應(yīng)用于串口上網(wǎng)中的變頻器
發(fā)布時間:2019-08-02 10:19:00來源:
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中,各種設(shè)備的傳動部件主要為電動機,且電動機的傳動在許多場合要求能夠調(diào)速。
1、引言
電動機的調(diào)速運行方式很多,以電動機類型分大致可分為直流調(diào)速與交流調(diào)速兩種,而交流調(diào)速變頻調(diào)速為運行效果與節(jié)能效果比較佳。隨著電子器件技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展,變頻器的應(yīng)用已逐漸從手動控制方式逐漸向計算機控制發(fā)展。本文在介紹變頻器技術(shù)的基礎(chǔ)上,介紹了基于串口上網(wǎng)技術(shù)的變頻器控制系統(tǒng)。
2、變頻調(diào)速的工作方式
變頻技術(shù)大致可分為直-交變頻與交-交變頻2種。我們通常所見的變頻器大多采用的為直-交變頻技術(shù)。在交流電動機的調(diào)速系統(tǒng)中,常常要求電動機不管在高速時運行還是在低速時運行,都要維持電動機的磁通密度為一恒定值。因此當(dāng)逆變器的輸出頻率變化時,要求逆變器的輸出電壓也要隨之變化。這就是V/f控制方式。當(dāng)轉(zhuǎn)差率S變化不大時電動機的轉(zhuǎn)速n基本上正比于定子供電頻率f。故改變f就可得到極大的調(diào)速范圍,很好的調(diào)節(jié)平滑性以及足夠硬度的機械特性。
3、變頻器技術(shù)發(fā)展趨勢
交流傳動與控制技術(shù)是目前發(fā)展比較為迅速的技術(shù)之一,這是和電力電子器件制造技術(shù)、變流技術(shù)控制技術(shù)以及微型計算機和大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展密切相關(guān)。
3.1 器件發(fā)展
變頻技術(shù)是建立在電力電子技術(shù)基礎(chǔ)之上的。在低壓交流電動機的傳動控制中,應(yīng)用比較多的功率器件有GTO、GTR、IGBT以及智能模塊IPM(Intelligent Power Module),后面2種集GTR的低飽和電壓特性和MOSFET的高頻開關(guān)特性于一體,是目前通用變頻器中比較廣泛使用的主流功率器件。IGBT集射電壓Vce可小于3V,頻率可達到20kHz,內(nèi)含的集射極間超高速二極管Trr可達150ns,1992年前后開始在通用變頻器中得到廣泛應(yīng)用。其發(fā)展的方向是損耗更低,開關(guān)速度更快、電壓更高,容量更大(3.3kV、1200A),目前,采用溝道型柵極技術(shù)、非穿通技術(shù)等方法大幅度降低了集電極一發(fā)射極之間的飽和電壓[VCE(sat)>的第4代IGBT也已問世。
第4代IGBT的應(yīng)用使變頻器的性能有了很大的提高。(1)ICBT開關(guān)器件發(fā)熱減少,將曾占主回路發(fā)熱50-70%的器件發(fā)熱降低了30%。(2)高載波控制,使輸出電流波形有明顯改善;(3)開關(guān)頻率提高,使之超過人耳的感受范圍,即實現(xiàn)了電機運行的靜化;(4)驅(qū)動功率減少,體積趨于更小。
而IPM的投入應(yīng)用比IGBT晚,由于IPM包含了1GBT芯片及外圍的驅(qū)動和保護電路.甚至還有的把光耦也集成于一體,因此是種更為好用的集成型功率器件,目前,在模塊額定電流10-600A范圍內(nèi),通用變頻器均有采用IPM的趨勢。
3.2 變頻器內(nèi)部控制方式發(fā)展趨勢
矢量控制。也稱磁場定向控制。它以直流電動機和交流電動機比較的方法分析闡述了這一原理,由此開創(chuàng)了交流電動機等效直流電動機控制的先河。它使人們看到交流電動機盡管控制復(fù)雜,但同樣可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、磁場獨立控制的內(nèi)在本質(zhì)。矢量控制的基本點是控制轉(zhuǎn)子磁鏈,以轉(zhuǎn)子磁通定向,然后分解定子電流,使之成為轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量,經(jīng)過坐標(biāo)變換實現(xiàn)正交或解耦控制。但是,由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測,以及矢量變換的復(fù)雜性,使得實際控制效果往往難以達到理論分析的效果,這是矢量控制技術(shù)在實踐上的不足。
