SEW变频器在IA Series DCS系统中的应用

【摘要】介绍SEW MOVITRAC LTS系列变频器在I/A Series智能自动化系列DCS系统中的应用，以及在变频器不能满足自动控制条件下处理方案研究及实施方案。介绍直流信号隔离器工作原理以及实际应用方法。

【关键词】SEW I/A Series系统；变频调速；自动控制；信号隔离器

1.引言

氧化铝厂1#、2＃蒸发站Ⅴ、Ⅵ效出料泵原采用AB变频器调速，变频器型号为AB PowerFlex 700 20B C 160 A O ANNANCO，功率为55KW；电机型号为Y250M-4WF1，功率为55KW。自投产以来这四台AB变频器频繁出问题，经解体检查这四台变频器内部硬件均存在问题，但配件采购困难，为满足生产，将其中一台变频器拆成备件使用。

同时为消除氧化铝厂生产系统中的冗余设备，决定将溶出车间后槽搅拌的SEW变频器取消，将其投入到蒸发站使用。其SEW变频器型号为MOVITRAC LTS MC LTS A0750-5A3-1-00，功率为75KW。

2.自动控制系统构成

目前我公司使用的是美国FOXBORO公司推出的新一代工业控制系统—I/A Series智能自动化系列。I/A Series率先突破了封闭式发展的制约，广泛地采用国际标准，其产品符合国际标准化组织提出的开放系统互连参考模型。这样的系统允许将其它制造厂家的产品纳入自己的系统。

I/A Series系统的通讯网络是建立在国际标准化组织所定义的开放系统互连标准基础上的，并符合IEEE的规范，是按照局域概念搞糟的标准网。

I/A Series的通讯网络结构分为四个层次：1)宽带局域网；2)载波带局域网；3)节点总线；4)现场总线。

3.蒸发站过料泵的控制

蒸发站在运行过程中，各效液位要求保持在55%左右，因此，就要求过料泵投锁进行自动调速来实现，在正常情况下，投锁自动，则由该效液位对过料泵的转速进行控制，而投入自动的前提条件是过料泵转速信号、轴封水信号、该效液位信号必须正常。

因此，当过料泵转速信号、轴封水信号、该效液位信号出现故障时，将会出现一个报警，从而导致过料泵无法投锁自动。我们现在要处理的问题是蒸发站的过料泵必须要有转速反馈信号且转速反馈信号必须是稳定的，以便于过料泵能投锁自动，以实现蒸发站的自动化控制，以保证生产的稳定有序进行。

此外，在高度自动化的系统中，在人机界面设置电流反馈信号是有必要的，特别是对于比较重要的设备，这样可以方便地监测设备的运行状态。在设备出现故障时，可以及时地发现以便于做出相应对策。

4.SEW变频器特性

SEW MOVITRAC LTS变频器功率范围达到160KW，适用于几乎所有的开环驱动应用，可对SEW和非SEW交流减速电机进行变频调速。其特点如下：(1)外型紧凑；(2)可以应用于恶劣的工业场合，环境温度等级50度；(3)机械和电气安装简单；(4)操作简单，性能优越，易于应用；(5)初始化简单，出厂设定值几乎适用于大多数应用。

从《SEW变频器使用指南》中的控制端子图(如图2)及其它相关内容中可以看到，SEW变频器模拟量输入部份可以接收0-10V或4-20mA模拟信号，而模拟量输出部份，SEW MOVITRAC LTS变频器仅仅提供了单模拟量0-10V信号输出，不能满足生产需求，这就需要改造。

需要处理问题：(1)提供双模拟量信号返回DCS系统；(2)返回的模拟量信号必须为4-20mA；(3)模拟量信号必须准确稳定。

4.1 模拟信号的方案选择

4.1.1 模拟量输出由0-10V转换为4-20mA方案

(1)在变频器模拟量输出端增加直流信号隔离器转换。直流信号隔离器型号：YQS-TDD1-6001-00，电源：20-30VDC，输入：0-10V；输出：4-20mA。

YQS-TD型直流信号隔离器特性：1)将现场设备的直流信号输入；2)标准模拟信号电隔离；3)线性化转换输出，可选择4-20mA或1-5V信号输出，或其它所需的直流信号；4)模块化表芯设计，无需零点和满度调节；5)单通道，一路输入一路输出，输入回路短路保护；6)即插即拔式接线端子，DIN导轨卡式安装。

直流信号隔离器采用了先进的数字化技术，在对高、低频干扰信号的抑制方面均有着优异表现，即使在大功率变频控制系统中依然能够可靠应用，内部采用数字化调校、无零点及满度电位器、自动动态校准零点、温度漂移自动补偿等诸多先进技术，并符合IEC61000-4-4：1995中所规定的第四类(恶劣工业现场)环境对产品的抗电磁干扰要求，这一系列技术的应用使产品的稳定性及可靠性得到科学的保证。

(2)在DCS系统通过对应FBM现场总线组件模块转换，但它们价格昂贵，而且它们的隔离强度、抗无限射频/电磁干扰(RFI/EMI)指标及应用灵活性比信号隔离器差，更不可能像信号隔离器那样还可解决信号转换及信号分配等问题。况且电压信号在从变频器输送到DCS系统时经过了长距离的传输，信号容易受到干扰，所以此方法不宜采用。

4.1.2 将单模拟量输出改成双模拟量信号输出方案

(1)将YQS-TD型直流信号转换得到的单模拟量4-20mA模拟信号通过GXGS-2113K卡式信号隔离器(一拖二)分成4-20mA双模拟信号输出。这个方案可以成功获得4-20mA双模拟信号。但是，在SEW变频器8、9号端子控制输出中，我们可以定义输出的模拟量为电机转速或电机电流。如果我们定义为电流，电流的输出是与负载有关系的；如果定义为转速，则转速是由DCS系统给定的，这两组模拟量信号使用的性质的同。所以，这一组模拟量信号只能提供一组模拟量信号，不能通过信号隔离器分成双模拟量信号。SEW变频器模拟量输出参数见表1。

4.2 方案确定

从以上分析中，我们的方案已经确定，通过YQS-TD系列直流信号隔离器将变频器模拟量输出由0-10V转换为4-20mA，通过GXGS-2113K卡式信号隔离器将DCS系统4-20mA模拟量输入信号分成4～20mA双模拟信号输出。

5.结论

变频器在氧化铝厂应用非常广泛，特别是蒸发站的过料泵，全部都是用变频器控制，在节能降耗方面发挥了重要作用，所产生的效益是非常可观的。

变频调速是电气传动系统工程，而变频器只是其中的一部分，变频器容量、类型的选择，电气保护回路和控制回路的设计关系到变频调速系统应用的可靠性、安全性和经济性。变频调速系统是基于微电子、电力电子、计算机、自动控制和电机等技术上发展而来的，有其先进性，但也有其不足之处，而当我们遇到这些不足的问题时该如何处理，就是我们要思考的问题。

此次将75KW的SEW MOVITRAC LTS系列变频器投入I/A Series系统使用，经过长时间的运行，发现变频器运行稳定，能够与液位正常联锁，调速平稳，在DCS系统电流显示的数据与变频器实际电流数据相符。由此证明了这项应用设计是有效的。

参考文献

[1]张燕宾.变频调速应用实践[M].北京:机械工业出版社,2004.

作者简介：牙程（1982—），男，壮族，广西东兰人，大学本科，广西华银铝业有限公司助理工程师，研究方向：电气工程及其自动化。