徐宗友，熊 金

(重慶煙草工業(yè)公司涪陵分廠，重慶 400080)

一、變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)設(shè)計(jì)背景

自動(dòng)化生產(chǎn)線中，電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)裝置完成控制功能，變頻器則驅(qū)動(dòng)電機(jī)。當(dāng)機(jī)械傳動(dòng)裝置出現(xiàn)阻礙、卡滯等情況后負(fù)荷會(huì)急劇增大，此時(shí)電機(jī)電流會(huì)同步增大，變頻器驅(qū)動(dòng)電流也隨之增大，當(dāng)電流超過變頻器設(shè)定值后，就會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)停機(jī)，從而影響生產(chǎn)。減輕機(jī)械負(fù)荷就能降低電流，避免自動(dòng)保護(hù)，使設(shè)備長期正常運(yùn)行。在實(shí)際流水作業(yè)生產(chǎn)中，采用均衡物料、短時(shí)停料供給、反轉(zhuǎn)疏通供給等方法均能減輕機(jī)械負(fù)荷，使設(shè)備正常運(yùn)行。反轉(zhuǎn)疏通供給法從自動(dòng)化控制角度上分析更容易實(shí)現(xiàn)。

(一)反轉(zhuǎn)技術(shù)概述

變頻器反轉(zhuǎn)技術(shù)，就是為實(shí)現(xiàn)某些特殊功能，通過變頻器對(duì)運(yùn)行中電機(jī)進(jìn)行反方向控制的一種技術(shù)方法。

(二)常用反轉(zhuǎn)方法類型

常用反轉(zhuǎn)技術(shù)方法有:外接控制線改變變頻器輸出交變磁場(chǎng)，達(dá)到使工作中電機(jī)反方向旋轉(zhuǎn);總線連接PLC，通過編程改變變頻器輸出交變磁場(chǎng)，達(dá)到反轉(zhuǎn)目的。

1)變頻器外接控制線實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。以VLTAutomationDriveVLT2800為例，首先在變頻器內(nèi)設(shè)置相關(guān)參數(shù)，本例中需設(shè)置參數(shù)200、302、303等參數(shù)，以使變頻器能夠雙向運(yùn)行，且參數(shù)設(shè)置允許變頻器反轉(zhuǎn)，再使變頻器接線端子12、18或12、19根據(jù)不同條件接通，實(shí)現(xiàn)電機(jī)反向運(yùn)行。如圖1。

圖1為變頻器外接硬線圖，一旦某一條件滿足，電機(jī)將向某一方向運(yùn)行，在另一條件滿足時(shí)，電機(jī)向反方向運(yùn)行，當(dāng)然兩條件之間是有互鎖的。

圖1 變頻器外接控制線實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)

2)變頻器接入總線，通過改變變頻器控制字實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)控制。將控制電機(jī)運(yùn)行的變頻器通過總線接入PLC，在PLC程序內(nèi)作軟硬件配置，經(jīng)過程序的編寫，修改變頻器控制字，使變頻器輸出交變磁方向改變，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。如圖2。

圖2 VLT2800硬件通過總線接入PLC

圖2是將VLTAutomationDriveVLT2800硬件通過總線接入PLC，使其成為CPU的一個(gè)子站，利用編寫的程序，通過總線訪問變頻器或?qū)ψ冾l器進(jìn)行控制。

圖3 在S7軟件上編寫程序控制變頻器

圖3是在配置好硬件后，通過在S7軟件上編寫程序，控制變頻器的啟停及正反轉(zhuǎn)控制，實(shí)現(xiàn)變頻器反轉(zhuǎn)功能。

(三)常用反轉(zhuǎn)方法在反轉(zhuǎn)降負(fù)荷功能上的不足

常用反轉(zhuǎn)法無法根據(jù)機(jī)械負(fù)荷的變化而實(shí)時(shí)改變變頻器的輸出交變磁場(chǎng)，因?yàn)樵诔Ｒ娍刂葡到y(tǒng)中，常用反轉(zhuǎn)法均是直接控制電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)設(shè)備運(yùn)行，并沒有將機(jī)械負(fù)荷的變化情況作為反饋值參與變頻器的控制，檢測(cè)機(jī)械負(fù)荷的輔助設(shè)備復(fù)雜，并需要專業(yè)的儀器才能檢測(cè)出負(fù)荷情況，且不準(zhǔn)確，還需額外投入檢測(cè)設(shè)備，因此常用的反轉(zhuǎn)控制法無法及時(shí)、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)機(jī)械負(fù)荷增大時(shí)的反轉(zhuǎn)降負(fù)荷功能要求。

