变频器RS-485通讯功能在纺织行业的应用

1 引言
德力西变频恒压供气系统是根据管网瞬时用气量的变化自动调节空压站中空压机的转速和运转台数，使管网压力始终保持恒定的设定压力，从而达到了空压机的节能降耗和提高供气质量的目的，同时实现了控制过程的自动化，并且对空压机进行了超压、过载、过流、欠压等自动报警保护。

2 空压机工作原理
压缩空气是现代纺织企业生产重要的动力源。纺织生产的工序多，各工序对压缩空气的要求不尽相同，因而如何合理选配空气压缩机、使压缩空气满足各工序的生产工艺需要，是关系到现代纺织企业生产能否正常进行的一个重要因素。
空压机选型要保证满足纺织生产各工艺设备对压缩空气的不同要求。喷气织机是压缩空气使用量最大的设备，为了保证喷气织机的正常运行，作为引纬手段而使用的压缩空气质量极为重要，压缩空气质量的好坏，直接影响到产品质量。保证压缩空气的质量，不仅能正常引纬，而且要保证喷气织机的稳定运行和有利于操作环境卫生状况。一般满足喷气织机要求的压缩空气源，只要再符合使用压力需要，就能供纺织各工序的工艺设备使用。通过参考各型喷气织机的使用要求，其所需压缩空气的质量指标主要有：
（1）切实去除液态水分，尽可能去除气态水分，压力露点10℃以下；
（2）去除油气悬体(0.8～1.0)μ的油离子以上的油分;
（3）去除(0.3～1.0)μ以上的粉尘和碳粉粒子；
（4）压力不低于0.7Mpa。
考虑到压缩空气较远距离输送的影响，选择额定排气压力0.8Mpa的机型也完全能满足压缩空气作为轧辊加压、捻接和仪表等用气的质量要求。　　
通常空压站由多台空压机组成，每台空压机都由一台电机拖动，独立进行控制。在实际工作中，空压站按最大工作负荷设计的，所以在用气量少时，启动1～2台机组，用气量大时，启动多台并联运行，在系统预设管网压力值,系统将自动根力值的下限与上限进行自动的加载和卸载，用来满足用气量。空压站这种控制方式，带来许多问题，现有空压站控制通常使用将多余的压缩空气放空、关闭电机或关闭吸气阀使电机处于空转等三种办法来调节排气量，这些供气方式使供气量无法实现连续调节，当用气量不断变化时，供气压力不可避免地产生较大幅度地波动，频繁地启动、停止容易造成设备的损坏，对电网和空压机有相当大的冲击。 

3 改造方案
该公司的1#车间空压机站共有2台132kW，1台93kW的空压机；2#车间空压机站共有1台55kW，1台93kW的空压机；3#车间空压机站共有1台93kW，1台160kW的空压机.主要负责给纺织车间和其他生产车间的生产用气。正常情况下，空压站是连续24h不间断工作。其中白天工作的台数较多，晚上工作的空压机台数较少.其电机工作均采用典型的星三角启动方式。根据该公司车间主任反映，由于用电高峰电网波动和用气量的不一致，导致空气压力波动范围较大，压力不稳定，加上该公司晚上生产线根据生产计划有一部分停开，空载时间较长，造成了更大的能源浪费，且不在用气高峰时，电动机有一部分空载运转，耗能较大，同时产品合格率不高，给生产车间的产品质量带来了不利影响。
3.1 系统参数
1#空压站改造的电机数据如下：
功率：132kW； 额定电流:250A；
额定电压：380V； 电机极数:6；
额定转速：960r/min。
2#空压站改造的电机数据如下：
功率：93kW； 额定电流:170A；
额定电压：380V； 电机极数:4；
额定转速：1470r/min。
3#空压站改造的电机数据如下：
功率：160kW； 额定电流:300A；
额定电压：380V； 电机极数:4；
额定转速：1470r/min。
3.2 变频器柜体参数
变频成套柜体参数如表1所示：

表1 变频成套柜体参数

3.3 系统要求及解决方案
根据现场工况，在仔细听取用户的意见后，方案应该要满足以下要求：
（1）工艺要求
● 生产不能影响，必须要带工频旁路系统；
● 压力波动范围要保持在正负0.02Mpa以内；
● 不影响原先星—三角线路的运行，线路不能做太大的改变；
● 变频器具备RS-485通讯功能，可以对电流、频率、故障等参数进行监控； 
● 节电效果明显。
（2）解决方案
在以上要求的前提下，笔者设计了如下方案：
● 由于要加装工/变频切换线路，所以必须在变频器外面加装柜体，柜体上面带有电流、频率、故障等指示，同时控制端子上留有RS-485通讯接口，与系统组网控制。
● 采用变频器自带的PID闭环控制功能，无须外接恒压闭环控制器。设计将主回路与原线路作串联连接，无须作太大的改变。
● 考虑到空压机站由于电动机温升和油温的温度高，油污灰尘比较多，环境比较恶劣，要求柜体的防护等级较高，并且要采取足够的通风措施。
3.4 主电路组成
（1）工/变频运行
工/变频运行切换主电路接线如图1所示。

