來以下好處：
（1）簡化控制線路
變頻器的使用極為方便，可通過其外圍的少數(shù)幾個(gè)，控制端子進(jìn)行全范圍控制。變頻器內(nèi)部有完善的保護(hù)措施，無須在其外圍線路中設(shè)計(jì)各種保護(hù)電路。由于變頻器的正反向運(yùn)行是通過控制端子來改變逆變器的輸出相位來實(shí)現(xiàn)，因此可以比原直流調(diào)速系統(tǒng)少兩個(gè)大型直流接觸器。采用具有無速度傳感器的矢量控制變頻器后，還可以去掉用作轉(zhuǎn)速反饋的速度傳感器，使控制線路大為簡化。
（2）可以采用標(biāo)準(zhǔn)籠型異步電機(jī)
采用籠型異步電機(jī)可以充分發(fā)揮它堅(jiān)固耐用、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉的優(yōu)勢，避免直流電機(jī)定期更換、維護(hù)電刷和換向器的麻煩。
（3）調(diào)試方便
變頻器的各種運(yùn)行參數(shù)調(diào)試通過智能化鍵盤和顯示器來完成，設(shè)置方便，更改靈活，調(diào)試時(shí)間短。傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試涉及到觸發(fā)脈沖相位調(diào)整，放大板PI整定，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)試等多項(xiàng)參數(shù)的綜合統(tǒng)調(diào)，調(diào)試難度大，時(shí)間長，且不易達(dá)到最優(yōu)控制。
3 變頻器的選擇
變頻器的正確選用對于機(jī)械設(shè)備電控系統(tǒng)的正常運(yùn)行是至關(guān)重要的。選擇變頻器，首先要按照機(jī)械設(shè)備的類型、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動轉(zhuǎn)矩的要求，然后決定選用何種控制方式的變頻器最合適。所謂合適是在滿足機(jī)械設(shè)備的實(shí)際工藝生產(chǎn)要求和使用場合的前提下，實(shí)現(xiàn)變頻器應(yīng)用的最佳性價(jià)比。
3.1 機(jī)械設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性
人們在實(shí)踐中常將生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的不同，分為三大類型：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載和流體類負(fù)載。
（1）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載
在這類負(fù)載中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下TL總保持恒定或基本恒定，負(fù)載功率則隨著負(fù)載速度的增高而線形增加。傳送帶、攪拌機(jī)、擠壓機(jī)和機(jī)械設(shè)備的進(jìn)給機(jī)構(gòu)等摩擦類負(fù)載以及起重機(jī)、提升機(jī)、電梯等重力負(fù)載，都屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。
變頻器拖動恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時(shí)，低速時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且要有足夠的過載能力。如果需要在低速下長時(shí)穩(wěn)速運(yùn)行，應(yīng)該考慮標(biāo)準(zhǔn)籠型異步電動機(jī)的散熱能力，避免電動機(jī)溫升過高。
（2）恒功率負(fù)載
這類負(fù)載的特點(diǎn)是需求轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n大體成反比，但其乘積即功率卻近似保持不變。金屬切削機(jī)床的主軸和軋機(jī)、造紙機(jī)、薄膜生產(chǎn)線中的卷取機(jī)、開卷機(jī)等，都屬于恒功率負(fù)載。
負(fù)載的恒功率性質(zhì)應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的。當(dāng)速度很低時(shí)，受機(jī)械強(qiáng)度的限制，TL不可能無限增大，在低速下轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。負(fù)載的恒功率區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)對傳動方案的選擇有很大的影響。電動機(jī)在恒磁通調(diào)速時(shí)，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；而在弱磁調(diào)速時(shí)，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩與速度成反比，屬于恒功率調(diào)速。如果電動機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍與負(fù)載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率范圍相一致時(shí)，即所謂“匹配”的情況下，電動機(jī)的容量和變頻器的容量均最小。
（3）流體類負(fù)載
這類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。各種風(fēng)機(jī)、水泵和油泵，都屬于典型的流體類負(fù)載。
流體類負(fù)載通過變頻器調(diào)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，可以大幅度節(jié)約電能。由于流體類負(fù)載在高速時(shí)的需求功率增長過快，與負(fù)載轉(zhuǎn)速的三次方成正比，所以不應(yīng)使這類負(fù)載超工頻運(yùn)行。
