李勇偉先生，中國新型建筑材料工業杭州設計研究院 電氣專業總師、高級工程師，中國自動化學會計算機應用專業委員會委員。
　　
　　關鍵詞：變頻器　TP2200　同步 Profibus-DP　EM-SYS
　　
　　
　　　　近幾年，各種變頻器產品大量涌現。變頻器的迅速發展既與我國高科技技術的大量應用有關，又與我國電力資源緊缺，急需節能設備有關。變頻器一方面是向全數字化、功能齊全，特別是具有通信、聯網功能的高檔變頻器發展，如本文介紹的TP2200系列變頻器；另一方面是向小型、簡易變頻器發展，滿足設備基本的調速要求。無傳感器的矢量控制是主要發展方向。目前電流響應達到了0.1～0.7ms，速度響應達到了2～4ms。變頻技術的發展趨勢是提高控制精確度、范圍和運算能力，加強低速性能和可逆運行的穩定性，驅動多臺電動機時的負荷平衡等。
　　
　　一 TP2200變頻器功能簡介
　　
　　　　TigerPower TP2200系列變頻器是應用電動機磁場定向控制理論、由德國原裝制造的新一代變頻器。從簡單的變頻控制到復雜、高性能的伺服應用，它都能提供合適的解決方案，可控制同步電動機、異步電動機、磁阻電動機、變壓器等。其額定容量范圍為0.55～800kW、寬電壓設計、額定輸入400V電壓，在-20%～+30%電源情況下均可正常工作。產品已取得CE、UL認證，符合歐盟要求的EMC規范。
　　　　變頻器已內置可定義的編碼器反饋接口，最大頻率150kHz，可擴展的I/O及變頻器之間基于CAN的系統總線，可支持CANopen、Profibus-DP、LON、RS-485等各類總線，速度閉環控制精確度高達±0.01%，開環0Hz運行時可輸出大于100%的電動機額定轉矩。軟件包含4組運行參數，可隨時調用。內置智能PI控制器，可有效控制壓力、流量、速度等。{TodayHot}
　　該系列變頻器可選輸入/輸出電抗器及EMC和正弦濾波器，特殊設計的散熱系統使變頻器的最大適用環境溫度高達55℃；系統設計更安全穩定。
　　　　多臺變頻器的特殊應用：按共交直流母線方案或共直流母線方案接線，可以把再生能源在系統內部吸收掉，避免保護跳閘而節約能源。
　　　　(1)TP2200A-200：0.55～3.0kW；TP2200A-400：0.55～18.5kW 
　　　　體積小(如1.1kW外形尺寸只有60×190×175mm），可靠攏并列安裝，大大節約安裝空間。標準配置內置了編碼器接口，可直接連接外部的光電編碼器以組成閉環控制系統。
　　　　(2)TP2200V-400：4～800kW 
　　　　V系列變頻器選用全金屬外殼設計。有多種通信卡和功能卡供選擇使用。
　　
　　二 石膏板生產線 同步傳動控制要求
　　
　　　　紙面石膏板成型是把各種原料按配方配料，經攪拌混合后制成漿料，倒入下層護面紙，蓋上上層護面紙，擠壓成板狀。剛成型的紙面石膏板，通過1#、2#、3#凝固皮帶機初凝，送至輸送輥道，進一步凝固輸送，固化后測長切斷。生產線為全自動，所以上下護面紙的開卷拉出裝置、3條凝固皮帶機及4段輸送輥道的速度須保持同步一致，否則就會斷紙或起包，造成停產或出現廢品。
　　
　　三 TP2200變頻器 在同步傳動控制上的應用
　　
　　1. 控制系統配置
　　 
　　　　本段控制是年產3000萬平米石膏板機組全廠電控裝置的組成部分，控制配料及成型系統。主機PLC由一套SLC-5/05主機架及一套擴展機架構成。PLC與上位機通過以太網通信。PLC與變頻器之間，同步系統通過Profibus網通信，以保證同步精確度；PLC與其他原料粉料和紙漿、水等的變頻器之間通過模擬量4～20mA給定。系統采用PLC控制系統，PLC選用Rockwell公司的SLC-5/05，變頻器選用{HotTag}TigerPower TP2200系列產品。在人機界面上根據預先設定的生產速度，由PLC通過變頻器通信口指揮傳動設備的啟停和同步運行。同時生產設備模擬流程圖，變頻器各種運行參數，如實際輸出電壓、輸出功率、輸出頻率、電機運行電流、發生的各種故障等，在人機界面上均可顯示和記錄。
