通用变频器的操作与控制剖析

2020年5月12日星期二,第8章通用变频器的操作与控制,8.1台达VFD-M系列变频器的操作与控制,8.2西门子MM440变频器的操作与控制,2020年5月12日星期二,8.2西门子MM440变频器的操作与控制,西门子自动化与驱动集团(A&D)是德国西门子股份公司中最大的集团之一。西门子自动化与驱动集团的自动化产品涉及工业自动化、运动控制系统、工业传动、低压开关柜、电气安装工程、过程仪表及分析仪表、软件系统等领域。西门子通用变频器产品包括标准变频器和大型变频器。MICROMASTER4系列变频器是西门子标准变频器中较为成熟的产品。MICROMASTER4系列标准变频器包括MICROMASTER440矢量型变频器、MICROMASTER430节能型变频器、MICROMASTER420基本型变频器和MICROMASTER410紧凑型变频器共4种型号。MICROMASTER4系列变频器采用模块化设计，使用极其灵活，适合用于多种领域。,2020年5月12日星期二,2020年5月12日星期二,MICROMASTER440（简称MM440）变频器是一种具有广泛用途的多功能标准变频器，它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出并具有良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，可适用于多种应用场合。MM440变频器是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列，本系列有多种型号供用户选用，恒定转矩(CT)控制方式额定功率范围从120W200kW，可变转矩(VT)控制方式可达到250kW。,8.2.1MM440变频器概述,2020年5月12日星期二,MM440变频器具有以下控制和保护功能：1）线性U/f控制，平方U/f控制，可编程多点设定U/f控制，无传感器磁通电流矢量控制，闭环矢量控制，闭环转矩控制，节能控制模式；2）标准参数结构，标准调试软件；3）数字量输入6个，模拟量输入2个，模拟量输出2个，继电器输出3个；4）独立I/O端子板，方便维护；5）采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接；6）内置PID控制器，参数自整定；7）集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP/Device-Net通讯模块；8）具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程；9）可实现主/从控制及力矩控制方式；10）在断电或故障时具有自动再起动功能；11）灵活的斜坡函数发生器，带有起始段和结束段的平滑特性；,2020年5月12日星期二,12）快速电流限制（FCL），防止运行中不应有的跳闸；13）有直流制动和复合制动方式提高制动性能；14）过载能力为200额定负载电流，持续时间3秒和150额定负载电流，持续时间60秒；15）过电压、欠电压保护；16）变频器、电机过热保护；17）接地故障保护，短路保护；18）闭锁电机保护，防止失速保护；19）采用PIN编号实现参数连锁。,2020年5月12日星期二,2020年5月12日星期二,8.2.2MM440变频器的电路结构,2020年5月12日星期二,8.2.3MM440变频器的电气安装,2020年5月12日星期二,8.2.4MM440变频器的可选件,1各种独立的可选件(1)基本操作板(BOP)和高级操作板(AOP)。(2)PROFIBUS模块(3)PC至变频器的连接件(4)PC至AOP的连接件(5)柜门上安装BOP/AOP的组合件(6)柜门上安装AOP的组合件(7)调试工具“Starter”和“DriveMonitor”软件,2020年5月12日星期二,2各种附属的可选件(1)EMC滤波器包括各种A级EMC滤波器和B级EMC滤波器。(2)线路换流电抗器模块(3)输出电抗器(4)密封盖板,2020年5月12日星期二,8.2.5MM440变频器的参数介绍,1MM440变频器的参数结构MM440有两种参数类型：以字母P开头的参数为用户可修改的参数；以字母r开头的参数表示本参数为只读参数。所有参数分成命令参数组（CDS），以及与电机、负载相关的驱动参数组（DDS）两大类。每个参数组又分为三组。默认状态下使用的当前参数组是第0组参数，即CDS0和DDS0。例如，P1000的第0组参数，在BOP上显示为，书本中常写作P1000.0、P10000、或者P1000in000等形式。本书中为了一致，均以P10000的形式表示P1000的第0组参数。,2020年5月12日星期二,图8-23MM440变频器的参数结构图,2020年5月12日星期二,命令参数组（CDS）由参数P0810和P0811作为切换命令源来选择三组中的一组参数，驱动参数组（DDS）由参数P0820和P0821作为切换命令源来选择三组中的一组参数。