二、變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)的設(shè)計(jì)思路

在流水線控制系統(tǒng)中，常用反轉(zhuǎn)法無法滿足機(jī)械負(fù)荷變化時(shí)反轉(zhuǎn)降負(fù)荷功能要求，變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

當(dāng)電機(jī)在正常運(yùn)行中，工作電流是穩(wěn)定的，但是一旦出現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)阻礙或卡滯等現(xiàn)象，電機(jī)負(fù)荷將會(huì)增大，工作電流必然相應(yīng)增大，變頻器作為電機(jī)的控制器件，其電流也會(huì)隨之變化，通過判斷電流值，并采用控制程序手段就可及時(shí)、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)機(jī)械負(fù)荷增大時(shí)的反轉(zhuǎn)降負(fù)荷功能設(shè)計(jì)。

三、變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法

(一)實(shí)現(xiàn)前提

1)首先要有能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)功能的驅(qū)動(dòng)方式。

2)其次要有能檢測(cè)出電機(jī)運(yùn)行時(shí)工作電流的元件。

3)最后還要有能夠判斷電流高低的工具或軟件。

在具備以上幾個(gè)條件后采用帶總線具有反轉(zhuǎn)功能的變頻器，通過程序設(shè)計(jì)與參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)。

(二)具體實(shí)現(xiàn)方式

1)選擇帶總線的變頻器，變頻器由于能夠檢測(cè)許多參數(shù)，通過總線就能夠訪問到電流信息。實(shí)現(xiàn)方案中采用VLTAutomationDriveFC300變頻器，該變頻器帶總線具有反轉(zhuǎn)功能，且實(shí)現(xiàn)方法簡單，只需在VLTAutomationDrive FC300變頻器中設(shè)置相關(guān)參數(shù)，PLC程序就能直接讀取電流等工作參數(shù)。其他的變頻器也具有檢測(cè)電機(jī)工作電流等參數(shù)的功能，但是在PLC讀取這些參數(shù)時(shí)需要調(diào)用SFC14、SFC15功能塊，調(diào)用程序編輯復(fù)雜。

2)將VLTAutomationDriveFC300變頻器接入總線，設(shè)置變頻器相關(guān)參數(shù)，在PLC中配置好硬件連接，并設(shè)置好輸入輸出地址［1］。如圖4。

圖4 FC300變頻器接入總線

3)編寫變頻器運(yùn)行程序。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行條件滿足時(shí)，正轉(zhuǎn)啟動(dòng)位寫入變頻器控制字，電機(jī)以常規(guī)方式啟動(dòng)并運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)電流大于正常工作電流時(shí)，說明機(jī)械傳動(dòng)負(fù)荷增大，編寫比較指令，工作電流大于某個(gè)值一定時(shí)間后，本例為5.0A，反轉(zhuǎn)啟動(dòng)位寫入變頻器控制字，使電機(jī)反方向運(yùn)行，減少物料輸送或是反向物料輸送，進(jìn)而降低機(jī)械負(fù)荷，當(dāng)機(jī)械傳動(dòng)負(fù)荷降低后，電機(jī)工作電流回到正常電流時(shí)，電機(jī)再次按正常方向運(yùn)行。整個(gè)過程連續(xù)，持續(xù)時(shí)間短且不會(huì)導(dǎo)致斷料問題，更是避免了機(jī)械負(fù)荷過大導(dǎo)致的變頻器自動(dòng)保護(hù)問題。如圖5。

四、變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)的運(yùn)用

變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)在車間中的運(yùn)用較多，實(shí)用于旋鼓、耙輥等低速小功率控制設(shè)備。

