西門子SIMOVERT MASTERDRIVES變頻器在制造業中的應用

潘艷輝

(河南國控宇飛電子玻璃有限公司，鄭州 450016)

引言

伴隨著近些年先進制造技術和信息化技術的不斷涌現，制造業的發展模式發生了較大的變化，出現了所謂現代制造業，最重要的表現是對作為制造工藝基礎的生產設備和生產過程的自動化和智能化提出了更高的要求。西門子的SIMOVERT MASTERDRIVE變頻器是一種模塊化的單元系列，有極高的動態性能，能精確的滿足每一種工藝需求，為制造業從傳統走向現代提供了可靠的自動化技術。

1 系統構成

西門子SIMOVERT MASTERDRIVES是具有IGBT逆變器、全數字技術的有電壓中間回路變頻器，能為制造行業所有應用場合提供高性能和最經濟的解決方案。SIMOVERT MASTERDRIVES變頻器由整流/回饋單元（Active Front End）、逆變器、過電流保護裝置（Overcurrent Protector OCP）、制動單元和電子板選件等構成。

整流/回饋單元（Active Front End）也稱為主動前端式直流電壓源，與傳統的二極管或是可控硅被動式的整流技術相比，它具有很多的主動控制功能，不僅能不受電網電壓波動的影響，而且還能有效去除高次諧波提高功率因數。它的核心部件是一個帶有閉環控制板CUSA的逆變器，它將交流電壓變為直流電壓后，這個直流電壓能快速的給交流側疊加一個矢量控制，這個矢量控制不僅能使功率因數變的可調，還能補償無功功率使得變頻器在電網電壓波動時免受其害。

逆變器是由先進的IGBT組成，采用模塊化設計，技術先進，系統效能高，并且有統一的布局，即使是元件的尺寸不同，也可將其任意的并列組合，大大節省了空間。過電流保護裝置（Overcurrent Protector OCP）是用于保護整流/回饋單元，將兩者連接在一起，它在電網電壓瞬時跌落而導致逆變顛覆時通過IGBT使中間回路電流下降來避免熔斷器的燒壞。其他的系統元件如制動電阻、通訊板、進線電抗器、無線電干擾抑制濾波器等使得變頻器與相關的傳動系統更好的結合在一起，成為制造業完美的解決方案。

2 開環和閉環控制功能

SIMOVERT MASTERDRIVES變頻器有兩種基本的控制形式：一是通過v/f特性曲線的頻率控制，這種控制方式是以輸出電壓和頻率為線性比例來控制電機，可以通過轉速實際值發送器來完成閉環控制，具有滑差補償，但在低頻的時候變頻器輸出電流較小，沒有辦法實現精確的速度要求，因此頻率控制適用于簡單的應用場合。二是矢量控制，它能夠精確的控制轉矩和磁通的電流分量，維持參考轉矩并對其進行有效的限制，其次這種控制方式還具備異步電動機參數自動辨識、自適應功能，也就是說電機在投入運行之前根據電機參數自動的調整控制算法中的有關參數，從而實現對電機的高精度控制，能滿足動態品質的最高要求。越來越嚴格的制造工藝要求，使得對傳動設備的精度也提出了更高的標準，矢量控制作為一種高動態響應的控制技術，其控制精度甚至可以到達十萬分之一，而且相比頻率控制主要的優點是在低頻或者零轉速時也能滿轉矩輸出，因此為制造業特別是裝備制造業提供了性能優越的傳動裝置。

3 通訊、操作和監控

SIMOVERT MASTERDRIVES系列變頻器基本裝置上的接口有COM1、COM2和 USS接口，COM1和 COM2為串行接口，多為RS485接口，兩個串行接口用USS協議進行工作，最多連接31個用戶，最大的傳輸速率為38.4kbit/s。USS接口除用作連接多個變頻器外，還可連接到上一級的自動化系統。此外通過可選的通訊板CB2還可以選擇Profibus-DP和CAN的數據傳輸方式，Profibus-DP是當今適用于所有現場應用的開放式的標準總線系統，它能完成在變頻器之間或是和上級開環/閉環控制系統之間快速和精確的周期的過程數據的交換，如控制信息、設定值、實際值和狀態信息等。

變頻器、逆變器和整流單元的相關參數都可以通過標準裝置中的參數設置單元PMU進行操作和監控，如變頻器的啟停、設置值的增大和減小、正反轉、顯示設置值和實際值、顯示報警和故障信息等。其次還可以通過選件OP1S完成更多更復雜的功能和動作，當然西門子也提供了相關的軟件DriveMonitor來快速對變頻器進行與工程有關的全部參數的設定和對系統的診斷。

4 在制造業中的應用

無論是可適用于各種場合的系統構成，還是動態品質極高的閉環矢量控制功能，以及開放式的現場總線系統和快捷安全的操作和監控，都為SIMOVERT MASTERDRIVES系列變頻器在制造業中的應用提供了可靠的保證。

我國制造業從傳統走向現代，也對相關的生產設備和制造技術提出了更高的要求，當然正是這些先進的制造技術推動了制造行業的不斷前進和發展。SIMOVERT MASTERDRIVES系列變頻器先進的模塊化設計和控制技術，完全滿足了作為先進制造技術前沿的虛擬制造和仿真制造的相關應用需求，它很容易被連接到任何的自動化系統，例如PLC和PC，前面提到的開放式的通訊協議使得它與傳動系統的結合也變得簡單和容易，而且我們還可以通過西門子提供的軟件Drive ES集成傳動裝置到自動化系統，通過此軟件我們可以將工藝參數和控制功能結合在一起，不但可以進行建模和仿真，而且能模擬整個生產過程，收集相關的數據，優化工藝過程，進而為制造業的自動化和智能化提供了平臺，這也正是SIMOVERT MASTERDRIVES系列變頻器能在制造業中得以廣泛應用的原因所在。

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[4]SIMOVERT MATERDRIVES使用說明書.西門子電氣傳動有限公司，2010.

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[7]SIEMENS標準驅動產品通信手冊.西門子電氣傳動有限公司，2000.