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    李方園（1973-）
男，浙江舟山人，畢業于浙江大學電氣自動化專業，高級工程師，浙江工商職業技術學院,長期從事于變頻器等現代工控產品的應用與研究工作。

摘要：變頻器的運轉指令方式是指如何控制變頻器的基本運行功能，這些功能包括啟動、停止、正轉與反轉、正向點動與反向點動、復位等。與變頻器的頻率給定方式一樣，變頻器的運轉指令方式也有操作器鍵盤控制、端子控制和通訊控制三種。這些運轉指令方式必須按照實際的需要進行選擇設置，同時也可以根據功能進行相互之間的方式切換。本文主要闡述的就是變頻器的運轉指令方式。

關鍵詞： 變頻器； 運轉指令方式；端子控制；通訊控制

Abstract:The run command mode of AC converter shows how to control the basic running functions of a converter which include start, stop, run forward/backward, jog, reset and so on. It also has 3 kinds of control such as operator keyboard control, terminal control and communication control just like the set mode of converter frequency. These run command modes have to be set in accordance with practical need and switched one another according to functions. This paper mainly describes the mode of converter run command.

key words: AC converter;Run command mode;Terminal control;Communication control

    變頻器的運轉指令方式是指如何控制變頻器的基本運行功能，這些功能包括啟動、停止、正轉與反轉、正向點動與反向點動、復位等。

    與變頻器的頻率給定方式一樣，變頻器的運轉指令方式也有操作器鍵盤控制、端子控制和通訊控制三種。這些運轉指令方式必須按照實際的需要進行選擇設置，同時也可以根據功能進行相互之間的方式切換。

1 操作器鍵盤控制

    操作器鍵盤控制是變頻器最簡單的運轉指令方式，用戶可以通過變頻器操作器鍵盤上的運行鍵、停止鍵、點動鍵和復位鍵來直接控制變頻器的運轉。

    操作器鍵盤控制的最大特點就是方便實用，同時又能起到報警故障功能，即能夠將變頻器是否運行或故障或報警都能告知給用戶，因此用戶無須配線就能真正了解到變頻器是否確實在運行中、是否在報警（過載、超溫、堵轉等）以及通過LED數碼和LCD液晶顯示故障類型。

    按照前面一節的內容，變頻器的操作器鍵盤通常可以通過延長線放置在用戶容易操作的5米以內的空間里。同理，距離較遠時則必須需要使用遠程操作器鍵盤。

    在操作器鍵盤控制下，變頻器的正轉和反轉可以通過正反轉鍵切換和選擇。如果鍵盤定義的正轉方向與實際電動機的正轉方向（或設備的前行方向）相反時，可以通過修改相關的參數來更正，如有些變頻器參數定義是“正轉有效”或“反轉有效”，有些變頻器參數定義則是“與命令方向相同”或“與命令方向相反”。

    對于某些生產設備是不允許反轉的，如泵類負載，變頻器則專門設置了禁止電動機反轉的功能參數。該功能對端子控制、通訊控制都有效。

2 端子控制

    2.1 基本概念

    端子控制是變頻器的運轉指令通過其外接輸入端子從外部輸入開關信號（或電平信號）來進行控制的方式。

    這時這些由按鈕、選擇開關、繼電器、PLC或DCS的繼電器模塊就替代了操作器鍵盤上的運行鍵、停止鍵、點動鍵和復位鍵，可以在遠距離來控制變頻器的運轉。

    數字量輸入端子與外部接口方式非常靈活，主要有以下幾種：

    （1）干接點方式。它可以使用變頻器內部電源，也可以使用外部電源9-30VDC。這種方式常見于按鈕、繼電器等信號源。

    （2）源極方式。當外部控制器為NPN型的共發射極輸出的連接方式時，為源極方式。這種方式常見于接近開關或旋轉脈沖編碼器輸入信號，用于測速、計數或限位動作等。

    （3）漏極方式。當外部控制器為PNP型的共發射極輸出的連接方式時，為源極方式。這種方式的信號源與源極相同。

    多功能數字量輸入端子的信號定義包括多段速度選擇、多段加減速時間選擇、頻率給定方式切換、運轉命令方式切換、復位和計數輸入等。綜合各類變頻器的輸入定義，具體有以下主要參數：