(一)旋鼓設(shè)備的運(yùn)用

SF145旋鼓式加絲機(jī)型由于煙絲有時(shí)會(huì)增多，使旋鼓在旋轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)被煙絲堵塞，卡滯旋鼓，造成變頻器自動(dòng)保護(hù)。操作工需將旋鼓加絲機(jī)反轉(zhuǎn)以清除堵塞的煙絲，然后才能重新啟動(dòng)設(shè)備，耙時(shí)費(fèi)力且不安全。硬件改造，將原有系統(tǒng)設(shè)計(jì)為VLTAutomationDriveFC300變頻器，并設(shè)置好變頻器相關(guān)參數(shù)，組態(tài)硬件，下載硬件到PLC。編寫旋鼓運(yùn)行中，超過某電流設(shè)定值反轉(zhuǎn)電機(jī)技術(shù)程序，當(dāng)旋鼓遇煙絲卡阻鼓輪，工作電流增大到電流設(shè)定值一定時(shí)間后，電機(jī)反方向運(yùn)行，以疏通鼓輪內(nèi)卡阻的煙絲，煙絲疏通后，電機(jī)以正常工作電流運(yùn)行，反轉(zhuǎn)命令停止，鼓輪又以正常方向工作，煙絲得以連續(xù)運(yùn)行，提升了工作效率，也避免了人為清除煙絲的安全隱患。

圖5 編寫變頻器運(yùn)行程序

(二)耙輥設(shè)備的運(yùn)用

耙輥設(shè)備多用于喂料機(jī)內(nèi)，其主要作用是疏散煙葉(煙絲)。當(dāng)煙葉(煙絲)較多，有可能卡滯耙輥，耙輥電機(jī)工作電流急劇上升，造成變頻器自動(dòng)保護(hù)。工作人員需進(jìn)入喂料機(jī)內(nèi)人為清理被卡阻的煙葉(煙絲)，不易清除且不安全。與旋鼓設(shè)備相似，進(jìn)行了相應(yīng)軟硬件改造，但不同的是檢測(cè)耙輥電機(jī)電流，用于控制給耙輥輸送煙葉(煙絲)的上游設(shè)備底帶。當(dāng)耙輥正常工作時(shí)，底帶以正常方向給耙輥輸送煙葉(煙絲)，當(dāng)煙葉(煙絲)過多時(shí)，增加了耙輥工作負(fù)荷，耙輥電機(jī)工作電流相應(yīng)增大，當(dāng)電流增加到一定值時(shí)，耙輥受力增大，通過比較指令啟動(dòng)輸送底帶反轉(zhuǎn)控制命令，使其反方向運(yùn)轉(zhuǎn)，使煙葉(煙絲)不再卡阻耙輥，耙輥工作電流相應(yīng)減小到正常范圍。底帶反轉(zhuǎn)命令中止，重新啟動(dòng)正轉(zhuǎn)指令，繼續(xù)給耙輥輸送煙葉(煙絲)。這樣煙葉(煙絲)以不間斷的方式繼續(xù)前進(jìn)，提升了工作效率，且避免了安全隱患。

五、變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)的前景

變頻器現(xiàn)在越來越普及，隨著變頻器的廣泛使用，變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)必將得到更大的推廣。

1)電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)能運(yùn)用于所有變頻器，因?yàn)樽冾l器都具有工作電流檢測(cè)功能。另外不管變頻器是否具有PLC讀配置參數(shù)功能，都能通過在PLC中編寫特殊功能塊SFC14、SFC15讀寫變頻參數(shù)，從而在程序內(nèi)讀出變頻器所帶電機(jī)工作電流。再經(jīng)過程序比較指令，依據(jù)電流大小，判斷是否反向控制。

2)變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)適用范圍廣，它能運(yùn)用于所有需要進(jìn)行電機(jī)反轉(zhuǎn)的地方。如以上兩例中旋豉類和耙釘類設(shè)備，在工作中可能經(jīng)常出現(xiàn)卡阻的地方;以及其他皮帶機(jī)、輸送機(jī)等可能出現(xiàn)堵塞需要反轉(zhuǎn)的設(shè)備上，適用范圍相當(dāng)廣泛。

3)考慮將變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)所需軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行功能塊設(shè)計(jì)，如有需要進(jìn)行反轉(zhuǎn)的改造，只需對(duì)硬件進(jìn)行改造后，直接調(diào)用此功能塊，大大減少了變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)的難度，對(duì)應(yīng)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用將得到極大的提升。

六、結(jié)論

通過變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)的設(shè)計(jì)，以及對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，能夠大大提高工作效率，還能減少或避免安全隱患。此項(xiàng)技術(shù)適用范圍廣，應(yīng)用設(shè)備多，再經(jīng)過功能塊設(shè)計(jì)后，能夠較容易地加以駕馭和掌握，使變頻器電流控制反轉(zhuǎn)技術(shù)能夠得到更加廣泛的應(yīng)用。

［1］廖常初.跟我動(dòng)手學(xué)S7－300/400PLC［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.