变频器冗余系统的设计与应用

TECHNOLOGY AND INFORMATION 基于SIMATIC S7-1500H的舞台机械冗余控制系统侯俊杰 白彦斌甘肃工大舞台技术工程有限公司 甘肃 兰州 730050摘 要 针对如何提升舞台机械系统控制系统可靠性的需求，在现有舞台机械控制系统的基础上，从系统的高可靠性、高性价比的角度出发，研发了一种基于SIMATIC S7-1500H的舞台机械冗余控制系统。

该系统先是利用S7-1500H搭建PLC冗余和环网冗余的硬件结构，然后通过软件设计实现设备运动控制、系统实时监控功能，最后经过对冗余控制系统进行试验验证。

试验结果表明该系统能够有效降低舞台机械控制系统的故障率，提升系统的可靠性。

关键词 舞台机械；SIMATIC S7-1500H冗余系统；MRP环网冗余Stage Machinery Redundancy Control System Based on SIMATIC S7-1500HHou Jun-jie, Bai Yan-binGansu University of Technology Stage Technology Engineering Co., Ltd., Lanzhou 730050, Gansu Province, ChinaAbstract In order to improve the reliability of stage machinery control system, a stage machinery redundancy controlsystem based on SIMATIC S7-1500H is developed on the basis of the existing stage machinery control system and from theperspective of high reliability and high cost performance. This system firstly uses S7-1500h to build the hardware structureof PLC redundancy and loop network redundancy, and then realizes the function of equipment movement control and systemreal-time monitoring through software design. Finally, the redundant control system is tested and verified, which demonstratethat this system can effectively reduce the failure rate of stage machinery control system and improve the reliability of thesystem.Key words stage machinery; SIMATIC S7-1500H redundancy system; MRP loop network redundancy引言近年来，随着文化产业的迅速发展，现代舞台机械控制系统的功能越来越完善，同时系统结构也变得尤为庞杂，故障率随之增加，所以对舞台机械控制系统安全可靠运行的要求也愈发严格[1]。

远程与继续教育学院本科生毕业论文（设计）题目：基于PLC和变频器在供水系统中的应用学习中心：重庆市长寿区奥鹏学习中心层次：专科起点本科专业：电气工程机自动化年级： 2013 年春季学号： 201303547431学生：杨月红指导教师：高国娟完成日期： 2014 年 12 月 26日内容摘要本论文先从供水系统的控制理念、方案设计出发，从PLC和变频器的选择、应用和对变频器的选择、安装，以及与PLC可编程控制器共同实现供水系统的控制的操作要点、安装要点、调试要点进行详细的介绍；并对改造后的结论通过计算得出合理的结论。

关键词：控制系统；变频器和PLC的选择、安装；变频器与PLC的调试；目录内容摘要 (I)引言 (1)1 绪言 (2)2 PLC和变频器在供水系统的运用 (3)2.1 PLC和变频器在供水系统的基本控制原理 (3)2.1.1 供水系统原理 (3)2.1.2 PLC和变频器的选择 (4)2.1.3 PLC和变频器等构成的控制系统接线图 (7)2.1.4 手/自动变频方式 (9)2.2 PLC和变频器的安装 (9)2.2.1 PLC的安装 (10)2.2.2 变频器的安装 (11)3 变频器调试 (14)3.1 变频器的空载通电试验 (14)3.2 变频器带电机空载运行 (14)3.3 变频器带载荷试运行 (15)3.4 变频器与PLC的RS485通讯 (15)4 变频器故障处理与分析 (18)5 变频器改造的作用及效果 (19)6 结论 (21)参考文献 (22)变频器是运动控制系统中的功率变换器。

当今的运动控制系统是包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是：驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。

因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。

20 世纪80 年代后期，变频器被引进中国市场，人们对变频器的了解也仅处于初期阶段，而且市场上变频器的数量还十分有限，且价格高昂，所以变频器在80年代运用具有很多局限性，变频器的发展也很缓慢。

0引言湄洲湾港东吴港区东吴作业区东1#、东2#泊位为大型散货码头，在装卸船生产过程中带式输送机需要不间断运行，如果带式输送机流程停机会出现装卸船停产现象，给港区及货主带来巨大损失，对作为带式输送机控制系统核心的PLC 在稳定性和可靠性方面提出了很高的要求，所以港区带式输送机程控系统采用西门子PLC 双机热备冗余、WINCC 上位机以及分布式I/O 设计，以保证系统的高效稳定性。

