西門子CU4控制板

如果是老變頻器，也就是使用了一段時(shí)間以后的變頻器，往往是因?yàn)轱L(fēng)扇堵塞或者風(fēng)扇壞了引起的過熱報(bào)警，清潔一下風(fēng)扇上的垃圾或者更換掉風(fēng)扇就好了，

電子產(chǎn)品需要在一定環(huán)境溫度下工作

任何電子產(chǎn)品，都只能在一定的溫度范圍內(nèi)才可以正常工作，超出這個(gè)范圍，溫度太高或者太低，都無法持續(xù)運(yùn)行，這是由于電子元件的材料會(huì)發(fā)生變化，引起電子產(chǎn)品本身失去自身的功能。

變頻器也是一種電子產(chǎn)品，當(dāng)然也不能超溫度使用的，如果變頻器長期在高溫環(huán)境下運(yùn)行，除了性能不穩(wěn)定，縮短壽命外，有些甚至很快直接壞掉。

變頻器本身就有冷卻系統(tǒng)，常見的是變頻器上邊裝有冷氣風(fēng)扇，而模塊等大功率配件安裝在大型散熱片上，能有效地降溫。

一般變頻器設(shè)計(jì)的運(yùn)行環(huán)境溫度，往往是零下10°到零上50°，在工廠里邊，往往在不宜超過45°的工作環(huán)境中使用。廠家設(shè)計(jì)時(shí)候考慮到這些細(xì)節(jié)了，所以設(shè)計(jì)了溫度檢測裝置，當(dāng)變頻器內(nèi)部溫度高于一定門檻，就會(huì)直接讓CPU控制變頻器，讓它停止工作，避免溫度太高直接傷害到變頻器本身。

因此如果變頻器出現(xiàn)過熱自動(dòng)保護(hù)而停止工作，需要第一時(shí)間檢查環(huán)境溫度是否太高了，如果溫度太高了，是不宜長期使用變頻器的，需要考慮單獨(dú)設(shè)計(jì)獨(dú)立的降溫系統(tǒng)來保證變頻器的繼續(xù)使用。

負(fù)載過大，選型錯(cuò)誤或者安裝不正確

變頻器因?yàn)殡娏鞅容^大，發(fā)熱厲害，即使一些場合溫度沒有那么高，但是因?yàn)樨?fù)載功率過大，容易造成變頻器本體發(fā)熱而產(chǎn)生高溫觸發(fā)溫度保護(hù)機(jī)制。

有些頻繁啟動(dòng)停止的變頻器，長期工作時(shí)候發(fā)熱量比較大，除了考慮環(huán)境的通風(fēng)和冷卻以外，還要在選型的時(shí)候保證正確，需要選大一點(diǎn)容量，比如電機(jī)是22KW的，而變頻器需要選30KW的。

一些國產(chǎn)的牌子，雖然名義上變頻器的容量足夠，不排除因?yàn)橥倒p料，模塊的規(guī)格沒有設(shè)計(jì)合適，在負(fù)載比較重的場合，也應(yīng)該考慮放大一號(hào)來使用。

當(dāng)變頻器容量對(duì)比負(fù)載容量不足的時(shí)候，運(yùn)行一段時(shí)間后，不排除會(huì)出現(xiàn)過熱過流報(bào)警之類而停機(jī)，這種情況時(shí)候更換大一點(diǎn)的變頻器規(guī)格了。

變頻器安裝，需要直立安裝，這樣散熱風(fēng)機(jī)帶動(dòng)的氣流才可以順利把內(nèi)部的熱量及時(shí)散發(fā)出去。如果場合因?yàn)轶w積問題，無法這樣安裝，需要給變頻器單獨(dú)加散熱裝置。

多臺(tái)變頻器一起安裝在一個(gè)柜子里邊，也需要讓變頻器之間保留一定的距離，而變頻器的上部，要離開線槽等部件一定距離，這樣可以讓熱量順利散發(fā)，避免過熱停機(jī)。

變頻器內(nèi)部電路有問題

變頻器一般在底部安裝了熱敏電阻之類的元件，直接檢測散熱片的溫度，如果熱敏電阻老化了，或者壞掉了，會(huì)直接引起測量失誤，造成錯(cuò)誤停車報(bào)警。