3.2 變頻器的控制方式
現(xiàn)在市場上出售的變頻器種類繁多，功能也日益強(qiáng)大，變頻器的性能也越來越成為調(diào)速性能優(yōu)劣的決定因素，除了變頻器本身制造工藝的“先天”條件外，對變頻器采用什么樣的控制方式也是非常重要的。附表列出了近年來各種變頻器控制方式的性能特點(diǎn)。
綜上所述，異步電動機(jī)變頻控制選用不同的控制方法，就可得到不同性能特點(diǎn)的調(diào)速特性。
同時(shí)，調(diào)頻控制根據(jù)不同的控制方法，就可得到不同類型的機(jī)械特性。基頻以下恒磁通變頻調(diào)速控制方式，其機(jī)械特性屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，它適用于負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)，任伺轉(zhuǎn)速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩總保持恒定或基本恒定，負(fù)載功率則隨著負(fù)載速度的增高而線形增加的應(yīng)用場合，例如傳送帶、攪拌機(jī)、擠壓機(jī)和機(jī)械設(shè)備的進(jìn)給機(jī)構(gòu)等摩擦類負(fù)載以及起重機(jī)、提升機(jī)、電梯等重力負(fù)載等。基頻以上弱磁變頻調(diào)速控制方式，其機(jī)械特性屬于恒功率調(diào)速方式，適用于負(fù)載隨轉(zhuǎn)速升高而減小的應(yīng)用場合，例如機(jī)床主軸的傳動、卷揚(yáng)機(jī)等。
3.3 根據(jù)負(fù)載特性選取適當(dāng)控制方式的變頻器
這次改造的對象是9m龍門銑床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，工作臺進(jìn)給和左、右主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)均屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，它的轉(zhuǎn)矩速度特性如圖1所示。原來的直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D=50，要達(dá)到50：1的調(diào)速比就必須選用帶有矢量控制功能的高性能變頻器。
異步電機(jī)的矢量控制就是摸擬他勵(lì)直流電機(jī)的控制原理，首先經(jīng)過3/2坐標(biāo)變換將電機(jī)定子的輸人電流分解成產(chǎn)生磁通的電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量，分別進(jìn)行獨(dú)立瞬時(shí)的控制，經(jīng)過2／3坐標(biāo)變換，再將二者合成后轉(zhuǎn)換的三相定子電流供給電機(jī)。隨著控制理論得發(fā)展和數(shù)字信號處理器（DSP）的應(yīng)用，不用速度傳感器“只用異步電機(jī)三根線控制”即無速度傳感器矢量控制也實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。目前，市場上出售的無速度傳感器矢量控制變頻器的調(diào)速范圍可達(dá)到100：1。無速度傳感器矢量控制是通過轉(zhuǎn)矩電流的變化量的積分運(yùn)算來推算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，勢必會帶來推算的誤差。如果要求進(jìn)一步提高調(diào)速范圍和精度，就要選用帶速度傳感器的矢量控制。目前，市場上出售的帶速度傳感器矢量控制變頻器的調(diào)速范圍可達(dá)1000 ：1。
普通籠型電機(jī)安裝速度傳感器不但增加工藝難度，而且加大了技改成本。由于無速度傳感器矢量控制變頻器的主要技術(shù)指標(biāo)已能滿足原機(jī)床的設(shè)計(jì)要求，所以選擇了富士FRENIC5000G 11 S型低噪音、高性能、多功能變頻器，它的幾項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)如下：
（1）調(diào)速范圍：無速度傳感器矢量控制100：1；
（2）啟動力矩：0.5Hz時(shí)200%額定轉(zhuǎn)矩（動態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制）；
（3）頻率精度：最高輸出頻率的±0.2％以下。
由于G11S變頻器提供第1電機(jī)和第2電機(jī)切換功能，且第2電機(jī)也有類似第1電機(jī)的功能參數(shù)設(shè)置選項(xiàng)（動態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制），因此利用該功能將工作臺進(jìn)給電機(jī)設(shè)置為第1電機(jī)（動態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制模式），左、右主軸進(jìn)給電機(jī)設(shè)置為第2電機(jī)（動態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制模式）。變頻調(diào)速部分電氣原理圖如圖2所示。
4 變頻器及其周邊設(shè)備的容量計(jì)算
4.1 變頻器容量計(jì)算
在變頻器容量計(jì)算之前，要確定拖動負(fù)載的電動機(jī)容量。由于有原直流電機(jī)作依據(jù)，我們不必進(jìn)行詳細(xì)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算。由于工作臺進(jìn)給電機(jī)容量（11kW）大于左、右主軸進(jìn)給電機(jī)容量（均為1.5kW），所以變頻器容量的計(jì)算以工作臺進(jìn)給電機(jī)為依據(jù)。
工作臺進(jìn)給傳動交流電機(jī)參數(shù)為：型號，Y160M-4；功率，Pn=llkW；轉(zhuǎn)速，ne=1460r/min；額定電流，In=22．6A.