1程控系统网络结构带式输送机程控系统采用监控层、控制层和现场设备层的三层结构和PROFIBUS-DP 现场总线、工业以太网的两层网络控制模式。

设备层由分布式I/O ET200M/LINK 连接现场设备。

控制层主要包括CPU417-4H 硬件冗余PLC 、CPU 冗余电源模块PS407、以太网通信模块CP443-1，主备CPU 通过冗余以太网通信模块进行信息交互。

设备层与控制层通过PROFIBUS-DP 协议进行数据传送。

监控层通过工业以太网协议与控制层进行数据交换。

系统拓扑网络结构图如图1、图2所示。

西门子PLC 双机热备冗余系统在散货港口带式输送机自动化控制系统中的应用连俊摘要大型煤炭及铁矿石散货船靠泊装卸船作业量大、时间紧，对带式输送机程控系统的稳定性、高效性和可靠性提出了较高的要求，本文针对装卸船工艺流程的需求特点，介绍采用双机热备控制方式，实现基于西门子S7-400H PLC 的冗余系统，底层设备以分布式I/O 从站进行输入信号的采集及输出驱动控制，采用PROFIBUS 现场总线和工业以太网进行信号的可靠性传输，采用WINCC 组态软件技术实现带式输送机程控系统的上位监控，该系统通过PLC 冗余技术、网络技术、现场总线、组态软件等技术，满足带式输送机程控系统对稳定性、高效性和可靠性的要求，自运行以来，工作稳定，故障率低，满足大型散货船靠泊装卸船作业需求，取得了显著的经济效益和社会效益。

关键词s7-400h plc ；冗余；profibus ；wincc ；工业以太网；带式输送机自动化控制中图分类号:TD94;TP273文献标识码:A DOI ：10.19694/ki.issn2095-2457.2020.22.23连俊福建八方港口发展有限公司遥. All Rights Reserved.1.1监控层在带式输送机程控系统上位监控部分，采用西门子WINCC 组态软件开发上位机界面，实现对带式输送机及其辅助设备的启停、运行状态、电机温度、轴承温度、物料流量等进行监控和设置。

变频器在船舶推进系统中有什么应用在现代船舶领域，技术的不断进步推动着各个系统的优化与升级，船舶推进系统便是其中之一。

变频器作为一项关键技术，在船舶推进系统中发挥着重要作用。

首先，我们来了解一下什么是变频器。

简单来说，变频器是一种能够改变电源频率的设备。

通过调整电源的频率，变频器可以实现对电机转速的精确控制，从而满足不同工况下的需求。

在船舶推进系统中，变频器的应用带来了诸多显著的优势。

其中之一便是提高了船舶的推进效率。

传统的船舶推进系统往往采用固定转速的发动机，其输出功率和转速相对固定，难以根据实际航行条件进行灵活调整。

而变频器的引入使得船舶推进电机的转速可以根据负载变化、航行速度以及海况等因素进行实时调节。

例如，在轻载或低速航行时，可以降低电机转速，减少能耗；在重载或需要快速航行时，则提高转速，保证足够的动力输出。

这样一来，船舶在各种工况下都能保持较高的推进效率，降低燃油消耗，提高运营经济性。

其次，变频器有助于实现船舶的精确操控。

船舶在航行过程中，需要频繁地进行加速、减速、转向等操作。

通过变频器对推进电机的精准调速，可以使船舶的响应更加迅速和准确，提高船舶的操纵性能。

无论是在狭窄的航道中航行，还是在复杂的海况下进行避让操作，都能够更加得心应手，增强了船舶的航行安全性。

再者，变频器能够降低船舶的噪音和振动。

由于变频器可以实现电机的平滑启动和调速，避免了传统直接启动方式带来的冲击和突变，从而有效地减少了机械部件之间的磨损和振动。

这不仅降低了船舶内部的噪音水平，提高了船员的工作和生活环境质量，还延长了船舶推进系统的使用寿命，降低了维护成本。

另外，变频器还为船舶推进系统的智能化和自动化控制提供了基础。

借助先进的传感器和控制系统，结合变频器对电机的精确控制，可以实现船舶推进系统的自动监测、故障诊断和智能调节。

例如，当系统检测到某个部件出现异常时，可以自动调整推进电机的工作状态，以减轻故障对船舶航行的影响，并及时发出警报通知船员进行维修。

探讨双变频器冗余控制改进设计【Abstract】With the continuous expansion of chemicalproduction equipment, the load of power supply equipment is increasing, especially the reliable and safe operation of high-power motor is particularly important. With the exploration and application of new technology, the design of redundant undisturbed control of double frequency converter is improved and optimized, which further confirms the reliability and perfection of control performance, ensures the continuous normal operation of chemical production process and equipment, and avoids serious economic losses caused by abnormal shutdown.【Key words】Control design, double frequency conversion redundancy switch【摘要】随着化工生产设备的不断扩大，供电设备的负荷也越来越大，尤其是大功率电机的可靠安全运行显得尤为重要。

