浅谈地铁机电设备变频器疑难故障处理及其防范技术

浅谈地铁机电设备变频器疑难故障处理及其防范技术
发布时间：2022-08-31T06:51:41.258Z 来源：《科技新时代》2022年3期作者：蔡贵雄
[导读] 由于变频器在节能方面经济效果显著，
蔡贵雄
昆明地铁运营有限公司
摘要：由于变频器在节能方面经济效果显著，因此在城市轨道交通机电设备中应用较为广泛，由于运用变频器可以实现交流电机的无级调速，应用于地铁机电设备MCC柜智能控制系统中控制车站TEF排烟风机更为常见。

本文对变频器在地铁机电MCC柜智能控制系统中的应用情况进行了阐述，并针对变频器在日常使用过程中疑难故障进行了深入原因分析，提出对变频器疑难及常见故障处理的防范技术，保障地铁机电设备稳定运行。

关键词：变频器；节能；机电设备；MCC柜智能系统
随着变频技术的日益成熟，它所用器件的模块化、大规模集成化和控制手段智能化、数字化等特点，变频器必然被广泛应用于交流电机的调速,其节能功用也受到了各行业的极大关注。

地铁机电设备在地铁车站有着重要地位，其设备的可靠性直接影响运营服务质量。

将变频器运用到地铁机电设备中能够减少车站用电能耗、降低营运成本。

作为地铁机电设备的典型代表,车站MCC柜智能系统中TEF排烟风机能耗较大,本文将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疑难及常见故障进行阐述，提出了具体的防范技术。

1.地铁机电设备MCC柜智能控制系统变频器使用情况
地铁机电设备MCC柜智能控制系统采用的主流变频器有罗克韦尔PowerFlex 750系列变频器、西门子MicroMaster430系列变频器、ABB ACS510系列变频器等。

本文主要介绍罗克韦尔PowerFlex 750系列变频器智能控制系统，PLC属于罗克韦尔Logix5561可编程控制器，特点是支持ControlNet、DH+、RIO、Ethernet和Modbus等多种标准通讯协议。

主要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，实现单控、组控、序列控制、逻辑控制、区域模式控制等，是集智能保护、智能I/O处理器、网关、联锁继电器形成一个集远程与手动控制为一体的多功能控制系统。

由于地铁的特殊性，一般建造于地下密闭空间，又是人员密集场所，在发生火灾造成的人员伤亡绝大多数是被烟气中毒、窒息所致，因此地铁车站TEF排烟风机的功能是否正常颇为重要。

变频器采取矢量控制方式，且对电机自动适配，对电机建立相应的数据模型，具有节能和降噪效果，控制风机主要有三种模式，即：中央远程BAS控制、环控电控室控制和就地现场控制。

2.变频器使用过程中疑难故障处理
2.1 D网干扰故障
变频器在地铁环境使用过程中，会受到诸如电磁信号、噪声等干扰，影响变频器的正常运行。

DeviceNet网络的传输介质采用同轴细缆，包括+24V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≤2Ω，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，条件不满足的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，保证整个控制系统接地电阻≤2Ω。

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121Ω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。

电缆屏蔽必须夹接到正确安装的变频器“电磁兼容板”上，连接至变频器的所有控制（I/O）和信号线必须采用提供75%或以上覆盖面积的编制屏蔽电缆。

电机电缆必须尽可能与控制和信号线缆隔离，电机电缆最大长度≤30m。

2.2 通信故障
地铁MCC柜智能控制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”。

发生此故障，导致排烟风机无法运行，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电压，检查信号线CAN+H正极对CAN-H负极的电压是否正常，正常为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、变频器模块接口、主板、I/O模块等插件、控制线端子排接线等有无接触不良问题。

2.3 网络、端口配置故障
变频器的正常使用离不开优化的网络和正确的端口参数配置，若参数配置不当，风机的启动、运行将达不到最优状态，而且会带来一些隐性故障，例如风机的过载保护、加减速启停时间、欠电压保护、端口地址丢失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、无法启动等报警故障。

对变频器进行网络配置，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.变频器使用过程中常见故障处理
3.1变频器未从接线到端子块的“启动输入”或“运行输入”启动
发生此故障时，红色状态指示灯闪烁。

首先检查输入接线端接线是否正确，端口2线控制需要接Run（运行）或Jog（点动）输入，端口3线控制需要接Start（启动）和Stop（停止）输入，并确认24V公共端已连接到“数字输入公共端”；再次检查数字量输入编程是否正确，是否选择了互斥的选项，例如Jog（点动）和Jog Forward(正向点动），或者端口2线和3线编程可能冲突，以及配置了“启动”但没有配置“停止”，需进行重新配置。

3.2变频器无法从HIM（人机界面模块）启动
发生此故障一方面原因为变频器配置为端口2线等级控制，需要将P150（Digitalln Conf）(数字量输入配置）更改为正确的控制功能；另一方面原因为没有对端口进行控制，需要将P324（Logic Mask）（逻辑屏蔽码）更改为启用正确的端口。

3.3变频器对于速度命令的更改无响应
发生此故障原因为没有从命令源收到任何值，如果源为模拟量输入，首先要检查接线，并使用万用表检测是否存在信号电源；再次检查P2（Commanded SpdRef）（给定速度基准值）以确定正确的源。

3.4电机或变频器没有加速到指定的转速
发生此故障一方面原因为加速时间过长，需重新设定P535（Accel Time）（加速时间）；另一方面原因是过度负载或过短的加速时间强制变频器进入电流限制，从而减缓或停止加速，需检查P935（Drive Status1）（变频器状态1）的位27以查看变频器是否处于电流限制范围内；再则原因编程正阻止变频器输出超过限制值，需检查P520（Max Fwd Speed）（最大正向转速）、P521（Max Rev Speed）（最大反向转速）和P37（Maximum Freq）（最大频率），确保转速未受到限制。

结束语：变频器作为现代工业全面推广应用的时代，已广泛运用于轨道交通等多个领域。

为使变频器能在使用过程中保持稳定、发挥最优性能和减少故障，除了变频器本身要有优良的性能以外，在需对变频器外围元器件、网络端口配置等方面要规范操作,以提高变频器运行的可靠性，减少运维成本，使变频器始终保持最优的节能运行模式。

参考文献:
[1] 李利，张登山.变频器软启动器电路设计宝典.北京：中国电力出版社，2011.
[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，2020.
[4] 王廷才，变频器原理及应用（第三版）.北京：机械工业出版社，2018.。