變頻器連續(xù)運(yùn)行的場合，其額定輸出電流：
（1）
式中：Ilnv為變頻器額定輸出電流，Imax為電動機(jī)實(shí)際最大電流。
根據(jù)現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)，工作臺進(jìn)給傳動電機(jī)的最大負(fù)載電流Imax≈26A，代人上式（1)則有：Ilnv ≥1.1×26=28.6A，即變頻器的額定輸出電流必須大于28.6A。查富士FRN-GI IS變頻器手冊，選擇FRN15G11S-4CX型，它的額定輸出電流為30A，滿足式（1）的要求。4.2再生能量的處理
當(dāng)采用變頻器傳動的工作臺進(jìn)給電機(jī)急減速時(shí)，異步電動機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)。變頻器逆變器中的六個(gè)回饋二極管將傳動機(jī)構(gòu)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到中間直流回路，并引起儲能電容兩端電壓升高。若不采取必要的措施，當(dāng)中間直流回路電容電壓升到保護(hù)極限值后變頻器將過電壓跳閘。
在高性能的工程型變頻器中，對連續(xù)再生能量的處理有以下兩種方案。
（1）動力制動
在中間直流回路設(shè)置電阻器，讓連續(xù)再生能量通過電阻器以發(fā)熱的形式消耗掉；
（2）采用再生整流器方式
將連續(xù)再生能量送回電網(wǎng)，這種方式稱為回饋制動。動力制動方式控制簡單、成本低，但節(jié)能效果不如回饋制動。回饋制動方式雖然節(jié)能效果好，能連續(xù)長時(shí)制動，但控制復(fù)雜、成本較高。
考慮到節(jié)省技改投資、提高設(shè)備的可維修性和可靠性，采用動力制動方式。關(guān)于各機(jī)構(gòu)采用動力制動方式后的元器件選用和計(jì)算，可參閱，限于篇幅，此不贅述。
按照制動單元和制動電阻選型、計(jì)算公式進(jìn)行換算，變頻器FRN15G11S-4CX配用1臺富士公司的BU3-220-4型制動單元和1臺DB15-4型制動電阻，其技術(shù)參數(shù)：最大制動轉(zhuǎn)矩150%，100%制動轉(zhuǎn)矩連續(xù)制動l0s，PBR=7.5kw，PRcont=0.375kW（100秒鐘工作周期）。
4.3 變頻器低速運(yùn)行時(shí)的特點(diǎn)及對策
常規(guī)設(shè)計(jì)的自冷式異步電機(jī)在額定工況下及規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，是不會超過額定溫升的，但處于變頻調(diào)速系統(tǒng)中，情況就有所不同。自冷式異步電機(jī)在20 Hz以下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子風(fēng)葉的冷卻能力下降，再如果在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載條件下長期運(yùn)行，勢必造成電機(jī)溫升增加，使調(diào)速系統(tǒng)的特性變壞。所以，當(dāng)自冷式異步電機(jī)在低頻運(yùn)行并且拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，必須采取強(qiáng)制冷卻措施，改善電機(jī)的散熱能力，保證變頻調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
5 PLC在變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
5.1 PLC硬件配置
這次改造中，PLC選用日本歐姆龍公司的模塊式C200H，CPU單元為CPU01-E，存儲器選4kB EEPROM，型號為ME431，兩個(gè)輸人單元均為16點(diǎn)的ID212，三個(gè)輸出單元分別為12點(diǎn)的OC222，8點(diǎn)的OC221，獨(dú)立接點(diǎn)8點(diǎn)的OC224。
5.2 變頻器控制部分的PLC程序設(shè)計(jì)