　　
　　2. TP2200變頻器的通信選擇
　　
　　　　變頻器和電動機的連線應遵守國家和國際規定。無輸出濾波器的電動機電纜最大長度，無屏蔽電纜線為100m(4.0～18.5kW)和50m(0.55kW～3.0kW)，選用屏蔽電纜線為以上長度的一半。使用低電容電纜和輸出濾波器，導線長度可以適當加長。7.5kW及以下的變頻器均已內置了EMC濾波器。
　　　　但是本工程最遠點的電動機離本系統控制中心有350m左右，遠遠不能滿足要求。所以決定把變頻器放置在電動機旁邊，在每臺變頻器B口裝上一塊CM-PDP通信卡，通過Profibus-DP現場總線與PLC交換數據。每個AC380V供電電源就近選取即可，節省了動力電纜投資。而且PLC與變頻器間經過總線傳輸數據，比用模擬量信號4～20mA傳輸數據速度更快，精確度更高，同時變頻器還可傳輸更多的內部數據給PLC系統。
　　　　CM-PDP通信卡價格較貴。這里可以利用TP2200的系統總線功能，只須在每個變頻器C口安裝一塊EM-SYS總線卡，把與PLC連接的第一臺變頻器作為主控制器，其他作為從控制器，由第一臺變頻器向其他變頻器發送和接收指令，實現系統同步功能。第一臺變頻器在B口增加一塊CM-PDP卡，與PLC通過Profibus-DP通信，而其他變頻器與PLC的參數交換均通過第一臺變頻器完成。
　　
　　3. TP2200變頻器的安裝和接線
　　
　　　　變頻器是按照產品規范EN61800-3的要求和限定值來設計的，它有工業應用的抗電磁干擾要求。
　　　　變頻器和電抗器應專業地接到有地電位平面，并有良好導電性。變頻器的放電電流可能大于3.5mA，根據EN50178規范，必須提供永久的地線連接。接地保護導線橫截面至少10mm2，或者敷設專用接地裝置。應確保系統和設備內部有良好的等電勢焊接。電控柜、控制面板、機架等設備部件應通過一個平面與電力線連接，并有良好的導電性。
　　　　除變頻器和電動機之間的連線外，還有一些特別要求。電源動力線無長度限制，但它必須和控制線、數據線、電動機線隔離。控制線的屏蔽應在一個大的范圍用良好的導電性在兩端都和地相連接。模擬數據線只需在一端與屏蔽電位連接。如果有直流連接，變頻器應連接到有相同的電源電動勢或者有共同的直流電壓源。線長大于300mm的線必須有屏蔽，并且兩端都連聯接端子。要避免安裝中不必要的線和浮接的敷設。
　　
　　四 TP2200變頻器控制方式設置
　　
　　　　TigerPower TP2200系列變頻器可以通過配置參數30，輕松地改變變頻器的控制方式及I/O的配置。
　　　　(1)V/f控制
　　　　配置110：無速度傳感器式控制，包含三相電動機變速控制的許多標準應用。電動機速度由額定電壓和頻率決定的V/f特性設置。
　　　　(2)智能PI控制
　　　　配置111：無速度傳感器式控制，智能PI控制器，通過軟件功能擴展了無速度傳感器控制的應用，設定值百分比和實際值百分比的PI控制，大大方便用戶。壓力、流量、液面控制和速度模擬量反饋都得到了相關應用。
　　　　(3)磁場定向無傳感器矢量控制
　　　　配置410：無速度傳感器磁場定向控制，包含三相電動機的無速度傳感器磁場控制功能。實時電動機速度的精確控制是結合當前電動機電流、電壓以及參數值通過電動機數學模型計算實現。
　　　　(4)磁場定向閉環速度矢量控制
　　　　配置210：磁場定向控制，包含三相電動機的速度控制和轉矩控制功能，并帶有速度檢測反饋裝置。負載很大時，轉矩和磁場電流的分離控制可以獲得更優的動態性能。為獲得精確的速度和轉矩性能，速度傳感器的反饋必不可少。
　　　　(5)磁場定向閉環轉矩矢量控制
　　　　配置230：擴展了配置210的功能，實現獨立轉矩控制的磁場定向控制。應用時，設定轉矩以百分比表示，并傳遞給相關操作。速度控制和轉矩控制的轉換通過開關量輸入控制。
　　　　根據本生產線的現場實際工作要求，參數30設置為410，即磁場定向無傳感器矢量控制