离线式变频器测试系统的设计与应用
2022-06-16杨建润王文亮
杨建润，王文亮，李 鹏
(山西焦煤汾西矿业集团 高阳煤矿选煤厂， 山西 孝义 032300)
随着自动化技术、网络信息技术、智能控制技术的快速发展，选煤厂在工艺及技术方面得到较大改进。目前国内许多选煤厂已经开始智能化升级改造，而作为智能化选煤厂建设的基础，自动化技术在选煤厂迅速发展。变频器作为当前主流的降耗节能以及工艺控制的自动化设备，在选煤厂得到广泛应用[1]. 高阳煤矿选煤厂属于矿井型炼焦煤选煤厂，年入洗能力600万t，是目前汾西矿业集团公司入洗能力最大的选煤厂。该厂目前共使用变频器70余台，主要应用于泵、加压过滤机、压滤机等设备的变频控制。由于大型变频器测试需现场办理设备停电手续，开展拆卸、安装接线等工序，如果变频器故障还需反复进行，测试费时费工。因此，经过多次研究探讨，结合现场实际提出了利用触摸屏、PLC控制和变频调速技术实现变频器的测试和故障报警的设计方案。
1 原理概述
1.1 变频调速
变频调速的基本原理是根据电机的工作电源输入频率与电机的转速成正比的关系[2]，通过改变电动机电源的频率来调节电机转速，变频调速是目前一种理想的高效调速手段[3]. 变频器是一种基于上述原理并综合直-交电源变换、微电子等技术为一体的电气设备[4].
1.2 PLC可编程控制原理
PLC可编程控制器是集自动控制技术和通信技术为一体的一种工业计算器，PLC可编程控制器采用可编程序的存储器，在内部存储中可以执行逻辑运算、算术运算、定时/计数和顺序控制等操作指令，并通过数字式和模拟式两种输入、输出接口，对不同类型的机械或生产过程进行控制[5].
可编程控制器有运行(RUN)与停止(STOP)这两种基本工作状态。当处于运行状态时，可编程控制器通过执行程序来实现相关控制功能。由于输入信号随时可能变化，为了使其输出能够及时响应变化的输入信号，用户程序需要反复不断地重复执行程序，直至可编程序控制器停机或切换到STOP工作状态[6].
1.3 触摸屏技术
触摸屏主要由检测部件和控制器两部分构成。安装在显示器屏幕前面的是触摸检测部件，其主要功能是检测用户的触摸位置，接受触摸位置信息后传送至触摸屏控制器；控制器的主要功能是从触摸点检测装置接收到触摸信息后将信息转换成触点坐标并传送给CPU，同时接收CPU发来的命令并加以执行。触摸屏作为一种人机交互界面，很大程度上减少了PLC 外部I/O点的使用，同时也便于运行维护。
2 离线式变频器测试系统设计
2.1 系统概述
该系统主要利用触摸屏传输指令至PLC，通过控制变频器的启停和对变频器频率的调整，来改变电动机的转速，同时接收变频器的反馈频率及运行信号，并在系统主界面进行相应的画面显示[7]，从而实现变频器离线测试、故障报警的功能。离线式变频器测试系统结构图见图1.
图1 系统总体结构图
2.2 需求分析
离线式变频器测试系统首先要求能够实现利用触摸屏对变频器进行启停及改变频率操作，系统操作简单、界面友好；其次要求系统能够对变频器故障进行报警提示；除此之外还要求系统可通过触摸屏和外部按钮两种控制方式控制变频器、电机的运行[8].
2.3 系统硬件
该系统采用PLC、触摸屏和变频器组合自动化控制技术。系统硬件设备主要包括：西门子CPU226模块、EM235模拟量模块、ATV31施耐德变频器、PWS6710 T-P触摸屏、电源开关、电动机。
2.4 系统开发工具
软件控制系统利用西门子S7-200、海泰克ADP6编程软件编写程序。通信方式采用PC/PPI协议进行通信。触摸屏与PLC模块使用专用电缆进行连接，由通信电缆将触摸屏按键指令加载至控制程序来执行相应操作。外部按钮指令则是直接在PLC输入端进行加载用以实现相应的指令操作[9].
3 离线式变频器测试系统功能
3.1 系统主界面
变频器测试系统主界面包括运行指示、故障指示、启动/停止按钮、频率给定/反馈显示、电流显示等。运行指示灯闪烁表示变频器处于正常运行状态，故障指示灯闪烁则表示变频器处于故障状态，启动按钮用来控制变频器的启动，停止按钮用来控制变频器的停止，频率给定对话框用来设置变频器的给定频率，频率反馈对话框用来显示变频器的运行反馈频率，电流反馈对话框用来显示电动机运行电流。
3.2 系统功能
1) 变频调速。通过触摸屏上的频率给定对话框输入给定频率，来调整变频器的运行频率，进而控制电机转速。
2) 变频器状态监测。当被测试变频器接入系统后，通过触摸屏可以实时显示变频器的电流反馈值、频率反馈值及变频器的运行状态指示，实现对变频器的测试和故障报警。
3) 按钮控制变频器启停。除了通过触摸屏控制变频器的启停外，还可通过变频器测试系统平台上的启停按钮控制变频器的启停。
3.3 系统特点
与传统变频器在线测试相比变频器离线测试具有以下特点：
1) 变频器离线测试不需现场办理设备停电手续，开展变频器拆卸、安装等工序，只需将变频器与测试系统进行线路连接即可，测试流程简化，省时省工。
2) 离线式变频器测试系统实现了变频器状态监测和故障报警，可实时显示变频器运行状态和故障报警，便于工作人员及时发现并排除变频器故障。
3) 提供触摸屏控制和按钮控制两种变频器启停方式，提高了系统的可靠性。
4 结 语
高阳煤矿选煤厂利用触摸屏、PLC控制及变频调速技术自主研发设计出离线式变频器测试系统，并成功应用于现场，实现了变频器的离线测试，为选煤厂简化变频器测试流程，提高测试效率提供了解决方案。离线式变频器测试系统的应用不仅减少了变频器故障对生产的影响，而且提高了工作效率。该系统研发成本低、实用性强、操作简单，可为其他选煤厂提供借鉴。
