西门子MM440 变频器调速的控制方法

吴 振

（河钢股份有限公司承德分公司 河北省钒钛工程技术研究中心，河北 承德 067000）

西门子MM440变频仪器的优点包含功能强大、可靠程度高、收到信号响应时间很短等，主要广泛应用在我国的化工业的生产、冶金还有印刷业等行业。在每个行业的生产领域中，电动机是需要多段速运行的，这些都是可以通过变频仪器多段运行来实现的，所以对于电气技术人员来说掌握西门子MM440 变频器调速相关知识至关重要。

1 西门子系列变频仪器的命令任务和频率任务

在设置每一个项目的应用参数数据时，一定要准确无误地指定命令任务和频率任务。系列频器的命令任务主要是用来指挥变频器的启动、停止（1、2 和3）、反转、点动等任务的来源，将会由参数p700 来指定任务。参数任务是来源于以下三种方式：bop 是外部数字量输入。Uss 是协议命令。系列频器的频率源主要是用来专门指示变频器输出频率值的出处，将会由参数p1000 来指定任务。它大体是由以下的五种或者其中两种的叠加组合而来。mop（电动电位计）是外部模拟量输入电压（流），也是内部设定的固定频率。bop 面板的增加（减少）项按键。Uss 则是协议设定值。按照命令任务与频率任务的排列组合规律办法，系列频器也就有了多种可行的控制方法，见下表。

表1 MM440 频器的控制方法数据列表

2 国内外相关研发项目的现状

现在我国拖动方式大致有两种：一种是交流拖动方式，我国提升机通常就是采用串电阻调速的交流拖动方式，使用改变转差率s 的调速方法，调速的效率很低，耗能却很高；一种是直流拖动方式，我国提升机控制系统中的两种分系统主要就是采用直流拖动，从晶闸管到直流电动机系统和直流发电机再到直流电动机系统。在国外的主流拖动方式是从晶闸管到电动机直流低速直联拖动系统，这种系统的优势是：总体效率非常高，电能的消耗也比较少。单机的容量很大，适用范围也比较宽广。调节速度平滑，精度度高。非常安全可靠。节电方面表现显眼。劣势是：功率数据低。无功冲击很大。交流变频调速和机驱动提升系统达到同步。这一类系统的优势是：提升容量会很大。电机能够可靠运行，减少运行的消耗。功率因数比较高的话，可以节省电能。系统可以在四象限平滑过渡和实现无级调速。同步机的价格相对也低，消耗不大。

3 企业提升机的基本构成和工作方式

企业提升机的六个基本部分所构成的，分别就为工作部分、制动部分、机械传动部分、润滑部分、观测和操纵部分，自动保护部分。

（1）工作部分。工作部分主要就是由机械装置仪器构成的运行部件，主要包含有离合器还有主轴等等。这些机械部件共同合作，就可以完成提升机的主要动作指令。

（2）制动部分。制动部分主要分为两个部分，分别为制动仪器和液压装置仪器。这个部分的主要作用就是保证提升机在工作过程中能够正确停车，而且必须要满足在机器发生故障时能及时停止运行，避免出现人员上的损伤。

（3）机械传动部分。机械传动部分主要分为两个部分，分别就是减速仪器还有联轴仪器，减速仪器的功能是把电机传动的高速度转化成为滚筒的速度；而联轴仪器的主要功能是为了完成扭矩的传递任务。

（4）润滑部分。提升机在工作的过程中只要各部件的联动就会造成各种各样的摩擦，而摩擦的产生就会对整个系统形成损伤，所以为了能够减少摩擦，就要让润滑系统朝需要润滑的地方传递过去润滑油。

（5）观测和操纵部分。观测和操纵部分的组成可以分为两个部分，分别为操纵台和指示仪器，操纵台就是工作人员日常工作的地方，在这个地方操作人员可以通过操纵台上边的按键等部件和提升机之间进行作用，按照程序完成工作人员想要执行的命令。