随着新技术的探索和应用，对双变频器冗余无扰动控制设计进行了改进和优化，进一步确认了控制性能的可靠性和完善性，保证了化工生产工艺和设备的连续正常运行，并避免了因非正常停工而造成的严重经济损失。

高压变频器原理及应用1、引言电机是工业生产中主要的耗电设备，高压大功率电动机的应用更为突出，而这些设备大部分都存在很大的节能潜力。

所以大力发展高压大功率变频调速技术具有时代的必要性和迫切性.目前，随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题,近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。

其应用领域和范围也越来越为广范，这为工矿企业高效、合理地利用能源（尤其是电能）提供了技术先决条件。

2、几种常用高压变频器的主电路分析（1)单元串联多重化电压源型高压变频器.单元串联多重化电压源型高压变频器利用低压单相变频器串联,弥补功率器件IGBT的耐压能力的不足。

所谓多重化，就是每相由几个低压功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器供电，用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动。

但其存在以下缺点：a)使用的功率单元及功率器件数量太多，6kV系统要使用150只功率器件(90只二极管，60只IGBT),装置的体积太大，重量大，安装位置和基建投资成问题；b）所需高压电缆太多,系统的内阻无形中增大，接线太多，故障点相应的增多；c)一个单元损坏时，单元可旁路，但此时输出电压不平衡中心点的电压是浮动的,造成电压、电流不平衡,从而谐波也相应的增大，勉强运行时终究会导致电动机的损坏；d)输出电压波形在额定负载时尚好，低于25Hz以下畸变突出；e）输出电压波形在额定负载时尚好，低于25Hz以下畸变突出;f）由于系统中存在着变压器，系统效率再提高不容易实现;移相变压器中,6kV三相6绕组×3（10kV时需12绕组×3）延边三角形接法，在三相电压不平衡（实际上三相电压是不可能绝对平衡的）时，产生的内部环流，必将引起内阻的增加和电流的损耗,也相应的就造成了变压器的铜损增大.此时，再加上变压器的铁芯的固有损耗，变压器的效率就会降低,也就影响了整个高压变频器的效率。

ACS880系列变频器故障应急优化方案王赓; 李理; 栾生武; 周雷【期刊名称】《《鞍钢技术》》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】5页(P66-70)【关键词】铸造起重机; 变频器; 故障处理【作者】王赓; 李理; 栾生武; 周雷【作者单位】鞍钢股份有限公司炼钢总厂辽宁鞍山 114021【正文语种】中文【中图分类】TF537鞍钢股份有限公司炼钢总厂三分厂330/80 t铸造起重机（以下称330 t起重机）主要担负为连铸机及真空处理系统倒运钢水罐的任务，是连铸生产系统的“瓶颈”。

全车各运行机构电气控制均采用变频调速装置，变频器是其电控系统中最关键的电气部件。

常规电气设计方案中,当起重机某一机构的变频器发生故障损坏时，必须立即停车更换，需时长4 h，导致连铸机降速或断浇，给生产造成重大经济损失。

为适应三分厂1#、2#连铸机改造升级及钢水罐增容的客观需求，分别于2016年12月和2017年2月对2台330 t起重机进行了设备升级改造，全车电控系统采用多传系统变频器控制装置（ABB 公司 ACS880 系列）［1］。

为确保起重机电气控制系统长周期稳定运行，对其进行了优化设计，以便发生故障及时处理，确保起重机的安全运行，避免生产过程中非计划停机、停产。

1 330 t起重机电控系统简介330 t起重机的电控系统主要由大车运行、主起升、副起升、主小车运行、副小车运行等机构组成，电气传动单线图见图1。

其中，起重机各运行机构供电由2套整流模块（ISU）提供［2］。

大车运行机构由两套逆变模块分别驱动4台75 kW变频电机，主起升机构分别由两套逆变模块驱动2台450 kW变频电机，副起升机构由一套逆变模块驱动1台200 kW变频电机，主小车运行机构由一套逆变模块分别驱动2台30 kW变频电机［3］，副小车运行机构由一套逆变模块分别驱动2台11 kW变频电机。

