浅谈变频器的特殊控制方式

2022-06-15周建新

机电信息 2022年11期

关键词：变频器

摘要：变频器在实际应用中可通过本身控制面板、外接端子和通信三种方式控制。通信控制方式可通过控制字和给定频率实现变频器的远程操控，现基于此种方式，介绍几种能实现电机正反转切换和模拟量调试功能的特殊控制方式。

关键词：变频器;通信控制;正反转;模拟量调频;ATV61

中图分类号：TP273;TN77 文献标志码：A 文章编号：1671-0797（2022）11-0076-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.11.021

0 引言

随着变频器应用日益广泛，其控制方式已经非常完善，依靠产品说明书可轻易实现变频器输出的正反转和模拟量调频，但在特殊的工艺环境下，有着一些特殊的控制工艺要求。鉴于此，本文对变频器常规控制方式和特殊控制方式进行了介绍。

1 电机正反转

1.1 常规方法

更改异步电机运行方向，最直接的方式是更改变频器输出接线，对换三相接线中的任意两组接线，即可以与之前相序相反的方向运行[1]。

但实际应用中，为了更轻松、更便捷地实现电机反转，一般都是更改变频器本身输出的方式。

常规方法有两种：一种是变频器自带图形终端控制时可随时切换相序输出，如图1面板上自带类似“FWD/REV”正反转切换按键;另一种是外部接线端子控制输出，按照图2所示两线控制和三线控制的不同方式接线，控制变频器不同相序输出运行，实现拖动电机的正反转。这两种方法均属于变频器常用的标准控制形式，参考产品样本可轻易实现[2]。

1.2 通信方式

通过通信方式控制变频器时，其控制源是通信主站，通过通信命令，按照不同协议内容更改控制字，或更改给定频率的正负值，来实现变频器不同相序的输出。最常用的通信协议为Modbus RTU形式，下面以ATV61变频器为例进行说明。

1.2.1 控制命令字方式

ATV61变频器的控制字CMD和状态字ETA参考表1和表2[3]。当变频器上电后，如果无任何故障则自动运行到“RDY”状态，其状态字为ETA=16#xx31，此时如果命令源发出通信控制指令CMD=16#xxxF，变频器将按照当前设定频率动作，经历“ACC”加速时间后进入“RUN”状态，ETA=16#0637;如果命令源发出控制指令CMD=16#x80F，即在原来命令基础上，将控制字的bit11（转动方向）指令进行更改，变频器在经历“ACC”状态后，也会进入“RUN”状态，但此时ETA=16#8637，即输出方向发生了改变。此外，如果控制字CMD=16#0006，变频器在经历“DCC”减速时间后就会返回“RDY”状态。

1.2.2 给定频率正负值

变频器在不改变控制字的情况下，也可以通过更改给定频率正负值来实现输出相序的变化，部分变频器需要设置频率给定范围才能实现。

如图3所示，命令源通过对Modbus通信地址48503（逻辑地址8502+标准参数40001）进行有符号的赋值，就能通过给定频率的正负值来实现电机的正反转运行（需注意常规情况下赋值比例为10，即10代表1 Hz）。

1.2.3 直接更改相序

ATV61变频器设置参数1.4“电机控制”中有“改变输出相序”选项，通过更改此参数也可以更改变频器的输出相序。更改方法分两种：一种方式为图形终端直接更改相序，由“A—B—C”更改为“A—C—B”，变频器通过通信启动后，输出相序即发生更改;另一种方式是修改通信逻辑地址13401，如图4所示，等同于参数1.4里的“改变输出相序”，值为0时，代表“A—B—C”相序，值为1时，代表“A—C—B”相序。需要注意的是，部分变频器本身不具备这个直接更改相序的参数，故此种方法并不适用于所有变频器。

2 模拟量调频

2.1 常规方法

变频器的频率调节，最常见的方法有三种：第一种是通过自带面板控制，直接调节面板给定值即可;第二种是通过AI模拟量通道控制，设置频率给定参数为相应通道后，即可通过外部4～20 mA或者DC1～5 V标准信号调节频率;第三种是通过通信方式给定，按照通信协议对给定频率的逻辑地址进行赋值，实现频率调节。参考产品样本和通信手册可轻易实现频率调节，也是产品常用控制形式。

2.2 特殊控制方式

在多台变频器集中监控应用过程中，一般都会在每台变频器增加本地控制器和人机界面，按照工艺要求组态人机画面后进行设备的本地操作;同时，多台本地控制器与上层集成监控系统（DCS）再次通信，DCS通过通信控制本地控制器的内部变量，进而操控变频器的启停和调频，实现变频设备的远程监控。为提高控制的可靠性，加上现场环境的一些客观因素，DCS有可能通过通信方式控制变频器的启停，通过远程DCS的AO输出，以模拟量的方式调节变频器频率。

以ATV61变频器为例，其正常设置如表3所示。

此时，变频器模块通过图形终端可进行变频模块本身的控制（通道2控制），通过与本地控制器之间的Modbus RTU通信实现变频设备的本地控制（通道1控制），含变频模块的启停和调频;DCS通过与本地控制器之间的通信，对本地控制器内的变量进行远程模式下的赋值，即可实现对变频模块的控制。

當DCS要求以模拟量方式调节频率时，模拟量信号接入变频模块的AI通道，表3中的“给定1通道”则需设置成AI2（电流信号）。但这样设置的话，设备就无法通过本地的人机界面正常调频了，只能启停。

在不影响设备本地人机正常操控的情况下，以S7-200 SMART为例[4]，可在设备本地控制器后面增加模拟量模块，采集DCS发送过来的模拟量数值，经过如图5所示的工程量处理和控制逻辑选择，实现DCS和本地人机的远程/本地控制，对于变频模块来说，仍是通过Modbus通信方式实现功能，参数不需要改变。

但此方法需要额外增加模拟量模块，占据一定空间，且即使是最实惠的4通道模块也价格不菲。

为了保持设备原有的本地控制功能不变，又不额外增加生产成本，如图6所示，可将DCS的模拟量信号仍然接入变频模块的AI通道，由本地控制器通信读取变频模块内AI通道的逻辑地址，替换原有DCS给定频率的变量地址，即可实现DCS的模拟量调频。AI2通道参数相应设置：最小值4 mA，最大值20 mA。

3 结语

不同厂家变频器自身的设计不同，存在一定的差异性，各行各业根据实际使用工艺不同，控制方法各式各样，实现方式也各有特色。上述正反转控制和模拟量调频的不同方式，均已应用于实际工程项目，现场效果良好，在保证工艺功能的前提下，实现了项目的降本增效。

[参考文献]

[1] 杜伟伟，冯邦军.电机与电气控制[M].北京：化学工业出版社，2021.

[2] 施耐德电气.ATV61变频器编程手册[Z]，2017.

[3] 施耐德电气.ATV71 COMMUNICATION MANUAL[Z]，2005.