龍門銑床的工作臺進(jìn)給、左主軸進(jìn)給和右主軸進(jìn)給，通過切換變頻器輸出側(cè)的接觸器來實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。如果在變頻器正常輸出時(shí)切換輸出側(cè)的接觸器，將會在接觸器觸點(diǎn)斷開的瞬間產(chǎn)生很高的過電壓而極易損壞變頻器中的電子器件。因此，切換變頻器輸出側(cè)的接觸器一定要等到所控制的電機(jī)完全停止以后，才能完全切換。下面詳細(xì)分析如何用PLC程序來實(shí)現(xiàn)變頻器輸出側(cè)電機(jī)的完全切換。
首先分析變頻器輸出切換保護(hù)部分PLC程序，如圖3所示中所用的下降沿微分指令（DIED）。當(dāng)進(jìn)給方向選擇開關(guān)SA3從工作臺進(jìn)給切換到左主軸進(jìn)給時(shí)，0009由ON變成OFF，同時(shí)，0010由OFF變?yōu)镺N。此時(shí)，內(nèi)部輔助繼電器4500在一個(gè)掃描周期內(nèi)ON，而4501保持OFF狀態(tài)不變。如果在變頻器正常輸出的情況下，進(jìn)給方向選擇開關(guān)SA3切換，3個(gè)內(nèi)部輔助繼電器4500,4501和4502三中必定有一個(gè)掃描周期內(nèi)由OFF變?yōu)镺N，繼電器3007變?yōu)镺N并保持2s(TIM002的設(shè)定時(shí)間必須大于變頻器的制動時(shí)間）后變?yōu)镺FF。在SA3切換時(shí)，由于變頻器在正常輸出，則繼電器3100，3101中必有一個(gè)為ON，繼電器3008也為ON。在SA3切換的瞬間，由于繼電器3007，3008都為ON狀態(tài)，繼電器3012變?yōu)镺N，它切斷變頻器的輸出進(jìn)給信號，變頻器開始制動停止。在SA3切換信號消失2s后，此時(shí)變頻器已停止輸出，繼電器3007，3008由ON變?yōu)镺FF，出現(xiàn)下沿信號，繼電器4503在一個(gè)掃描周期內(nèi)ON，切斷變頻器輸出側(cè)的接觸器，使電機(jī)切換到所需的進(jìn)給方向。如果在變頻器停止輸出時(shí)，SA3切換，由于繼電器3008為OFF，繼電器3013會在SA3切換的瞬間在一個(gè)掃描周期內(nèi)ON，從而把變頻器輸出側(cè)的接觸器立即切換到所需的進(jìn)給方向。
變頻器出現(xiàn)異常時(shí)，通過它內(nèi)部的報(bào)警繼電器驅(qū)動控制柜上的報(bào)警指示燈HLl，使HL1連續(xù)閃爍，指示操作人員變頻器出現(xiàn)異常，必須立即停機(jī)檢修。變頻器報(bào)警延時(shí)0.5s后，切斷輸人側(cè)的接觸器KM2，使出現(xiàn)故障的變頻器脫離電源，以免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。
變頻器輸出切換保護(hù)部分的PLC程序，限于篇幅，此不贅述。
6 變頻器和PLC的安裝和接線
6.1 變頻器和PLC的安裝
變頻器和PLC的安裝度為-10℃至50℃。控制柜內(nèi)的發(fā)熱元器件有變壓器、接觸器、變壓器及其制動電阻等，為了降低這些大發(fā)熱量器件而致的柜內(nèi)溫升，可采用兩種方法。一是加大控制柜的尺寸，二是增加柜內(nèi)的換器風(fēng)量。方法一必造成控制電柜體笨重，增加金屬用料，不經(jīng)濟(jì)；方法二只增加一臺成本較低的換氣風(fēng)扇，較為經(jīng)濟(jì)。變頻器在控制柜內(nèi)安裝時(shí)，應(yīng)盡量靠近柜內(nèi)頂部的換氣扇，讓從電柜下部進(jìn)入的冷空氣全部通過熱源部分。
對此以數(shù)字電路為主構(gòu)成的PLC來說，工作靈敏度高，很容易受到各種外來電磁干擾，引起誤動作。目前市場上出售的變頻器多采用PWM控制，它的輸出電流中含有多種諧波，是強(qiáng)電磁干擾源。為了防止變頻器對PLC的干擾，PLC的安裝應(yīng)盡量遠(yuǎn)離變頻器，并且它們的安全保護(hù)接地，屏障接地均應(yīng)采取單點(diǎn)接地。