图1 330 t起重机电气传动单线图2 优化方案为避免因起重机变频器故障给生产带来严重影响，优化原电气控制系统，采用“冗余设计”，达到快速处理变频器故障的目的。

浅谈变频器组冗余配置在输送系统的应用在现代工业输送系统中，变频器如同一位精准的指挥家，调控着电机的转速和扭矩，确保物料流动的节奏与和谐。

然而，当这位指挥家因故障而退场时，整个乐队可能会陷入混乱。

因此，变频器组的冗余配置成为了保障输送系统稳定运行的关键策略。

首先，我们来剖析一下变频器冗余配置的重要性。

在没有冗余的情况下，一旦主变频器出现故障，整个输送系统就如同失去了心脏，生产线可能因此停摆，造成巨大的经济损失和安全隐患。

而冗余配置就像是给系统装上了一副“心脏起搏器”，在主变频器失效时，备用变频器能够迅速接管控制，确保系统的连续运行。

接下来，让我们探讨一下变频器冗余配置的具体实施方式。

通常有两种常见的模式：1+1冗余和N+1冗余。

1+1冗余意味着每个变频器都有一个完全相同的备份，这种配置就像是给每位乐手都准备了一个替补，确保任何时候演出都能顺利进行。

而N+1冗余则是多个变频器共享一个备用单元，这就像是为整个乐队准备了一个全能替补，虽然成本更低，但在应对多个同时发生的故障时可能会显得力不从心。

那么，如何选择合适的冗余配置呢？这需要根据输送系统的重要性、故障后果以及预算来决定。

对于一些关键生产线，如药品制造或食品加工，1+1冗余无疑是最稳妥的选择，因为它能够最大限度地减少生产中断的风险。

而对于一些非关键应用，如仓库的货物搬运，N+1冗余或许是一个更经济实用的方案。

此外，我们还需要考虑冗余切换的时间和复杂性。

理想情况下，冗余切换应该是无缝的，即在主变频器出现问题时，备用变频器能够在毫秒级的时间内接管控制，避免对生产过程造成任何影响。

这就像是一场精心排练的接力赛，每一位选手都能够在上一位选手倒下的瞬间立即接过接力棒，继续前进。

最后，让我们不要忘记维护和测试的重要性。

即使是最先进的冗余系统，也需要定期的检查和维护来确保其可靠性。

这就像是对乐器进行调音和保养，只有保持最佳状态，才能在关键时刻发挥出最好的性能。

综上所述，变频器组的冗余配置在输送系统中的应用就像是为一场精密的交响乐提供了双重保险。

凝结水泵变频器一拖二运行方式的应用与控制摘要：工业过程控制中经常会用到变频器，特别是最近几年，随着节能降耗的呼声越来越高，变频器在各类风机和水泵的控制系统中也应用的越来越多。

当今主流的工业控制设计都会配备两台泵/风机，互为备用，并配备一台变频器的一拖二运行方式，即一台变频器即可满足生产需要。

该一拖二运行方式使电机不需要运行在工频模式下，节约大量的厂用电。

本文就变频器一拖二运行方式的应用与控制问题进行了相关探讨。

关键词：变频器；一拖二；控制0.引言在广泛使用变频器之前，一般采用液力耦合器或定速泵配合出口调整门的方式来调节工质压力，但这种方式只是以结果为导向，电机本身的功率并没有减少。