直接轉(zhuǎn)矩控制。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制不同,它不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉(zhuǎn)矩,而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量來控制。性能有了進一步提高。
4、應(yīng)用串口上網(wǎng)實現(xiàn)遠程控制
以太網(wǎng)作為IT產(chǎn)業(yè)的主要通訊骨干,已是眾所皆知的事實,并已大量的應(yīng)用在人類生活息息相關(guān)的信息產(chǎn)業(yè)上。面對這股網(wǎng)絡(luò)化的潮流,身為所有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)的工業(yè)自動化系統(tǒng),也廣泛的應(yīng)用TCP/IP以太網(wǎng)作為系統(tǒng)通訊界面,并積極發(fā)展更符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與產(chǎn)品,提高系統(tǒng)自動化的能力,從而達到降低成本、提升競爭力的目標(biāo)。但是,在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的過程里,由于許多傳統(tǒng)的串口設(shè)備未具備聯(lián)網(wǎng)能力,在控制指令與設(shè)備信息的傳遞上,必須要有串行通訊轉(zhuǎn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的方案。而串口通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡單、易用,性價比高,是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的理想選擇。現(xiàn)在市場上已出現(xiàn)MOXA的Nport系列串口上網(wǎng)服務(wù)器。
使用MOXA的標(biāo)準(zhǔn)串口驅(qū)動程序,MOXA的串行端口可以被仿真成是遠程的COM端口,不需要更改系統(tǒng)原有使用串行通訊的應(yīng)用軟件或通訊元件。好處在于,有了Windows和Linux/Unix的驅(qū)動程序支持,Nport 家族 可以立即讓串口設(shè)備具備聯(lián)網(wǎng)的能力。Nport 家族 設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器包含完整的TCP/IP協(xié)議。它可以把串口數(shù)據(jù)包裝成TCP封包,并轉(zhuǎn)換成可以在Ethernet上傳送的Frame,傳送到主機的以太網(wǎng)卡上。主機以自己的TCP/IP協(xié)議解封包后,應(yīng)用程序可以接收到完整的串口數(shù)據(jù)。
通過Nport 家族 TCP端口,以TCP/IP Socket來存取串口數(shù)據(jù)。這種解決方案適合于所有具備TCP/IP連接功能的系統(tǒng)。
4.1 在組態(tài)軟件中安裝變頻器驅(qū)動程序
(1) 安裝變頻器驅(qū)動程序并設(shè)置相應(yīng)的通訊參數(shù),如地址、波特率、奇偶較驗、數(shù)據(jù)位、停止位設(shè)定等,注意此設(shè)定值需與變頻器內(nèi)部設(shè)定值一致,否則通訊不成功。
(2) 設(shè)置變量并進行變量連接
在實時數(shù)據(jù)庫(有的組態(tài)軟件叫變量字典)定義變量,根據(jù)需要可定義開關(guān)量或模擬量參數(shù),然后連接到變頻器的相應(yīng)功能項上。
讓串口設(shè)備具備TCP/IP網(wǎng)絡(luò)界面,可提高企業(yè)管理與原作效率。由TCP/IP網(wǎng)絡(luò)可遠程、機動性管理的特性,大大減低系統(tǒng)故障維護與人力成本,是一個底成本效益的串口設(shè)備管理模式。