變頻器和PL C周圍的控制回路的接觸器，繼電器的線圈、觸點(diǎn)在開閉時(shí)，會因電流急劇變化而產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，有時(shí)會使變頻器和PLC的控制回路，外部沒有產(chǎn)生誤動作，需要在這種干擾源的線圈，觸點(diǎn)兩端加裝浪涌吸收電路。
變頻器和PLC安裝于高濕度的場所，常發(fā)生絕緣劣化和金屬部分腐蝕。如果受場所限制，不得已用于高濕度場所，必須加裝除濕裝置，防止變頻器和PLC停止工作時(shí)的結(jié)露。
在有振動的場所安裝時(shí)，在振源側(cè)需采取減少振動的措施，而在變頻器和PLC側(cè)加裝隔振器或防振橡膠。
6.2 變頻器和PLC的配線
（1）變頻器主回路
變頻器無速度傳感器矢量控制運(yùn)行要用電機(jī)的定子電阻，而數(shù)據(jù)的獲得是由變頻器的參數(shù)自檢測程序來完成的。如果按常規(guī)的導(dǎo)線發(fā)熱校驗(yàn)選擇電機(jī)的配線，必然在長距離供電時(shí)，把線路電陰加入到了參數(shù)自檢測出的定子電阻數(shù)據(jù)中，引起變頻器的控制精度下降，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。所以，變頻器輸出回路的導(dǎo)線應(yīng)在常規(guī)發(fā)熱校驗(yàn)的基礎(chǔ)上再加大1-2級截面等級。
（2）控制回路
變頻器和PLC的控制信號為微弱的電壓、電流信號，所以與主回路不同，對于變頻器的輸出回路是強(qiáng)電磁干擾源，因此，變頻器和PLC控制回路的配線不能與變頻器主回路配線在同一根鐵管或同一配線槽內(nèi)敷設(shè)。為了進(jìn)一步提高抗干擾效果，還應(yīng)采用1.0m2絕緣屏蔽導(dǎo)線。絕緣屏蔽導(dǎo)線的接地應(yīng)在變頻器和PLC側(cè)進(jìn)行單點(diǎn)接地，使用專用的接地端子，不與其它的接地端子共用。電磁感應(yīng)干擾的大小與電線的長度成比例，所以要盡可能地以最短的線路敷設(shè)。
7 系統(tǒng)調(diào)試
7.1 通電前的檢查
（1）變頻器外圍接線檢查
在變頻器外圍接線檢查中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：
·電源線應(yīng)與R、S、T端子連接，絕對不能連至U、V、W端子上；
·端子之間，外露導(dǎo)電部分有無短路、接地現(xiàn)象；
·接地端子必須良好接地；
·端子、連接器的螺釘是否緊固；
·電機(jī)是否與機(jī)械裝置安全脫離。
（2）PLC外圍接線檢查
變頻器控制系統(tǒng)PLC外圍接線檢查應(yīng)著重檢查以下幾個(gè)方面：
·PLC的220V供給電源接線是否正確；
·PLC輸入單元的＋24V電源接線是否正確，絕對不能混人220V強(qiáng)電；
·PLC輸出單元不能存在短路隱患；
·PLC輸出單元所帶負(fù)載的電源接線是否正確。
7.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)功能參數(shù)設(shè)置
變頻器在出廠時(shí)，所有的功能碼都已設(shè)置了。但是，龍門銑床調(diào)速系統(tǒng)的要求與工廠設(shè)定值不盡相同，所以，一些重要的功能參數(shù)需要重新設(shè)定。
（1）工作臺進(jìn)給電機(jī)Ml的功能參數(shù)設(shè)置
·加速時(shí)間1（功能碼F07)：1s；
·減速時(shí)間1（功能碼F08）：Is；
·電子熱繼電器1的OL設(shè)定值（功能碼F11）：23A；
·轉(zhuǎn)矩矢量控制1（功能碼F42）：1；
·Ml參數(shù)--極對數(shù)（功能碼POl）：4；
·容量（功能碼P02）：11kW；
·額定電流（功能碼P03）：22.6A；
·空載電流（功能碼P06）：4.2A。
在上述參數(shù)設(shè)定完后，將功能碼P04（電機(jī)參數(shù)自整定）設(shè)定為1，等大約5s，變頻器會自動測試工作臺進(jìn)給電機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)并保存。如果在測試中發(fā)生異常報(bào)警，請參閱變頻器用戶手冊予以解決。