    ●    帶切換或選擇功能的輸入信號

    （1）多段速選擇。通過選擇這些功能的端子ON/OFF組合，最多可以定義4種（二個輸入端子）或8種（二個輸入端子）或16種（四個輸入端子）速度的運行曲線。

    （2）多種加減速時間的選擇。通過選擇相應數字量輸入端子的ON/OFF組合，最多可以定義2種（一個輸入端子）或4種（二個輸入端子）的加減速時間值。

    （3）多種頻率給定方式的選擇。通過選擇相應數字量輸入端子的ON/OFF組合，可以選擇操作器鍵盤給定、接點給定、模擬量給定、脈沖給定、通訊給定的一種，或者進行運行時的切換選擇。有些變頻器還增加了提供同一種給定方式下不同通道的選擇功能，如一臺變頻器通常有2～3模擬量通道、2個脈沖輸入通道以及幾個接點通道，為了在同一頻率給定方式下不同通道的輸入選擇，就必須進行第二次選擇。

    （4）運轉命令方式的選擇。通過選擇相應數字量輸入端子的ON/OFF組合，可以選擇操作器鍵盤控制、端子控制和通訊控制的切換或選擇。有些變頻器還能提供強制信號電平，保證運行命令的及時性。

    （5）多段閉環PID給定值的選擇。通過選擇相應數字量輸入端子的ON/OFF組合，最多可以定義2種（一個輸入端子）或4種（二個輸入端子）或8種（三個輸入端子）的閉環給定值。

    ●    計數或脈沖輸入信號

    多功能輸入端子能夠接受脈沖輸入信號，這些脈沖信號可以用以計數，也可以用于復位等命令，具體可定義為以下內容：

    （1）計數器清零信號。即對變頻器的內置計數器進行清零操作。

    （2）計數器觸發信號。該使能信號允許變頻器對該數字量輸入端子進行計數，脈沖的最高頻率大約在幾百個赫茲左右，掉電時可以存儲記憶當前計數值。

    （3）外部復位輸入。當變頻器發生故障報警后，通過該端子的定義，對變頻器故障進行復位，其作用與操作器鍵盤的RESET復位鍵一致。

    （4）擺頻狀態復位。當選擇變頻器的擺頻功能時，無論是自動投入還是手動投入，閉合該端子將清楚變頻器內部記憶的擺頻狀態信息。斷開該端子，擺頻重新開始。

    （5）簡易程序控制方式下的停機狀態復位。在簡易程序控制下的停機狀態中，該功能端子有效時將清楚簡易程序停機時記憶的運行階段、運行時間、運行頻率等信息。

    （6）三線制定義。具體可以見前面章節。

    （7）接點給定方式。可以在定義頻率給定方式為接點給定后，定義兩個端子為UP或DOWN功能。

    ●    其他運行輸入信號

    （1）變頻器運行禁止。該端子有效時，運行中的變頻器則自由停車，若是在待機狀態，則禁止起動。本功能主要用于需要安全聯動的場合。

    （2）外部停機命令。該端子有效時，則無論變頻器處于什么運轉模式狀態或是什么運轉給定通道中，都會按照預先定義的停機方式進行停機。它與（1）的區別在于停機方式不同，后者只能是自由停車。

    （3）外部設備故障的常開或常閉信號輸入。通過該端子可以輸入外部設備的故障信號，便于變頻器對外部設備進行故障監視。變頻器在接到外部設備故障信號后，可顯示“外部故障”。該故障信號可以是常開，也可以是常閉輸入方式。

    （4）外部中斷的常開或常閉信號輸入。變頻器在運行過程中，接到外部中斷信號后，封鎖輸出，以零頻運行。一旦外部中斷信號解除，變頻器自動轉速跟蹤起動，恢復運行。其輸入信號也可以是常開和常閉兩種輸入方式。它與（3）的區別在于外部中斷不會引起變頻器的報警，中斷解除后還能正常運行。

    （5）停機直流制動輸入指令。用外部控制端子對停機過程中的電動機實施直流制動，實現電動機的緊急停車和精確定位。

    （6）簡易程序控制暫停指令。用于對運行中的簡易程序控制實現暫停控制，該端子有效時則以零頻運行，簡易程序控制不計時；該端子命令無效后，變頻器自動轉速跟蹤起動，繼續簡易程序運行。

