自動變頻控制技術在尾氣抽排系統上的應用

胡樂利

（廣汽本田汽車有限公司，廣東廣州 511338）

自動變頻控制技術在尾氣抽排系統上的應用

胡樂利

（廣汽本田汽車有限公司，廣東廣州 511338）

車間尾氣抽排系統頻繁啟停，機械部件承受很大扭矩的次數多、時間長，使用壽命短，多次故障。將自動變頻控制技術應用于抽排系統，實現抽排系統高低頻自動按需切換，降低故障率。

三相異步電機；部件損壞；停機；變頻

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.40

0 引言

整車制造企業的檢測車間很多工位都需要車啟動后檢測，必然產生尾氣。只有將尾氣排走，才能保證作業人員的身體健康。廣汽本田第三工廠的整車檢測車間采用地面式尾氣抽排系統，共有6臺外轉子低噪聲三相異步電機。運行過程中，抽排系統出現機械部件葉輪撕裂、支撐架扭曲變形等故障，導致停機多次（圖1）。抽排系統停機不僅影響生產環境，而且使設備維護成本增加。

圖1 抽排系統運行中出現的故障

1 原因分析

尾氣抽排系統主要由外轉子低噪聲三相異步電機、葉輪、十字架、風機箱、風管等部分組成。以綜合轉鼓試驗臺工位的尾氣抽排系統為例。工作原理：系統的啟停由綜合轉鼓試驗臺的上位機控制，當工位有車輛作業時（有尾氣排出）上位機反饋PLC輸出，接觸器閉合，抽排系統啟動，電機全負荷加速至50 Hz穩定運轉；作業完成時，電機減速至0。

抽排系統每個工作日啟停約500次，啟動扭矩≈1.5倍的正常運轉扭矩。部件長時間或者頻繁承受超正常運轉扭矩，使用壽命必然縮短，部件損壞設備停機。抽排系統經常出現的故障有葉輪撕裂、支撐架扭曲等。

2 改進方案

2.1 改進思路

利用PLC（S7-300）、變頻器、繼電器等實現抽排系統（外轉子低噪聲三相異步電機）高低頻自動切換的改造，避免抽排系統頻繁的啟停。即抽排系統開啟后以低頻30 Hz運轉，需要時切換成高頻50 Hz，之后再切換回30 Hz。如此往復循環，直到最后關閉（圖 2）。

圖2 抽排系統開啟循環示意

2.2 變頻器選型

選擇變頻器時，不僅要考慮與電機的參數匹配，而且要考慮變頻器的穩定性、性價比和安裝便利性等。車間使用電機功率是5.5 kW，7.5 kW的2種抽排系統，因此選用2款與之匹配的西門子MM420變頻器。其中，1臺電機型號為YFWD 5.5-6，變頻器（MM420）型號為6SE6420-2UD25-5CA1，另1臺電機型號為YFWD 7.5-6，變頻器（MM420）型號為 6SE6420-2UD27-5CA1。2臺變頻器的面板型號均為6SE6400-0BP00-0AA1。

2.3 電路設計、PLC程序編寫（以綜合轉鼓試驗臺）

取用變頻器 MM420數字輸入端DIN1，DIN2，公共端MCOM分別對應端子5，6，8。當綜合轉鼓試驗臺開啟（按下開啟按鈕），繼電器KA1線圈閉合，常開觸點2，3閉合即變頻器端子8與5接通，電機按30 Hz運行。當綜合轉鼓試驗臺有車作業時，PLC輸出點Q8.0輸出24 V，繼電器KA2線圈閉合，常開觸點2、3閉合即變頻器端子8與6接通，電機按50 Hz運行。電氣圖紙設計如圖3所示，PLC流程如圖4所示。

2.3 變頻器參數設置（以7.5 kW為例）

2.3.1 快速調試

變頻器完成硬件安裝后，即可開始調試。快速調試即將抽排系統外轉子低噪聲三相異步電機的基本參數包括額定電壓、額定電流、轉速、頻率等，設置到MM420變頻器對應的地址中。YFWD7.5-6型號的電機，額定電壓380 V，轉速950 r/min，額定電流16.9 A，額定頻率50 Hz。

圖3 電氣圖紙設計

圖4 部分PLC程序編寫

快速調試除了設置電機的基本參數外，還需要設置其他一些參數。例如P1080最低頻率、P1082最高頻率、P1120上坡時間、P1121下坡時間等。也可以根據變頻器的實際使用情況，確定參數設置值。在手動調試時，曾遇到停止變頻器時報警F0003，將下坡時間參數更改為20 s后，報警不再出現。

快速調試流程如圖5所示，其中文字前的數字為地址參數設置值。

2.3.1 參數設置

快速調試其實也是參數設置的一部分，這里所述的參數設置是指要實現期望的功能和變頻器參數。本次項目采用的是端子輸入而非模擬量輸入。

圖5 快速調試流程

設置P0700=2，設置固定頻率P1000=3，選擇二進制編碼的十進制數（BCD碼）選擇+ON命令P0701～P0703=17。使用這種方法最多可以選擇7個固定頻率。各個固定頻率的數值根據圖6選擇。

圖6 固定頻率數值設置參考

設置P701=1或2，根據使用者需要的電機轉向設定（1：正傳；2：反轉），P702=17（選擇二進制編碼的十進制數），P1001=30，P1003=50。即可實現當端子 8（MCOM）與 5（DIN1）接通時30 Hz；當端子 8 與 5，6（DIN2）同時接通時 50 Hz。

3 小結

本次項目是基于對設備故障原因的深層次剖析，結合自身掌握的控制知識、電氣知識、變頻器知識完成設備優化改造。項目實施后，經過一年的觀察，設備運轉穩定性良好，為解決設備故障問題提供了思路。

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〔編輯 吳建卿〕