而电机的功率都是按照最大出力并预留一定裕度进行配置，也就是说，正常生产工程中，电机一直处于“大马拉小车”的状态。

这造成了大量的电能损耗，以及因为节流损失，出口调整门的阀芯磨损、压力过高DCS过程控制较为困难等。

直到后来变频器的广泛使用才改变了这一现状。

变频器主要用于工业控制系统中的电机变频调节，使用非常广泛。

通过改变电机输入频率，减小运行电流和功率，达到节能的目的。

而且电机通过变频启动，启动电流小，避免了较大的电机启动电流，延长电机使用寿命，以及对系统管道的冲击。

工业过程控制中，为提高系统安全性，一般针对水泵都是采用双冗余设置，即一用一备。

在新的工厂设计时，考虑投资成本问题，一般都只设置一台变频器与两台水泵配对，采用一拖二的运行方式。

1．变频器在工业控制中的应用（1）变频器原理变频器应用了最新的变频技术和微电子技术，它通过改变变频器输出的工作电源频率的方式来控制电动机。

变频器安装在电源和电机之间，电源中的电力进入变频器，经变频器调节后的电源供应给电机适合当前出力需要的电力。

在变频器中，输入的50HZ交流电通过整流器，整流器能够将输入的交流电转化为直流电，然后输入变频器内部的电容平滑电压波形。

经过电容后的直流电经过逆变器后将直流电转化为交流电输出，供应电机需求。

ABB变频器的特点和应用领域ABB变频器具有以下特点：1) ABB变频器专为工业应用而设计，特殊适合于工业过程掌握领域，例如纸浆与造纸、金属、采矿、水泥、电力、化工等。

ABB变频器不仅可以作为完整的沟通传动掌握装置，也可以作为模块单元，从而满意用户、OEM和系统集成的需求。

2) ABB变频器具有高速敏捷性，经过肯定的配置，能满意工业领域沟通调速系统的各种精确掌握要求。

ABB变频器掩盖了功率与电压的广泛领域，ABB变频器配有多种内置可选项。

ABB变频器的一个关键特性是可编程掌握特性，因此能轻松自如地适应不同的应用领域。

3) ABB变频器根据电流额定值来设计，可以应用在需要高过载力量的场合。

ABB变频器的核心是DTC，DTC能供应极高的系统性能，如高精度的动态速度与转矩掌握，起动力矩大，可使用较长的电动机电缆。

内置的传动选项使得安装更快捷和简洁，结实的机壳和柜体（多种的防护等级）同功率端子一样专为恶劣的工业环境而设计。

4) ABB变频器产品具有很长的使用寿命，这是产品设计中最重要的原则之一。

例如，风机、电容等易损耗部件依据延长产品使用寿命的原则进行选型。

同时产品具有强大的爱护力量，这使得ABB变频器产品在不断成长的工业领域得以广泛的应用。

5) ABB变频器具有紧凑的模块化设计，很宽的功率、电压范围和多种可选件，从而供应了优化、简洁的柜体安装方式，尤其在大功率方面可以供应冗余功能。

6) ABB变频器具有友好的用户接口，简洁快捷的调试和操作，可以简易地使用PC软件工具进行调试、维护、监视和编程。

敏捷、可编程的ABB变频器可以满意不同工业现场的多种应用需求。

7) ABB变频器可以很好地与工艺流程掌握系统结合，来达到最优的速度和最优的转矩，并且保持高精度，这样能够保证生产线的最终产品的稳定品质。

ABB变频器可以平滑地调整电动机的转速和转矩，降低了对电动机和驱动机械设备的磨损。

8)在节能降耗的大环境下，ABB变频器在风力发电和太阳能发电领域有着宽阔的进展前途。

基于变频空调系统的电气设计研究摘要:随着科技的发展和能源需求的日益增长，变频空调系统在电气设计中扮演着越来越重要的角色。

本文介绍了基于变频空调系统的电气设计研究，包括电气系统的组成、工作原理、控制策略、电气元件的选型和布局、变频空调系统的电气设计以及电气设计的关键技术问题等方面分析研究。

通过对变频空调系统的深入分析和研究，旨在提高空调系统的能效、舒适度和可靠性，同时降低噪音和振动等不良影响。

本文的研究成果对于变频空调系统的设计和应用具有一定的参考价值。

关键词：变频空调系统；电气设计；控制策略；能效；舒适度Abstract: With the development of technology and the increasing demand for energy, variable frequency air conditioning systems play an increasingly important role in electrical design. This article introduces the electrical design research based on variable frequencyair conditioning systems, including the composition, working principle, control strategy, selection and layout of electrical components, electrical design of variable frequency air conditioning systems, and key technical issues in electrical design analysis and research. Through in-depth analysis and research on variable frequency air conditioning systems, the aim is to improve the energy efficiency, comfort, and reliability of the air conditioning system, whilereducing adverse effects such as noise and vibration. The research results of this article have certain reference value for the designand application of variable frequency air conditioning systems.Keywords: Variable frequency air conditioning system; Electrical design; Control strategy; Energy efficiency; Comfort level引言随着能源短缺和环境问题的日益严重，节能减排已经成为当今社会的重要议题。