（6）自动保护部分。提升机是一种机械电气装置仪器，只要是仪器在工作的过程中就避免不了出现各种各样的故障，这种故障的出现是随机的，不能够预测到的。在这种突发性的故障发生的时候，如果不能够及时处理或者及时的停止仪器设备的工作状态，就会产生巨大的危险状况，因此提升机必须拥有自动保护系统，当出现故障的时候可以根据实际情况自动做出合理的保护措施，保证工作台工作人员的安全。提升机的主要组成部分的工作机理是只有在各部分协调工作的基础上才能满足工程上的所有需要。

4 控制系统的结构组成

（1）PLC 处理器。本次设计方案采用的是西门子公司生产的型号是MM440 的PLC 处理器，在接收到多路旋转编码器信号时可以通过使用模拟拓展模块，给液压站提供两个路线的模拟信号，然后实现联网和远程通信的基本功能。

（2）变频仪器。控制系统的核心设备其实就是变频仪器，它的工作原理就是对电动机供电压的频率进行有效的调节，然后实现对电机旋转磁场的转速进行调节，最终达到对电动机转速的控制。

（3）安全保护阶段。安全程序规定，企业提升机必须保证完备的保护环节，双线制就是采用双机热备份或者是双PLC 处理器冗余。目前常用的保护措施大致有以下几种：超速过速方式、松绳方式、闸瓦磨损保护方式、过卷方式、欠压方式、深度指示实效方式、测速部分实效方式等等。

（4）显示单元阀门和可调闸门。显示单元采用上位机工控制软件系统来显示。矿井提升机运行开始，PLC处理器模拟量输出模块输出控制信号以后，由液压站接收到信号并且根据此个输出制动力矩，可以调节闸手柄的位置和制动力矩的大小是成正相关的关系。在需要安全制动的时候，紧急制动可以在0.6s时间内迅速完成。所以，可调闸门是可以保证提升机运行安全的重要装置仪器。

（5）检测阶段。控制系统的转速检测行为可通过增量型旋转编码仪器完成，因为增量旋转编码仪器的输出内容是数字信号，所以可以直接送入PLC处理器进行变换标度，最终转换成为电动机的转速。加速度能够通过计算采样速率来计算，总的提升深度通过计算其累计值来计算。控制系统的电流检测方式可以直接使用变频仪器自带的电流保护措施来完成，也可以通过电流互感器进行操作，经过信号调理之后，互感器检测信号被传入变频仪器构成电流环。在具体选择何种方式方面要根据用户实际需求来确定。

5 变频仪器调速的办法

变频仪器的控制方法一般有正弦脉宽调制方法、电压空间矢量方法、矢量控制方式、矩阵式交—交控制方式、直接转矩控制方式等等，我们这里采用的是直接转矩控制方式。就像矢量控制实现的闭环转矩控制方式一样，直接转矩控制以定子坐标系的磁通和转矩计算作为基础数据，通过逆变器输出的电信号直接对电机的输出扭矩和转速完成反馈控制。再由于这种控制方式只对转矩进行控制，和其他参量并没有什么实际关联，通过控制时间响应来规避超调的出现。通过这种方式改善电机低频特性，运用控制程序设计规避变频器在低速时输出的扭矩不足，以免出现驱动设备在启动和过载的过程中发生溜车现象。具体方面的控制，因为在电机变频直驱控制系统中，定子电流、转矩与磁链相关联，所以通过预测定子电流可以确定所需要的转矩、磁链等数据。具体就用一个采用周期作为单位，变化情况如下：

上式要结合实际的is(n)、us(n)、Ψs(n)数据来计算出一个周期时间内定子电流的实际变化情况，因此对下一个周期的定子电流is(n+1)就可以展开预测如下：

同时在这种控制手段下，通过电机转速的实时数据反馈来完成闭环调速。以反馈结果完成连同转矩、磁链作为共同参照对电压矢量进行选择。

6 结语

随着科学技术的发展，西门子变频器在钢铁企业中得到了广泛的应用，尤其是西门子MM440 变频器调速的控制方法，为钢铁企业带来了操作快捷、可靠性高、耗能低等优点。因此，作为钢铁企业电气技术人员要不断学习相关知识，更好地维护变频器，确保其发挥更大的作用。