蔡贵雄
昆明地铁运营有限公司
摘要：变频器作为一种节能产品，为达到节能降耗的目的，在城市轨道交通机电设备中应用较为广泛，尤其应用于地铁机电设备MCC柜系统中控制车站TEF排烟风机的变频器较为常见。本文对变频器在地铁机电MCC柜系统中的应用情况进行了概述，并对变频器在使用过程中对经常出现的故障进行了深入原因分析，提出对变频器故障处理的解决办法及其防范措施，保障了地铁机电设备可靠运行，同时也降低了地铁运营维护成本。
关键词：变频器；机电设备；节能产品；MCC柜系统
由于变频器被广泛应用于交流电机的调速,其节能功用受到了广大的关注。地铁机电设备服务于整个地铁的运营,是一项能源消耗极大的工程项目,而将变频器巧妙的运用到地铁机电设备中,则能够大大的减少地铁车站在各个方面的能源浪费,降低运行成本。作为地铁机电设备中的典型代表,车站MCC柜系统中的TEF排烟风机能源消耗最为巨大,本文将以其为例,对变频器在其中所发挥的作用进行分析，着重对变频器在使用过程中出现的常见故障进行阐述，并提出了防范措施。
1.地铁机电设备MCC柜系统变频器使用情况
地铁机电设备MCC柜系统大多采用美国罗克韦尔自动化公司出品的PowerFlex 750系列变频器，控制系统使用美国Rockwell公司的Logix5561可编程控制器，它支持ControlNet、DH+、RIO、Ethernet和Modbus等多种通讯协议标准。控制车站大系统送风机、排烟风机，MCC柜系统采用PLC控制的DeviceNet的控制网络。是集智能保护设备、智能I/O处理器、网关、联锁继电器、熔断器和接触器等，形成一个集远程与手动控制为一体的多功能控制系统，实现对风机的启停控制，状态监控，以及实时保护的功能。
由于地铁是人员密集的地下建筑，发生火灾造成的人员伤亡绝大多数是被烟气熏倒、中毒、窒息所致，因此TEF风机的排烟兼排热系统设备的功能是否正常显得尤为重要。排烟风机功率为45KW，直接启动会造成电网的波动，为减少电机的启动电流，正常运行设置的风机启动频率设为25HZ。按照设计要求，风机有三种启动模式。即：就地现场级、环控和远控BAS级，其中就地级权限最高。
2.PowerFlex 750变频器使用过程中常见故障处理
2.1通信故障
地铁MCC柜系统排烟风机使用的PowerFlex 750高性能矢量的变频器，其功率范围可达0.75-250KW，输出频率：0-400HZ ，输出电压：0～380V。具有对报警信息和故障诊断，可通过人机界面查询，主驱动器或者任何外围连接设备检测到有故障情况发生时，弹出式故障显示屏将会闪烁提示有故障发生。一般情况下设备性能稳定，但由于变频器外围元器件、安装工艺等不规范会发生故障，造成变频器的使用异常。通信故障表现为网络I/O 超时，面板故障指示灯闪烁红色，故障代码为5037或4037。发生通信网络超时故障，导致排烟风机无法启动，需重新对变频器复位后又能正常。此类故障因随机性较大，主要从变频器外围设备、通信BAS线等方面查找原因。首先检查变频器控制信号线CAN+H正极对CAN-H负极的电压是否正常，正常电压为24V，若低于18V，则重点检查24V电源；检查控制电源线、信号线的通断情况，及变频器控制线端子排接线有无接触不良问题。若电压供电正常，则应检查变频器主板、I/O模块等插件是否安装紧固。
2.2 D网干扰故障
变频器在地铁环境使用过程中，会受到诸如噪声、信号源、电磁信号等干扰，影响了变频器的正常运行。DeviceNet网络的传输介质采用细缆，包括24V直流电源和信号线两组双绞线及信号屏蔽线。D网干扰故障表现为变频器偶尔失控。首先检查屏蔽线是否按照规范接线，以避免降低传输信号的损耗。再次检查系统的接地情况。一般要求电阻不大于2欧姆，Control网络同轴电缆屏蔽层一端接地，另一端悬空，同时与动力电缆分开吊挂，难以分开吊挂的地方穿镀锌铁管加以屏蔽，整个控制系统供电均使用隔离变压器，保证各控制系统的接地良好，且接地电阻不大于2欧姆。另外，DeviceNet网络的主干线两端必须连接终端电阻，开放型连接器的终端电阻可采用121欧姆的普通金属膜电阻，防止外部噪声和电磁信号对网络的干扰。
2.3 网络配置、属性参数设置故障
变频器的正常使用离不开优化的网络配置和正确的参数设置，若参数设置不当，对风机的启动运行达不到最优的控制状态，而且也会带来一些隐性的故障，比如风机的过载保护、加减速启停时间、欠电压保护等属性参数若设置不合理，则会对变频器的使用造成影响，出现停机、故障报警等信息。对变频器的网络配置，要所用RSLinx软件进行通信组态。
