ABB变频器ACS880替换ACS800的技术改造

余柏成

摘要：某电厂300t桥式起重机大车行走机构出现一侧电机不能运转，经检查发现控制变频器出现内部烧毁痕迹，核查仓库无法找到同型号备件，且现场工期非常紧急，迫切需要恢复起重机设备功能。决定对设备的变频器进行替换改造。在此篇著作中主要介绍了以满足原起重机的设计性能要求，分别从采购新变频器的设备型号选型的确定、现场接线、现场变频器参数替换集快速调试，最后成功恢复了设备功能。通过此次技术改造，为新、旧型号的变频器现场改造及快速恢复设备功能提供了技术方面的参考意义。为不同型号变频器之间更换找到探索了快速的维修方案，即能满足设备上的设计性能要求，又能相对完成的保留原设计的电气原理图，做到了“少改动、便维修”的原则。通过本次现场更换变频器，也摸索出来一些变频器关键性的参数配置的信息，对后续精细化维修提供了宝贵的经验反馈。

关键字：变频器；ACS880；替换；ACS800；技术改造

背景引言：

某电厂300t桥式起重机大车行走机构一侧电动无法动作。经检查发现变频器控制面板无显示且变频器侧边有明显烧灼痕迹，确定变频器内部损毁导致的问题。

在梳理厂内仓库备件情况得知，ABB公司已于2016年已停止供应ACS800 R1-R9系列变频器并推荐使用ACS880 R2-R6系列进行升级替代。目前无法采购到此备件且无库存备件的情况下。因此要恢复起重性能只能使用替代后的ACS880系列变频器。加之此设备的不可用阻碍后续关键路径的设备吊装作业工作进展，因此必须加速准备修复设备的可用性。

1.变频器的选型

查看该起重机设备说明手册及核对现场变频器型号信息为ACS800-01-0070-7。机内配置的模块：RPBA-01 PROFIBUS DP 适配器模块、RTAC-01 脉编码器模块且运用DTC（Direct Torque Control ）的控制模式，是ABB 传动高级电机控制平台。由输出的半导体开关控制，可精确控制电机的定子磁通和转矩。只有在实际转矩和定子磁通值与给定值不同并超过允许的磁饱和现象时，开关频率会发生改变。转矩控制器的给定值直接来自外部转矩给定源。电机控制需要测量直流电压和电机两个相电流。电机转矩计算电机的定子磁通和转子电流的向量积，利用辨识的电机模型来改进定子磁通值。当设备正常启动后，变频器自动测试并读取电机的电磁参数并进行优化处理，保证电机工作在最佳的出力工况，并结合使用编码器反馈控制机制已达到精确控制的目的。因此，原起重机上的ACS800变频器型号详细参数如图1所示。

图1：ACS800-01-0070-7详细参数信息

查询《ABB工业传动 ACS880传动模块0.55 至 3200kW 产品样本》手册选定与之相近或匹配的型号配置。即变频器工作电压690V、额定等级电流因子Icont.Max：79A、轻载应用Pn：55KW、重在应用Phd：45KW。参考手册，经过仔细对比，并遵守选型参数不小于替代选型的设备功率，因此得出如下型号：ACS880-01-084A-7，变频器详细参数信息如图2所示。

并结合起重机原设计功能要求，选择搭配模块：RPBA-01 PROFIBUS DP 适配器模块对应的模块为：FPBA-01 PROFIBUS DP 适配器模块，RTAC-01 脉编码器模块对应的模块为：FEN-31 HTL Encoder Interface。

图2：ACS880-01-084A-7详细参数信息

因此ACS880替换型号选择为表1所示。

ACS800型号及模块配置	备注	ACS880型号及模块配置	备注
ACS800-01-0070-7	该型号已于2016年停产，并推荐使用ACS880系列替换改造	ACS880-01-084A-7	参考ABB替换选型手册
1.RPBA-01 PROFIBUS DP 2.RTAC-01	/	1.FPBA-01 PROFIBUS DP 2.FEN-31 HTL	/