而熱敏電阻需要經(jīng)過一些阻容或者運(yùn)放三極管之類的元件處理信號(hào)，再把信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)里邊進(jìn)行超溫判斷，如果這些電路老化或者損壞了，同樣會(huì)造成變頻器誤報(bào)警動(dòng)作停機(jī)。

大多數(shù)變頻器的還在散熱風(fēng)扇里邊設(shè)置了熱敏電阻，如果這個(gè)電阻壞了，或者是更換了不帶熱敏電阻的風(fēng)扇，并沒有及時(shí)屏蔽這個(gè)檢測電路，同樣會(huì)引起誤動(dòng)作。

在變頻器維修的過程中，變頻器故障報(bào)警提示，顯示現(xiàn)場電路電機(jī)沒有短路，檢查電機(jī)沒有問題，換上備用變頻器后正常工作。經(jīng)常遇到需要將變頻器的元器件一件一件的拆解下來，變頻器元器件的拆卸是一個(gè)突出的問題。

1. 弱電部分

弱電部分是高密度排布，由于元器件的體積小，在拆卸時(shí)稍不盡心，就會(huì)損壞線路板，造成嚴(yán)重后果。兩個(gè)引腳的元件可以用電烙鐵，三個(gè)以上引腳的器件用電。 烙鐵困難。貼片器件用熱風(fēng)機(jī)，多角雙排插腳。

2. 強(qiáng)電部分

強(qiáng)電部分的兩腳元件可以用電烙鐵，多腳器件、大功率模塊，拆卸困難。為了解決拆卸問題，可以用鋼鋸將模塊鋸掉，然后在電烙鐵將每個(gè)引腳拆下。

下面分享一個(gè)變頻器維修拆解的案例

圖一：正面照，幾塊板子，別的沒啥。

圖二：上面有個(gè)元器件壞了，有燒的痕跡

圖三：看到有模塊燒的痕跡

圖四：下面白色的模塊壞了

用萬用表測試了下，更換貼片電阻一個(gè)，更換模塊一個(gè)，花了400多，節(jié)約1200，按照一個(gè)維修成本算的。

本文分析了AB700S變頻器在升降大負(fù)載小車上的應(yīng)用，主要介紹為防止小車溜鉤、定位失控、墜落事故的發(fā)生而對(duì)編碼器的同步判斷、零速滿轉(zhuǎn)矩與抱閘的同步控制在PLC程序中的實(shí)現(xiàn)及變頻器一些重要參數(shù)的手動(dòng)設(shè)置,這些技術(shù)在類似的位能大負(fù)載設(shè)備的控制上可以得到廣泛的推廣與應(yīng)用。

衡陽鋼管有限公司Φ720分廠的芯棒循環(huán)小車，總負(fù)載60噸左右，最高行走速度1.5m/s ,定位精度±1mm , 最高升降速度0.3m/s ,定位精度±2mm ,分別由一臺(tái)250KW升降電機(jī)，一臺(tái)132KW行走電機(jī)，3臺(tái)55KW夾鉗電機(jī)來控制，均由AB700S變頻器驅(qū)動(dòng)。

它有11個(gè)工位，每個(gè)工位的行走與升降距離都不一樣，控制相當(dāng)復(fù)雜。而對(duì)于這樣的位能大負(fù)載不僅要求運(yùn)行平穩(wěn)、定位精確，保證其安全可靠，防止溜鉤與意外墜落事故也是尤為重要，否則后果不堪設(shè)想。

在調(diào)試、試生產(chǎn)過程中由于變頻器參數(shù)未得到優(yōu)化、PLC程序設(shè)計(jì)不合理及未采取恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施而使小車出現(xiàn)了溜鉤、定位失控與墜落事故。后來我們對(duì)變頻器進(jìn)行了手動(dòng)優(yōu)化，對(duì)程序進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)即編碼器的同步判斷、零速滿轉(zhuǎn)矩與抱閘的同步控制等，經(jīng)反復(fù)調(diào)試后，至今運(yùn)行效果良好。

1、設(shè)備結(jié)構(gòu)圖如下：

2、PLC程序的設(shè)計(jì)