(2）左、右主軸進(jìn)給電機(jī)M2的功能參數(shù)設(shè)置
·電子熱繼電器2的OL設(shè)定值（功能碼A07)：3.7A；
·轉(zhuǎn)矩矢量控制2（功能碼A09）：1；
·M2參數(shù)--極數(shù)（功能碼A10）：4；
·容量（功能碼All）：1.5kW；
·額定電流（功能碼A12）：3.7A；
·空載電流（功能碼A15）：1.4A。
在上述參數(shù)設(shè)定完后，將功能碼A13（電機(jī)參數(shù)自整定）設(shè)定為1，等大約5s，變頻器會自動測試工作臺進(jìn)給電機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)并保存。如果在測試中發(fā)生異常報(bào)警，請參閱變頻器用戶手冊予以解決。
(3)公用功能參數(shù)設(shè)置
·Xl端子功能選擇（功能碼E01）：9；外部報(bào)警，Xl端子串人變頻器外圍的制動單元和制動電陰的熱敏開關(guān)，當(dāng)它們發(fā)生故障時(shí)變頻器立即報(bào)警停止；
·X2端子功能選擇（功能碼E02）：12；電機(jī)2／電機(jī)1選擇；
·頻率設(shè)定1（功能碼FO1）：1；
·運(yùn)行操作（功能碼F02）：I。
(4)加、減速時(shí)間的設(shè)定
加減速時(shí)間可用計(jì)算的方法求得，如果實(shí)際計(jì)算有困難時(shí)，可采用以下方法。先將加減速時(shí)間設(shè)定成較大值，關(guān)掉失速電平功能，再逐次減小加減速時(shí)間設(shè)定值，以變頻器不發(fā)生報(bào)警時(shí)的設(shè)定值為最佳。即便是根據(jù)計(jì)算求得的設(shè)定值，也要利用變頻器的報(bào)警功能進(jìn)行最終確認(rèn)。變頻器加減速時(shí)間設(shè)定完后，失速電平功能要恢復(fù)成ON狀態(tài)。
7.3 PLC控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定
在變頻器最佳減速時(shí)間確定后，要重新設(shè)定圖3所示變頻器輸出切換保護(hù)部分PLC程序中的TIM002、TIM003的時(shí)間常數(shù)。這2個(gè)定時(shí)器的時(shí)間常數(shù)設(shè)定值相等，但必須大于變頻器的減速時(shí)間。
7.4 試運(yùn)行
變頻調(diào)速系統(tǒng)的功能參數(shù)設(shè)定完后，就可進(jìn)行系統(tǒng)試運(yùn)行。先用操作盤上的速度給定電位器設(shè)定大約5Hz的低頻，按下正、反轉(zhuǎn)按鈕，讓工作臺拖動電機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘。注意觀察電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向是否正確，轉(zhuǎn)速是否平穩(wěn)，溫升是否正常，加減速是否平滑等。再繼續(xù)在10、20、35、50Hz等頻率點(diǎn)試運(yùn)行。如果試運(yùn)行正常，變頻調(diào)速系統(tǒng)就可投人正式運(yùn)行。
8 結(jié)束語
本文詳細(xì)分析了變頻器的控制特性，提出了無速度傳感器矢量控制變頻器取代直流調(diào)速的可行性，給出了變頻器及其周邊設(shè)備的選型計(jì)算公式，并把PLC靈活引人變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。經(jīng)過兩年多的實(shí)際運(yùn)行證明，PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，不但線路大為簡化，而且各項(xiàng)調(diào)速性能達(dá)到原直流調(diào)速水平，再加上變頻器和PLC完善的故障診斷功能，使整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的可靠性、可維修性得到大幅度提高。