表1：ACS800/880替换后型号信息

2.变频器的安装与接线

隔离起重机总馈电，并静置ACS800变频器15分钟后，对各项端子进行逐一接地放电操作。其次将原变频器的功率电缆接线部分按标识记录后进行拆除。如图3所示。拆除后，进行短接并采取绝缘包裹。

图3：功率电缆接线示意图

查看起重机电气原理图，得知原ACS800在接线部分如下图4所示。

变频器插槽为SLOT2：空；

变频器插槽SLOT1插入RPBA-01：插入模块为网络通讯前连接器；

X34端子：接入L+/M的24V内部供电电源系统；

X22端子：为外部供电24V供电电源系统；

X23端子：为下游输入节点继电器电源端；

X25端子：制动器控制输出信号端

X26端子：故障继电器信号输出端；

X27端子：设备运行信号继电器输出端；

因此根据原模块功能绘制的示意图如下，图5：ACS800 RPBA-01接线情况，图6：ACS800 RTAC-01接线情况

图4：起重机电气原理图

  

图5：ACS800 RPBA-01接线情况     图6：ACS800 RTAC-01接线情况

根据ABB产品说明书《Quick installation guide ACS880-01 drives frames R6 to R9》及便于后续维护人员检修设备，不修改在改变原下游设计功能的情况下，将控制端子线接入按原设计触发继电器输出信号。根据起重机电气原理图，变频器动作信号是由PLC主站经DP通讯网络使用SFC14/SFC15发送与接收状态字到变频器执行反馈。因此变频器使用控制输出端未使用PID、模拟控制。变频器仅触发三个继电器的信号，已确定输出为设备的制动器开启、运行，故障复位。由此针对新替换上去的变频器设备只需要使用XRO1、XRO2、XRO3继电器输出端子控制。因此ACS800与ACS880控制接线部分如下表2:所示。现场实际控制部分接线如图7和图8所示。

	ACS800模块接线情况	释义	ACS880模块接线	备注
1.变频器X22端子：	图纸X22.1与X22.7控制接触器322UM：线圈-外部故障	变频器启动控制方式，使用现场总线控制COMM.CW	接入XDI中的DI1和低电平COM端。	无差异
2.变频器X23端子：	A组：X23.1与X23.2 B组：X25.2与X25.3 C组：X26.2与X26.3 D组：X27.1与X27.2 E组：X23.2+X25.3+ X26.3+ X27.2为公共端子相连	根据电气原理图，变频器内部输出控制下游三个继电器线圈，分别为：24V电源端、制动控制、故障输出、运行输出	因此为不改变原始接入方式，按顺序接入新变频器，即XR01制动控制、XRO2、故障输出、XRO3运行输出	XRO1、XRO2、XRO3继电器输出端可在变频器内部定义触发信号源，即为柔性编程。
3.RBPA-01：	总线前连接器不改变	总线前连接器Profibus DP通讯方式	总线前连接器Profibus DP通讯方式	无差异
4.RTAC-01：	A：X1端子2:0V/3+U B：X2端子：3：A+/5:B+	X1:RTCA供电端子（15V）； X2：脉冲编码器信号线	X81：接入FEN-31的供电端子（15V） X82：A+/B+通道	HLT（绝对编码器）输入管脚顺序
5.供电电源	X34.2为+极 X34.3为-极	变频器外部24V供电	变频器外部24V供电	无差异

表2：ACS800与ACS880控制接线表

图7：ACS880变频器控制端子接线   图8：ACS880 FEN-31端子接线

在安装FEN-31模块中需要注意的是设置从站的地址号。只有当选择 “00”位置时，从站地址则由传动通讯参数组中参数定义，即可以在变频器中定义地址，此地址必须与PLC的内部设置地址号保持一致。