2.1、絕對(duì)值編碼器與增量式編碼器同步的比較

控制原理，如圖2所示。

程序①②：DB100.DBD4為測量升降機(jī)構(gòu)升降距離的絕對(duì)值編碼器的值，ID804為電機(jī)尾部速度增量式編碼器的值（編碼器進(jìn)AB700S變頻器，通過 profibus與PLC通訊）由于程序編在循環(huán)中斷組織塊OB33中，故程序?qū)⒏鶕?jù)500MS的固有周期對(duì)兩個(gè)編碼器的值進(jìn)行采樣與計(jì)算。程序③：MD816的值除以100（雙整數(shù)除法）這是因?yàn)樵隽渴骄幋a器裝在電機(jī)尾部由于存在編碼器脈沖數(shù)、機(jī)械減速箱的問題故需將其換算與絕對(duì)值編碼器的值保持一致。程序④⑤：將MD820、MD804分別轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù)并取絕對(duì)值。程序⑥：將換算后的增量式編碼器的值與絕對(duì)值編碼器的值進(jìn)行比較，MD824大于MD828（絕對(duì)值編碼器丟脈沖）時(shí)則報(bào)升降編碼器計(jì)數(shù)錯(cuò)誤的故障通過程序立即將變頻器給零速并機(jī)械抱閘，只有查清故障并手動(dòng)將M606.5復(fù)位后才能再次工作。在試生產(chǎn)過程中幾次由于絕對(duì)值編碼器故障造成定位失控而撞壞設(shè)備，通過編制以上程序?qū)蓚€(gè)編碼器的值作比較可以判斷絕對(duì)值編碼器是否工作正常、與增量式編碼器同步與否等，有效地防止了升降小車溜鉤與定位失控事故的發(fā)生。

2.2、零速滿轉(zhuǎn)矩與抱閘的同步控制

一般的位能負(fù)載控制設(shè)計(jì)采用零速滿轉(zhuǎn)矩或抱閘單獨(dú)控制，但各有優(yōu)缺點(diǎn)，我們開始采用零速滿轉(zhuǎn)矩控制，在試生產(chǎn)過程中由于變頻器、編碼器、供電電源等外界因素的影響而造成小車墜落幾次。

我們分析：由于總負(fù)責(zé)有60噸左右，加速度、慣性很大，當(dāng)小車失控意外墜落過程中，抱閘總會(huì)有滯后而且無法抱住失控的升降小車，我們決定采取零速滿轉(zhuǎn)矩與抱閘同步控制，程序原理如下圖3所示：

參數(shù)說明：如圖3所示。

AB700S變頻器狀態(tài)字 L0.2-準(zhǔn)備就緒 L1.1-運(yùn)行 L1.7-故障 L0.5-零速 #Enable-變頻器使能（來自WICC畫面）#Fw-正轉(zhuǎn) #Bw-反轉(zhuǎn) #Valve_抱閘閥 #Control-變頻器控制字 #Speed_Out-給變頻器速度 #E_Stop-外部急停 M606.5為編碼器計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。

控制原理：如圖3所示。

程序①：在變頻器準(zhǔn)備就緒、沒運(yùn)行、無故障、無外部急停的情況下通過點(diǎn)擊WICC畫面#Enable將W#16#2控制字與“0”速度送給變頻器，這時(shí)變頻器建立磁場與轉(zhuǎn)矩（零速滿轉(zhuǎn)矩）。程序②：當(dāng)收到變頻器運(yùn)行信號(hào)(L1.1)1秒后,如果PLC有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)指令則打開抱閘(#Valve),確保打開抱閘前零速滿轉(zhuǎn)矩已建立； 當(dāng)PLC撤除正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)指令時(shí)只有收到變頻器零速信號(hào)(L0.5)后才關(guān)閉抱閘，確保關(guān)閉抱閘前小車處于靜止?fàn)顟B(tài)，防止抱閘磨損。程序③：當(dāng)撤除WICC畫面#Enable時(shí)，抱閘(#Valve)立即關(guān)閉并在5秒鐘后才給變頻器發(fā)W#16#1停止指令，確保抱閘關(guān)閉前變頻器處于零速滿轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，防止了溜鉤的發(fā)生。程序④：當(dāng)PLC無正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)指令或升降編碼器計(jì)數(shù)錯(cuò)誤故障時(shí)則將“0”速度送給變頻器。使變頻器處于零速滿轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，與抱閘一起控制來防止溜鉤、墜落事故的發(fā)生。3、變頻器參數(shù)的手動(dòng)設(shè)置