图1中QF1是断路器，控制变频成套柜的总电源，KM1为变频器电源接触器，KM2为变频输出接触器，KM3为工频旁路输出接触器。其中KM2与KM3要进行电气连锁，以防止电源反向输入，使变频器损坏。该变频成套柜体的工作过程如下：
变频工作时:先启动变频器电源，然后按下原星—三角启动按钮，再将转换开关拨至变频位置，KM2接触器吸合，最后才能按下变频器的运行开关。
工频工作时:先将转换开关打到工频位置，KM3接触器吸合，最后再按下原星—三角的启动按钮。
用户在听取笔者的方案后，提出了一个疑问：在这个繁琐工作过程中，存在着一个误操作的问题，如果先按下变频器的运行开关，再去按原星—三角启动按钮，则可能引起变频器过电流，从而保护停机。为防止这种情况的发生，笔者设计了如图2所示的电路：

即用△接触器的辅助常开触点闭合时给变频器一个定时信号，经过一定的延时后，变频器输出一个开关量来控制变频器的运行输出。该连接可以有效防止在Y/△启动器没有完全切换好的情况下变频器有输出电压。
变频器逻辑延时控制参数表如表2所示。

3.5 RS-485通讯组成
CDI9000系列变频器RS-485通讯特点：
（1）在使用RS-485串行通讯界面前，必须先用键盘设置变频器的“RS-485波特率”及“通讯地址”。
（2）采用异步传输，一台主机发送，可多台从机接收，没有接收到主机的请求，从机不能主动发送信息。
变频器通讯参数设定如表3所示。

3.6 硬件结构
系统硬件结构配置如图3所示。

3.7 软件编程
软件部分主要由台达DOP-A57GSTD触摸屏与DVP14SS11T2可编程控制器组成。
人机界面采用中文菜单，界面友好，直观显示，功能强大。画面结构主要如图4所示。

说明：ABC三个区监控分别为1#、2#、3#空压站的工况运行情况；另设一个本地/远控切换开关，管道压力可以由人机接口设定，也可以由变频器数字操作器给定，实现多地控制；主机可以查看变频器工作状态以及故障记录，累计运行时间等内容；当变频器发生故障时，马上给出报警信号驱动报警灯，提醒值班人员。
（1）通讯程序
CDI9000的RS-485通讯协议数字元格式如表4所示:

表4 数字元格式

1位起始位；
8位数据位；
奇偶校验：无；
1位停止位。
（2）程序范例
CDI9000变频器串行数据传输实例如图5所示。

该程序是先将发送数据内容预先写入D100开始之寄存器内，再将M1122设为On。
当X10=on时，RS指令执行PLC即进入等待传送、接受数据的状态。
当数据接受完毕标志（M1123）自动on，程序中处理完接受数据后，须将M1123 RESET为off，再度进入等待传送接收的状态。
举例：当操作人员监控编号11#变频器的输出频率状态时，根据通讯协议格式，编码如下：
A=11=0BH (变频器地址为“0BH”)
K=07H (功能参数查询为“07H”)
P1P0=0001H (输出频率功能号为“0001H”)
D3=00H (数据高字节为“00H”)
D2=00H (数据次高字节为“00H”)
D1=00H (数据次低字节为“00H”)
D0=00H (数据低字节为“00H”)
S=13H (和校验字节为“12H”)
(S=0BH+07H+00H+01H+00H+00H+00H+00H=13H)
主机(电脑)先后依次发送字节如下的数据包ASCII：

3ah,30h,42h,30h,37h,30h,30h,30h,31h,30h,30h,30h,30h,30h,30h,30h,30h,31h,33h,0dh,0ah
若11#变频器“输出频率”为35.00Hz。
35.00去掉小数为3500D=0DACH
D3=00H (数据高字节为“00H”)
D2=00H (数据次高字节为“00H”)
D1=0DH (数据次低字节为“0DH”)
D0=ACH (数据低字节为“ACH”)
S=CCH (和校验字节为“12H”)
(S=0BH+07H+00H+01H+00H+00H+0DH+ACH=CCH)