3.变频器的参数配置调试

在同系列变频器更换下仅需要将控制盘（CDP312R）从变频器上方取下，插入新替换的变频器执行本地控制LOC/REM、数据下载DOWNLOAD，覆盖变频器出厂设置即可导入原始变频器设定的参数值。但本次起重机变频器为更替不同系列变频器，无法直接进入导入设定参数且不通用，因此需要参考大车另一侧变频器参数进行现场调试。或参考已备份的变频器参数记录表进行配置调试。由于此台设备的大车跨度较大，为避免两侧驱动轮参数配置不一致导致，大车主梁体扭转变形，因此推荐以一侧变频器参数为基准进行参照性配置调试。

录入控制电机的基本参数信息。根据电机铭牌修改参数99 组（参照电机铭牌数据录入99.05-99.09数据信息并设置保存退出），修改参数99.04（电机控制模式）与ACS800 一致即99.04 选择“SCALAR标量”控制，99.13选择“电流测量校准”。在“本地”控制模式下，使用控制盘启动变频器，进行电机辨识，使变频器内部建立电机工作模型，以优化电机工作性能。

在ACS880 的Slot1 安装好Profibus DP 通讯模块FPBA-01，参数修改如下表3所示。

功能	参数名	参数号	调试设定值
1.电机控制模式	MOTOR CTRL MODE	99.04	SCALAR
2.通讯方式	COMM.MODULE LINK	98.02	FIELDBUS
3.通讯配置	COMM PROFLE	98.07	ABB DRIVES
4.启停/方向设定	EXT1 STRT/STOP/DIR	10.01	COMM.CW
	EXT2 STRT/STOP/DIR	10.02	COMM.CW
	REF DIRECTION	10.03	REQUEST
5.外部控制源选择	EXT1/EXT2 SELECT	11.02	COMM.CW
6.速度设定源	EXT1/REF1 SELECT	11.02	COMM.REF
7.转矩设定源	EXT1/REF2 SELECT	11.03	COMM.REF
8.运行使能	RUN ENABLE	16.01	COMM.CW
9.故障复位	FAULT RESET SEL	16.04	COMM.CW
10.通讯基本参数设定	NODE ADDRESS	51.02	5
	BAUDRATE	51.03	1500
	PPO-TYPE	51.04	PP05
11.PZD对应读写参数	PZD3 OUT	51.05	3
	PZD3 IN	51.06	104- CURRENT
	PZD4 OUT	51.07	2202-ACCEL TIME1
	PZD4 IN	51.08	105-TORQUE
	PZD5 OUT	51.09	2203-ACCEL TIME1
	PZD5 IN	51.10	106-POWER
12.DP模式	DP MODE	51.21	0
13.更新通讯参数	PAR REFRESH	51.27	REFRESH

表3：ACS880- FPBA-01 设定参数

由于起重机大车的控制方式为：一台变频器驱动一侧电机，根据另一侧变频器的参数设定合理配置新变频器的加减速度及启动斜坡值，得出汇总参数：两侧变频器同步设定参数值，同步优化变频器工作状态。

4.PLC的控制程序修改

遵守“少改动，便维修”的原则。使用PLC编程软件STEP-7，在程序组态中，将ACS880变频器通讯模块FPBA-01挂上DP网络中。在添加网络组态的同时，必须注意引动GSD向导文件的正确使用。即ACS800使用的GSD引导文件名为： ABB0812.GSD；ACS880的GSD文件名为： ABB10959.GSD。在PLC中的操作方式如下：1.将起重机的控制PLC的硬件组态界面打开；2.点击组态界面中“窗口”；3.选择下拉列表中“安装GSD文件”如下述图9所示。随后选择已下载好的GSD文件进行安装引导。安装完毕后，在硬件组态中，选中DP网络，搜索FPBA-01，选中后进行FPBA-01的添加进入DP网络组态中。