所用RSLinx软件是为了建立一个驱动，该驱动提供了计算机与DeviceNet网络之间的通信链接。单击“开始”→“程序”→“Rockwell Software”→“RSLinx”→“RSLinx Classic”,启动RSLinx软件。在RSLinx软件界面中，单击菜单栏“Communication”→“Configure Drivers”。在弹出的标题为Configure Drivers的窗口，单击Available Driver Types下拉框，选择Eth-erNet/IP Driver(工业以太网驱动）。单击“Close”按钮返回到RSlinx软件界面中，单击菜单栏的“Communication”→“RSWho”命令，在弹出的画面中选中右上角“Autobrowse”(自动浏览），左侧窗口会出现配置好的设备图标。逐级打开设备树，单击DeviceNet,在右侧窗口中显示出连在DeviceNet网络下的设备。与DeviceNet网络在线连接，会识别硬件设备，并以图标形式显示出来。在线组态连接在网络上，对扫描器分别进行组态，组态信息下载到扫描器中予以保存。设置变频器的属性参数，用鼠标右键单击“PowerFlex 750”节点5的图标，在弹出的右键快捷菜单中选择“Preperties”（属性）。弹出PowerFlex 750的属性界面后，在General选项卡，可以看出该设备的名称（Name）、描述信息（Description）、节点地址（Address）和产品特性（Device Identi-ty）等信息。单击“Parameters”（参数）选项卡，单击“Unload”按钮，将有关参数从变频器上载。此时，根据实际可对变频器参数进行设置，主要有“Slot”（槽号）、“Address”（节点地址）、I/O参数、波特率、额定电流、工作频率等参数的设定。设置完成后，单击“运用”按钮将修改后的参数下载到变频器中。
3.减少变频器故障的防范措施
3.1选择变频器时应考虑的环境因素
在选择变频器类型时要考虑使用场合的温度和湿度，变频器一般适宜在-10～+40℃的环境温度中工作使用。如果环境温度高于40℃，则每升高1℃，变频器应降额5％使用。
3.2变频器的接地
地线应使用电气设备技术标准规定的产品，并尽量缩短配线。当变频器与其他设备或多台变频器一起接地时，每台设备必须分别和地线连接，不允许一台设备的接电端和另一台设备的接地端相连后再接地。使用带有信号屏蔽线的专用电缆，并做好接地防护。
3.3变频器干扰问题
按规定要求配线，交流输入和变频器之间接入电抗器，可抑制输入电网中的浪涌，并可减少变频器的谐波对外界的干扰；在变频器和电机间接入降低噪声用的电抗器，可以降低电机的机械噪声，特别是在变频器与电机之间连线过长时，为抑制输出电路中的浪涌，必须安装交流电抗器。具体可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。
3.4按要求做好变频器网络配置、属性参数设置
基于DeviceNet变频器控制网络拓扑结构。应包含两层网络，一层是通过DeviceNet网络，将变频器和ControiLogix PLC的DevicetNet模块1756-DNB连接起来；另一层通过以太网交换机将ControiLogix PLC的以太网模块1756-ENBT和装有以太网卡的PC连接起来。DevicetNet网络的电缆的线芯包括两根24V直流电源线、两根信号线和一根信号屏蔽线。变频器安装DevicetNet适配器，其型号选择22-COMM-D。通过22-COMM-D适配卡上的DIP开关1～6位来设置节点地址，7、8位来设置数据传输率，用跳线J2来选择单变频器模式或多变频器模式。将带有22-COMM-D适配器的PowerFlex 750变频器上电，通过其操作面板对其进行参数设置。
结束语：变频器作为现代工业的重要节能产品，已在轨道交通等多个领域有了广泛的应用。为使变频器能在使用过程中保持稳定可靠、发挥出设备的最大效能，除了变频器本身要有优良的性能以外，在对变频器外围元器件、线缆安装配线、网络配置、属性参数设置等方面也要规范操作、合理设置,以便提高设备的可靠度，减少运行维护成本，保障好地铁机电设备MCC柜系统始终处于良好的运行状态。
参考文献:
[1] 赵清，姜海涛.变频器与电动机控制电路解读.北京：电子工业出版社，2011年（中文书）.
[2] 孙刚，张涛.AB变频器及其控制技术.北京：机械工业出版社，2012.
[3] Power Flex Power 750序列交流变频器用户手册，2018年.
[4] 王廷才，变频器原理及应用.北京：机械工业出版社，2010年（中文版）.