離線式變頻器測試系統的設計與應用

楊建潤，王文亮，李 鵬

(山西焦煤汾西礦業集團 高陽煤礦選煤廠， 山西 孝義 032300)

隨著自動化技術、網絡信息技術、智能控制技術的快速發展，選煤廠在工藝及技術方面得到較大改進。目前國內許多選煤廠已經開始智能化升級改造，而作為智能化選煤廠建設的基礎，自動化技術在選煤廠迅速發展。變頻器作為當前主流的降耗節能以及工藝控制的自動化設備，在選煤廠得到廣泛應用[1]. 高陽煤礦選煤廠屬于礦井型煉焦煤選煤廠，年入洗能力600萬t，是目前汾西礦業集團公司入洗能力最大的選煤廠。該廠目前共使用變頻器70余臺，主要應用于泵、加壓過濾機、壓濾機等設備的變頻控制。由于大型變頻器測試需現場辦理設備停電手續，開展拆卸、安裝接線等工序，如果變頻器故障還需反復進行，測試費時費工。因此，經過多次研究探討，結合現場實際提出了利用觸摸屏、PLC控制和變頻調速技術實現變頻器的測試和故障報警的設計方案。

1 原理概述

1.1 變頻調速

變頻調速的基本原理是根據電機的工作電源輸入頻率與電機的轉速成正比的關系[2]，通過改變電動機電源的頻率來調節電機轉速，變頻調速是目前一種理想的高效調速手段[3]. 變頻器是一種基于上述原理并綜合直-交電源變換、微電子等技術為一體的電氣設備[4].

1.2 PLC可編程控制原理

PLC可編程控制器是集自動控制技術和通信技術為一體的一種工業計算器，PLC可編程控制器采用可編程序的存儲器，在內部存儲中可以執行邏輯運算、算術運算、定時/計數和順序控制等操作指令，并通過數字式和模擬式兩種輸入、輸出接口，對不同類型的機械或生產過程進行控制[5].

可編程控制器有運行(RUN)與停止(STOP)這兩種基本工作狀態。當處于運行狀態時，可編程控制器通過執行程序來實現相關控制功能。由于輸入信號隨時可能變化，為了使其輸出能夠及時響應變化的輸入信號，用戶程序需要反復不斷地重復執行程序，直至可編程序控制器停機或切換到STOP工作狀態[6].

1.3 觸摸屏技術

觸摸屏主要由檢測部件和控制器兩部分構成。安裝在顯示器屏幕前面的是觸摸檢測部件，其主要功能是檢測用戶的觸摸位置，接受觸摸位置信息后傳送至觸摸屏控制器；控制器的主要功能是從觸摸點檢測裝置接收到觸摸信息后將信息轉換成觸點坐標并傳送給CPU，同時接收CPU發來的命令并加以執行。觸摸屏作為一種人機交互界面，很大程度上減少了PLC 外部I/O點的使用，同時也便于運行維護。

2 離線式變頻器測試系統設計

2.1 系統概述

該系統主要利用觸摸屏傳輸指令至PLC，通過控制變頻器的啟停和對變頻器頻率的調整，來改變電動機的轉速，同時接收變頻器的反饋頻率及運行信號，并在系統主界面進行相應的畫面顯示[7]，從而實現變頻器離線測試、故障報警的功能。離線式變頻器測試系統結構圖見圖1.

圖1 系統總體結構圖

2.2 需求分析

離線式變頻器測試系統首先要求能夠實現利用觸摸屏對變頻器進行啟停及改變頻率操作，系統操作簡單、界面友好；其次要求系統能夠對變頻器故障進行報警提示；除此之外還要求系統可通過觸摸屏和外部按鈕兩種控制方式控制變頻器、電機的運行[8].

2.3 系統硬件

該系統采用PLC、觸摸屏和變頻器組合自動化控制技術。系統硬件設備主要包括：西門子CPU226模塊、EM235模擬量模塊、ATV31施耐德變頻器、PWS6710 T-P觸摸屏、電源開關、電動機。

2.4 系統開發工具

軟件控制系統利用西門子S7-200、海泰克ADP6編程軟件編寫程序。通信方式采用PC/PPI協議進行通信。觸摸屏與PLC模塊使用專用電纜進行連接，由通信電纜將觸摸屏按鍵指令加載至控制程序來執行相應操作。外部按鈕指令則是直接在PLC輸入端進行加載用以實現相應的指令操作[9].

3 離線式變頻器測試系統功能

3.1 系統主界面

變頻器測試系統主界面包括運行指示、故障指示、啟動/停止按鈕、頻率給定/反饋顯示、電流顯示等。運行指示燈閃爍表示變頻器處于正常運行狀態，故障指示燈閃爍則表示變頻器處于故障狀態，啟動按鈕用來控制變頻器的啟動，停止按鈕用來控制變頻器的停止，頻率給定對話框用來設置變頻器的給定頻率，頻率反饋對話框用來顯示變頻器的運行反饋頻率，電流反饋對話框用來顯示電動機運行電流。

3.2 系統功能

1) 變頻調速。通過觸摸屏上的頻率給定對話框輸入給定頻率，來調整變頻器的運行頻率，進而控制電機轉速。

2) 變頻器狀態監測。當被測試變頻器接入系統后，通過觸摸屏可以實時顯示變頻器的電流反饋值、頻率反饋值及變頻器的運行狀態指示，實現對變頻器的測試和故障報警。

3) 按鈕控制變頻器啟停。除了通過觸摸屏控制變頻器的啟停外，還可通過變頻器測試系統平臺上的啟停按鈕控制變頻器的啟停。

3.3 系統特點

與傳統變頻器在線測試相比變頻器離線測試具有以下特點：

1) 變頻器離線測試不需現場辦理設備停電手續，開展變頻器拆卸、安裝等工序，只需將變頻器與測試系統進行線路連接即可，測試流程簡化，省時省工。

2) 離線式變頻器測試系統實現了變頻器狀態監測和故障報警，可實時顯示變頻器運行狀態和故障報警，便于工作人員及時發現并排除變頻器故障。

3) 提供觸摸屏控制和按鈕控制兩種變頻器啟停方式，提高了系統的可靠性。

4 結 語

高陽煤礦選煤廠利用觸摸屏、PLC控制及變頻調速技術自主研發設計出離線式變頻器測試系統，并成功應用于現場，實現了變頻器的離線測試，為選煤廠簡化變頻器測試流程，提高測試效率提供了解決方案。離線式變頻器測試系統的應用不僅減少了變頻器故障對生產的影響，而且提高了工作效率。該系統研發成本低、實用性強、操作簡單，可為其他選煤廠提供借鑒。