    （7）加減速禁止指令。保持電動機不受任何外來信號的影響，除停機命令外，維持當前轉速運轉。

    （8）正轉點動和反向點動。通過端子的ON/OFF動作，讓變頻器按點動頻率運行的功能，按照運行方式的衍變邏輯，點動功能優先于其他運行方式。

    常見的數字量輸入信號是繼電器觸點、按鈕開關等，這些觸點在閉合時容易發生顫動。又由于變頻器內部接受信號的都是晶體管電路，反映速度極快。因此，輸入觸點的顫動有可能使變頻器內部的接受電路反復接受信號而導致誤動作。為此，有的變頻器設置了防止輸入信號顫動的功能。如西門子440系列變頻器中，功能碼P0724為“1”時，表示防顫動時間為2.5ms；為“2”時，表示防顫動時間為8.2ms；為“3”時，表示防顫動時間為12.3ms。

3 通訊控制

    3.1 基本概念

    通訊控制的方式與通訊給定的方式相同，在不增加線路的情況下，只需對上位機給變頻器的傳輸數據改一下即可對變頻器進行正反轉、點動、故障復位等控制。當然，在通訊控制方式下，操作器STOP鍵的功能設置可以參照端子控制方式。

    通訊端子是所有變頻器都會配置的，但接線方式卻因變頻器的通訊協議不同而不同。基本上，通訊接口端子提供RS232或RS485接口，這是一種最基本的控制端子。

    變頻器的通訊方式可以組成單主單從或單主多從的通訊控制系統，利用上位機（PC機、PLC控制器或DCS控制系統）軟件可實現對網絡中變頻器的實時監控，完成遠程控制、自動控制，以及實現更復雜的運行控制，如無限多段程序運行。

    通訊接口的配線需注意以下事項：（1）每臺變頻器的PE端就近單點接地；（2）每臺變頻器的地線GND連在一起；（3）RS485通訊采用屏蔽電纜，且屏蔽電纜采用單端接地方式，屏蔽電纜的地線和RS485通訊模塊的外殼PE接在一起。

    在采用以上標準配線仍不能滿足要求時，可以繼續采取以下措施：（1）采用隔離的RS485通訊模塊；（2）當由于干擾是從GND線串入變頻器或外部設備的，導致變頻器或外部設備不能正常工作時，可斷開各臺變頻器相連的GND連線。

    常規的通訊端子接線分為三種：（1）變頻器RS232接口與上位機RS232通訊；（2）變頻器通過RS232口后再接調制解調器MODEM與上位機聯機；（3）變頻器RS485接口與上位機RS485通訊。

    3.2 通訊端子的接線及網絡

    這里以安川VS G7變頻器為例介紹通訊端子的連接以及MEMOBUS網絡。所謂MEMOBUS通訊時由一臺上位機與最多31臺從站構成。主站與從站之間的串行通訊通常是主站發出信號，從站響應信號。在某一時刻，主站和一臺從站進行通訊。

    因此，用戶首先必須設置每個從站的地址，主站通過指定地址進行信號傳送。從站接到來自主站的指令執行預定功能，并發送一個響應信號給主站。

    下圖6是MEMOBUS的連接示意，連接非常簡單，這也體現了通訊控制的優點。

圖8   通訊自我測試

4 運轉指令方式之間的切換

    為了增加運轉指令方式的可靠性，幾乎所有的變頻器都有操作器鍵盤按鍵來對上述即幾種方式進行切換，如艾默生EV2000變頻器可以通過PANEL/REMOTE來切換、安川VS G7變頻器可以通過MENU來切換，當然前提是進行必要的參數設置，具體可以參見相關說明書。

    除了鍵盤按鍵切換之外，還有一種就是通過多功能輸入端子的組合來實現運轉指令方式的切換。如下圖9所示，將多功能端子X1、X2定義為運轉指令方式切換1和運轉指令方式切換2，根據表1中的邏輯方式組合就能在操作器鍵盤控制、端子控制和通訊控制之間切換。

    表3   運轉指令方式的切換

參考文獻：

    [1]李方園.變頻器行業應用實踐[M].中國電力出版社,2006. 

    [2]李方園.變頻器自動化工程實踐[M].電子工業出版社,2007.

    [3]張燕賓,胡綱衡,唐瑞球.使用變頻調速技術培訓教程[M]. 機械工業出版社,2004. 

    [4]吳忠智,吳加林.變頻器應用手冊（第2版）[M]. 機械工業出版社,2003.

    [5]吳忠智,黃立培,吳加林.調速用變頻器及配套設備選用指南[M]. 機械工業出版社,2002.

編號：080430