西门子SIMOVERT MASTERDRIVES变频器在制造业中的应用

潘艳辉

(河南国控宇飞电子玻璃有限公司，郑州 450016)

引言

伴随着近些年先进制造技术和信息化技术的不断涌现，制造业的发展模式发生了较大的变化，出现了所谓现代制造业，最重要的表现是对作为制造工艺基础的生产设备和生产过程的自动化和智能化提出了更高的要求。西门子的SIMOVERT MASTERDRIVE变频器是一种模块化的单元系列，有极高的动态性能，能精确的满足每一种工艺需求，为制造业从传统走向现代提供了可靠的自动化技术。

1 系统构成

西门子SIMOVERT MASTERDRIVES是具有IGBT逆变器、全数字技术的有电压中间回路变频器，能为制造行业所有应用场合提供高性能和最经济的解决方案。SIMOVERT MASTERDRIVES变频器由整流/回馈单元（Active Front End）、逆变器、过电流保护装置（Overcurrent Protector OCP）、制动单元和电子板选件等构成。

整流/回馈单元（Active Front End）也称为主动前端式直流电压源，与传统的二极管或是可控硅被动式的整流技术相比，它具有很多的主动控制功能，不仅能不受电网电压波动的影响，而且还能有效去除高次谐波提高功率因数。它的核心部件是一个带有闭环控制板CUSA的逆变器，它将交流电压变为直流电压后，这个直流电压能快速的给交流侧叠加一个矢量控制，这个矢量控制不仅能使功率因数变的可调，还能补偿无功功率使得变频器在电网电压波动时免受其害。

逆变器是由先进的IGBT组成，采用模块化设计，技术先进，系统效能高，并且有统一的布局，即使是元件的尺寸不同，也可将其任意的并列组合，大大节省了空间。过电流保护装置（Overcurrent Protector OCP）是用于保护整流/回馈单元，将两者连接在一起，它在电网电压瞬时跌落而导致逆变颠覆时通过IGBT使中间回路电流下降来避免熔断器的烧坏。其他的系统元件如制动电阻、通讯板、进线电抗器、无线电干扰抑制滤波器等使得变频器与相关的传动系统更好的结合在一起，成为制造业完美的解决方案。

2 开环和闭环控制功能

SIMOVERT MASTERDRIVES变频器有两种基本的控制形式：一是通过v/f特性曲线的频率控制，这种控制方式是以输出电压和频率为线性比例来控制电机，可以通过转速实际值发送器来完成闭环控制，具有滑差补偿，但在低频的时候变频器输出电流较小，没有办法实现精确的速度要求，因此频率控制适用于简单的应用场合。二是矢量控制，它能够精确的控制转矩和磁通的电流分量，维持参考转矩并对其进行有效的限制，其次这种控制方式还具备异步电动机参数自动辨识、自适应功能，也就是说电机在投入运行之前根据电机参数自动的调整控制算法中的有关参数，从而实现对电机的高精度控制，能满足动态品质的最高要求。越来越严格的制造工艺要求，使得对传动设备的精度也提出了更高的标准，矢量控制作为一种高动态响应的控制技术，其控制精度甚至可以到达十万分之一，而且相比频率控制主要的优点是在低频或者零转速时也能满转矩输出，因此为制造业特别是装备制造业提供了性能优越的传动装置。

3 通讯、操作和监控

SIMOVERT MASTERDRIVES系列变频器基本装置上的接口有COM1、COM2和 USS接口，COM1和 COM2为串行接口，多为RS485接口，两个串行接口用USS协议进行工作，最多连接31个用户，最大的传输速率为38.4kbit/s。USS接口除用作连接多个变频器外，还可连接到上一级的自动化系统。此外通过可选的通讯板CB2还可以选择Profibus-DP和CAN的数据传输方式，Profibus-DP是当今适用于所有现场应用的开放式的标准总线系统，它能完成在变频器之间或是和上级开环/闭环控制系统之间快速和精确的周期的过程数据的交换，如控制信息、设定值、实际值和状态信息等。

变频器、逆变器和整流单元的相关参数都可以通过标准装置中的参数设置单元PMU进行操作和监控，如变频器的启停、设置值的增大和减小、正反转、显示设置值和实际值、显示报警和故障信息等。其次还可以通过选件OP1S完成更多更复杂的功能和动作，当然西门子也提供了相关的软件DriveMonitor来快速对变频器进行与工程有关的全部参数的设定和对系统的诊断。

4 在制造业中的应用

无论是可适用于各种场合的系统构成，还是动态品质极高的闭环矢量控制功能，以及开放式的现场总线系统和快捷安全的操作和监控，都为SIMOVERT MASTERDRIVES系列变频器在制造业中的应用提供了可靠的保证。

我国制造业从传统走向现代，也对相关的生产设备和制造技术提出了更高的要求，当然正是这些先进的制造技术推动了制造行业的不断前进和发展。SIMOVERT MASTERDRIVES系列变频器先进的模块化设计和控制技术，完全满足了作为先进制造技术前沿的虚拟制造和仿真制造的相关应用需求，它很容易被连接到任何的自动化系统，例如PLC和PC，前面提到的开放式的通讯协议使得它与传动系统的结合也变得简单和容易，而且我们还可以通过西门子提供的软件Drive ES集成传动装置到自动化系统，通过此软件我们可以将工艺参数和控制功能结合在一起，不但可以进行建模和仿真，而且能模拟整个生产过程，收集相关的数据，优化工艺过程，进而为制造业的自动化和智能化提供了平台，这也正是SIMOVERT MASTERDRIVES系列变频器能在制造业中得以广泛应用的原因所在。

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[7]SIEMENS标准驱动产品通信手册.西门子电气传动有限公司，2000.