参数值切换真值表如表8-12所示。,表8-12参数值切换真值表,2020年5月12日星期二,2用户访问级P0003和参数过滤器P0004（1）用户访问级P0003参数P0003用于定义用户访问参数组的等级，对于大多数简单的运用对象，采用缺省设定值（标准模式）就可以满足要求了。参数P0003可能的设定值如下：P0003=0用户定义的参数表；P0003=1标准级：可以访问最经常使用的参数；P0003=2扩展级；允许扩展访问参数的范围；P0003=3专家级：只供专家使用；P0003=4维修级：只供授权的维修人员使用，具有密码保护。,2020年5月12日星期二,（2）参数过滤器P0004参数P0004的作用是按功能的要求筛选（过滤）出与该功能相关的参数，这样可以更方便地进行调试。参数过滤器P0004可能的设定值：P0004=0全部参数；P0004=2变频器参数；P0004=3电动机参数；P0004=4速度传感器；P0004=5工艺应用对象或装置；P0004=7命令、二进制I/O；P0004=8ADC（模数转换）和DAC（数模转换）；P0004=10设定值通道斜坡函数发生器；P0004=12驱动装置的特征；P0004=13电动机的控制；P0004=20通信；P0004=21报警警告监控；P0004=22工艺参量控制器(例如PID)。,2020年5月12日星期二,（3）P0003和P0004的使用参数过滤器P0004的设定值决定了访问参数的功能和类型，用户访问级P0003的设定值决定了由P0004限定的参数类型的访问等级。配合使用参数P0003和P0004可以快速找到需要访问和设置的参数。,2020年5月12日星期二,2020年5月12日星期二,1.基本操作板的使用,8.2.6MM440变频器的操作与控制,2020年5月12日星期二,表8-13参数修改操作步骤,2020年5月12日星期二,表8-14通过BOP控制变频器运行的操作步骤,2020年5月12日星期二,2参数复位操作参数复位，是将变频器的参数恢复到出厂时的参数默认值。使用基本操作板（BOP）和高级操作板（AOP）或通讯选件，可以将变频器的参数恢复为工厂缺省设置值，参数设置如下：（1）设置P0010=30。（2）设置P0970=1。复位过程约需3分钟才能完成。3快速调试快速调试指通过设置电机参数和变频器的命令源及频率给定源，从而达到简单快速运转电机的一种操作模式。,2020年5月12日星期二,4变频器外部端子功能设置（1）开关量输入功能,2020年5月12日星期二,（2）开关量输出功能,2020年5月12日星期二,（3）模拟量输入功能MM440变频器有两路模拟量输入，可以通过参数P0756（ADC类型）分别设置每个通道输入信号的类型。参数P07560对应于模拟输入1(ADC1),参数P07561对应于模拟输入2(ADC2)。,2020年5月12日星期二,5多段速运行多段速运行，也称作固定频率运行，就是在设置参数P1000=3（固定频率）的条件下，用开关量端子选择固定频率的组合，实现电机多段速度运行。（1）直接选择（P0701-P0706=15）在这种操作方式下，一个数字输入选择一个固定频率。数字输入与固定频率的对应关系如表8-19所示。（2）直接选择+ON命令（P0701-P0706=16）,2020年5月12日星期二,（3）二进制编码选择+ON命令（P0701-P0704=17）,2020年5月12日星期二,6停车和制动停车指的是将电机的转速降到零速的操作，在MM440变频器支持的停车方式包括OFF1、OFF2和OFF3共三种方式。三种停车方式工作原理如表8-21所示。,2020年5月12日星期二,为了缩短电机减速时间，可以在减速过程中加入制动，以使电机快速停止运转。MM440变频器支持两种制动方式：直流制动和能耗制动。直流制动和能耗制动的功能说明如表8-22所示。,2020年5月12日星期二,7矢量控制MM440变频器支持多种形式的矢量控制模式，矢量控制用在调速精度要求较高的场合。MM440变频器的矢量控制原理是：将测得的变频器实际输出电流按空间矢量的方式进行分解，形成转矩电流分量与磁通电流分量两个电流闭环，同时又可借助编码器或内置观测器模型来构成速度闭环，这种双闭环控制方式可以改善变频器的动态响应能力，减小滑差，保证系统速度稳定，确保低频时的转矩输出。为了得到电机的精确数学模型，以确保得到较为理想的矢量控制效果，必须进行电机优化操作，其优化步骤如下：,2020年5月12日星期二,2020年5月12日星期二,8通信控制MM440变频器本身具备RS485通讯端口，用户可根据USS协议通过西门子S7-200PLC控制变频器，也可以根据USS协议自行编制程序，对变频器而言无需增加任何硬件，即可构成一个控制系统。MM