图9：PLC安装GSD引导文件

其次将ACS800变频器地址号、I地址分配区、Q地址分配区、整段地址号、PROFIBUS通信速率，进行记录保存。

操作如下：选中已替换的ACS880变频器，双击进入“属性-DP从站”，1.将“诊断地址（A）”设置为“2034”，设置依据为原ACS800的诊断地址号；2.节点/主站系统-PROFIBUS的地址号设备为“6”，设置依据参见原ACS800原始地址号，并将属性连入187.5KBps中，此项依据为原始网络，不可重新创建网络，否则不能链接进入DP网络中。设置参数信息详见图10和图11。

图10：FPBA-01输入输出地址参数设置

图11：FPBA-01网络挂接

最后，将ACS800变频器信息从DP网络中删除，将ACS880变频器信息参照旧变频器相关参数进行组态编译保存。随后在变频器端，进行重新刷新变频器51.27组参数，使之前的设置的参数重新识别即可恢复PLC与变频器的通讯连接。如下图12所示信息。

图12：PLC中对应ACS880变频器参数配置

5.空载试运行

确认变频器功率电缆输出端从变频器上方拆除，并回装变频器功率电缆线的屏蔽罩。将起重机另一侧的大车电机变频器供电开关进行隔离，仅提供ACS880一侧满足运行条件。重新恢复起重机的总馈电供应，点动操作起重机向“前”“后”运行。在变频器的控制面板，显示“电机速度百分比”、“电机电流”、“电机转矩”有数值变化。即可确定变频器内部已配置成功，PLC动作指令可以通过DP网络传送至变频器中进行识别。

将此变频器功率电缆线接入变频器，再次点动试验变频器转动方向并记录，进入变频器内部菜单“99.16 相位顺序”-切换电机的旋转方向。如果电机以错误的方向转动（例如，由于电机电缆相序错误），并且无法重新接线或减少对原图纸接线相序的修改，则可以使用这个参数。查看选择“1”：“U W V-反方向的旋转方向” “0”：“U V W –正常转动方向”。

最后，将起重机两侧变频器、电机一同投用，执行点动试验起重机大车运行方向验证。监视两侧变频器控制面板显示数值即可判断方向，如两侧均显示转动速度为正值参数信息或负值参数信息，则证明大车两侧运行方向为一致的。如出现变频器控制面板参数赋值不相同，则证明变频器控制的变频器出现相序错误。此时，需要再次执行进入ACS880变频器的“99.16相位顺序”，选择相反的值即可并进行再次点动验证。

6.结论

再次检查和确认各接线、参数配置无误后，长距离测试起重机运行方向是否一致，监测及对比起重机两侧大车电机运转时的电流、电压参数等是否一致。反复测试无异常时，证明设备已恢复原始设计功能及要求。

经历此次变频器更换，可以得出部分ACS800与ACS880的参数组差异。

1.替换不同型号变频器必须参考产品手册选型上进行精细匹配与遵守重载功率参数不小于的原则，如：变频器重载额定功率；

2.为方便检修及不改动控制性能要求，需要将控制端将原设计功能尽可能的保留并做适应性修改或替换。

3.变频器参数、电机名牌信息需进行备份保存，以便后续查找数据。

4.变频器与设备之间的联调时，应分段调试。如进行大车单侧无负载变频器的点动调试、单侧有负载变频器的点动调试、双侧带载调试等一个循序渐进的过程。

通过本次不同型号的变频器替换技术改造工作，为后续的维修工作奠定了一定的工作基础与经验反馈，也为后续的快速维修、更换不同型号变频器提供了技术参考。

参考文献

[1]2010北京ABB电气传动系统有限公司，ACS880标准控制程序7.x 固件手册，北京ABB电气传动系统有限公司，2010.01-01。

[2] ABB工业传动，ACS880基本控制程序， 固件手册。