AB 700S是高性能的工程型變頻器，它提供了高性能的傳動(dòng)控制，有卓越的性能，我們將控制模式設(shè)為Field Oriented Control（磁場定向控制）簡稱FOC 是帶有電壓自調(diào)整的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制，能將定子電流分解成磁場電流和轉(zhuǎn)矩電流，因此雖然是交流電動(dòng)機(jī)的電流，也能夠作為直流量進(jìn)行控制，與輸出頻率無關(guān)，能夠更好的進(jìn)行高性能控制。

但當(dāng)我們將電機(jī)自優(yōu)化運(yùn)行后，帶上負(fù)載時(shí)（總重量60噸左右）出現(xiàn)溜鉤、定位失控現(xiàn)象，說明控制這樣的位能大負(fù)載需對(duì)變頻器的一些參數(shù)作手動(dòng)優(yōu)化，我們修改參數(shù)說明如下：

總慣量[Total Inertia] ：2→5 額定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩下，帶負(fù)載的電動(dòng)機(jī)從零速加速到基速時(shí)所用時(shí)間秒數(shù)。其目的是改善加減速和恒速運(yùn)行時(shí)的沖擊大負(fù)載的運(yùn)行特性；電源掉電模式[Power Loss Mode]：0→2 可選值0 使變頻器在掉電時(shí)間內(nèi)滑行而不提供電動(dòng)機(jī)電流，可選值2 使變頻器在掉電時(shí)間內(nèi)連續(xù)”正?！惫ぷ?，這樣可以防止溜鉤、墜落；電源掉電時(shí)間[Power Loss Time]：2s→0.1s 在檢測到故障之前，設(shè)置使電動(dòng)機(jī)維持在掉電模式下的時(shí)間。這樣可以縮短檢測掉電到報(bào)故障的時(shí)間，以便立即抱閘；電源掉電幅值[Power Loss Level]：22.1→46.6 設(shè)置母線電壓幅值，當(dāng)母線電壓低于該幅值時(shí)則變頻器報(bào)故障，程序控制立即抱閘；正向轉(zhuǎn)矩限幅[Torque Pos Limit]：2→8設(shè)置正向轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值的外部轉(zhuǎn)矩限幅；負(fù)向轉(zhuǎn)矩限幅[Torque Neg Limit]：-2→-8 設(shè)置負(fù)向轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值的外部轉(zhuǎn)矩限幅 ；再生功率限幅[Regen Power Lim]：-0.5→-8 ；母線低電壓組態(tài)[BusUndervoltCnfg]：1→3 組態(tài)變頻器對(duì)直流母線電壓下降到最小值以下時(shí)響應(yīng)。由原來的報(bào)警改為故障并且斜坡停車 ；速度調(diào)節(jié)帶寬[Spd Reg BW]：10→100 設(shè)置速度調(diào)節(jié)器的帶寬，單位為rad/S。小信號(hào)的時(shí)間響應(yīng)大約為1/帶寬，并且是到達(dá)設(shè)定點(diǎn)63%的時(shí)間值。改變該參數(shù)值將自動(dòng)更新速度調(diào)節(jié)比例系數(shù)P增益、積分系數(shù)I增益。這樣速度調(diào)節(jié)的比例系數(shù)與積分系數(shù)將自動(dòng)調(diào)整，加快了響應(yīng)速度。通過我們修改以上參數(shù)后，運(yùn)行時(shí)起、制動(dòng)平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，有效地防止了溜鉤、定位失控等現(xiàn)象。

4、實(shí)際速度、電流曲線圖

圖4是升降電機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際速度、電流曲線圖，紅色為速度曲線，黑色為電流曲線。

5、結(jié)束語

由以上圖4的實(shí)際速度、電流曲線可以看出:通過我們重新設(shè)計(jì)PLC程序、手動(dòng)修改變頻器參數(shù)后，設(shè)備運(yùn)行速度平穩(wěn)，準(zhǔn)確定位后零速滿轉(zhuǎn)矩與抱閘共同控制著60噸左右的位能大負(fù)載。這些技術(shù)的采用與創(chuàng)新能有效地防止溜鉤、定位失控、墜落事故的發(fā)生，運(yùn)行效果相當(dāng)理想。對(duì)變頻器、PLC控制的類似位能大負(fù)載升降小車有很好的借鑒作用。

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