北京市西门子代理经销商

  引言

      虽然变频器广泛应用于各行各业，但因其显示面板简单，且在对数据的处理、计算、保存等方面存在弱点，在一定程度上影响了变频器在复杂控制系统中的应用。不过，通讯技术与变频器相结合可以弥补这些缺点，可以利用plc与变频器之间的通讯功能实现远程控制，同时增强了变频器对数据处理，故障报警等方面的功能。

      本文以污水处理控制系统为例，介绍利用modbus通讯协议实现永宏plc控制3台变频器运行系统，使得电机转速、方向、转矩以及变频器运行参数等控制变得十分容易和精确。先前的控制是采用3台变频器分别控制3台牵引电机，其转速给定是由操作面板上的操作电位器的旋转给变频器一个0～10v的电流信号，这种方式缺点是:

（1）各变频器运行参数无法准确在运行中获得;

（2）控制电位器由于经常旋转操作频繁，使得故障率增高;

（3）由于变频器一般安装在控制柜中，较难得到其面板上的频率信息;

（4）改变其运行参数，需手动多次调试;

（5）自动化程度不高。因此，必需在控制方式上加以改进，采用plc控制，利用modbus通讯实现用plc控制和监控变频器的运行。

2  相关系统构成及配置

      系统采用闽台永宏股份电机有限公司的fbs-60mct型plc作为主控制器; 

      tvf2000系列变频器用于传动控制;hitech pws3261触摸屏用于人-机信息交换。相关系统构成框图如图1所示。在该系统中，plc的port 2和变频器构成modbus总线，通过plc控制3台变频器完成系统控制需要，实现对变频器的速度设定、运行状态监控及参数交换等。

3  modbus通讯协议

      modbus通讯协议，是一种串行的、非同步的主从通讯协议，网络中只有一个设备能够建立协议，其它的设备只能通过提供数据响应主机的查询，或根据查询做出相应的动作。modbus协议定义了主机查询的格式，其包括:主从机的编址方法（或广播），要求动作的功能代码，传输数据和错误校验等，或不能完成主机要求的动作，它将组织一个故障作为响应。modbus协议不需要特别的接口，典型的物理接口是rs-485。在modbus通讯网络中，一般提供中ascii和rtu两种通讯模式。

      本控制系统中，永宏plc支持modbus协议，可以灵活运用ascii和rtu两种通讯模式，tvf2000变频器支持modbus中的rtu通讯模式。

（1）QF11闭合，通过交—直流电源转换，提供24V电源分别供给“电压U/电流I”和“电流I/电流I”转换器。DCS系统画面上以0～**的信号，控制系统通过模拟输出卡FM151输出4～20mA电流信号，以及“电流I/电流I”转换器的转换为变频器提供适当的电流信号，作为变频器的模拟输入端（AM、AC）的输入。

    （2）变频器经过内部转换，其模拟量输出端（FM、AC）的输出信号通过“电压U/电流I”转换器变换成相应的4～20mA电流信号；通过DCS控制系统模拟输入卡FM148A在DCS系统画面上显示变频器的运行频率百分数（%），可对应计算频率值。目前DCS系统的组态软件功能已经十分强大，通过DCS程序组态，可直接在画面上显示变频器的运行频率。

    3. 变频器应用扩展

    通常为了生产安全，在变频器回路上均加一旁路接触器KM2；如果KM1或变频器本身发生故障时保证电动机仍能正常运行。也可通过变频器的外接频率给定端提供10V电源（A1，A3）和4～20mA电流信号（A1，A2），通过电压或电流信号的大小变化来控制变频器的频率变化。

    三、变频器常见故障的分析与处理

    造成变频器故障的原因不外乎外部干扰与内部本身故障。外因包括外部的电磁感应干扰，安装环境恶劣，电源出现缺相、低电压、停电的异常状况，以及雷击形成的感应雷电等。

    1. 过流故障（OC）

    过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等原因引起的。这时，一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已环，需要更换变频器。 

    如果无这些现象，可能是误报警，按复位键后重新运行，看是否还出现过流现象。

    2. 过载保护（OL）

    过载故障包括变频器过载和电动机过载。其可能是加速时间太短，直流制动量过大、电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等来解决。负载过重，所选的电动机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电动机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修。 

    此外，还可通过检查电动机温度是否正常，三相电压是否平衡：不平衡则检查变频器的输出，平衡则考虑变频器的U/f曲线设置不当或电动机参数设置有问题。

    3. 过热保护（OH）

    解决办法是通风。

    4. 过压故障（OU）

    变频器的过电压集中表现在直流母线的支流电压上。变频器出现过压故障，一般是雷雨天气，由于雷电串入变频器的电源中，使变频器直流侧的电压检测器动作而跳闸，在这种情况下，通常只须断开变频器电源1min左右，再合上电源，即可复位；另一种情况是变频器驱动大惯性负载，就出现过压现象，对于这种故障，一是将减速时间参数设置长些或增大制动电阻或增加制动单元；二是将变频器的停止方式设置为自由停车。 

    5. 其他故障

    参数设置类故障：一旦发生了参数设置类故障后，变频器都不能正常运行，一般可根据说明书进行修改参数。如果以上不行，能够把所有参数恢复出厂值，对于每一个公司的变频器其参数恢复方式也不相同。有一键恢复的，也有一步一步重新设置的。总的来说，越是先进的变频器，其恢复参数的功能越是方便快捷。

    此外还有欠电压（LU）、温度过高、硬件故障、通信故障等现象。

    四、结束语

    变频器的应用范围很广，虽然在实际使用过程中变频器故障率非常低，但是要想在生产中利用好、使用好变频器、熟悉变频器的结构原理、了解其常见故障。对技术人员特别是与之相关联的仪表自控人员，更有利于自控系统的设计与应用。在满足工艺的前提下，合理有效配置变频系统，才能使设备发挥更大的效率。