甘南西门子S7-200代理商机床PLC数据采集及条码识别打印网络集成工程，客户有3000余套机床，机床的自动控制主要通过PLC实现，每台机床的控制分别由单个的PLC控制。PLC使用产品有KOYO公司的SN32DRB、SM16/24，B&R公司的PLC，SIEMENS公司的S7-300（PROFIBUS）等。主要为KOYO公司的SN32DRB、SM16/24。SN32DRB、SM16/24都有RSC232和RS485接口，RS232接口接文本显示器MD-02L。公司已布好有管理以太网网络。

    机床PLC数据采集及条码识别打印网络作为多种业务的传输与交换平台，承担着数据采集、自动控制及其它数据业务信号的汇接和传输任务。从拓扑结构上，整个网路是环型结构互连的准星型网络结构，如图所示。其中，控制中心是由七台KIEN6000-2S组成的冗余环网，作为网络的核心层；分别采用单模光缆与七个厂区各骨干节点相连接；使用双光纤备份链路，每个厂区都有一个KIEN 6000-2S和16个KIEN 1000–8TX组成的100M/S冗余工业环网，使用双绞线连接成环。
    ，我们选用東土电信公司的两层交换工业以太网交换机KIEN6000-2S和KIEN 1000-8TX，组成环型网络与星型相结合。
     
    根据光缆的铺设情况，此种网络结构为星状网络结构。在每个厂区MOUDBUS转以太网模块、CCM协议或无协议通讯转以太网模块分别接到厂区内的工业冗余环网上，相关的控制计算机、控制器等分别连接到冗余环网上。工厂内部的冗余环网是由KIEN6000-2S和KIEN 1000-8TX连接组成，使用KIEN6000-2S的1#、2# RJ45口与KIEN 1000-8TX的4#、8#口连接成一个双绞线冗余环网，切换时间为300MS，然后通过KIEN6000-2S的两个光口以冗余的方式与控制中心的一台KIEN 6000-2S相连，控制中心采用七台KIEN 6000-2S形成的冗余环网，他们之间也是用双绞线连接成环，使用KIEN 6000-2S的1#、2#口即可。每个KIEN6000-2S的两对光纤口分别用来连接七个厂区环网，在局端监控中心到每个监控点之间单根纤断裂时，可自动切换到备用通道实现业务的不间断传输。双电源的冗余备份、光口/电口自动故障保报警都显示了在工业场合上其他交换机所不能达到的强大网络优势。使用强大网络管理功能对整个网络系统进行管理。

前言

　　能源短缺和环境污染是人类当前共同面临的世纪性难题。我国人口众多，能源资源相对匮乏,节约能源犹显重要。

　　电力资源是资源战略问题中的重中之重，是国民经济和社会发展的重要基础。通过技术进步，逐步tigao电力利用效率，节省有限的自然资源，保护环境，实现可持续发展。

　　“十一五”规划建设目标是实现单位GDP能耗下降20%，主要途径有三个，包括结构节能、推进技术节能及管理节能。据资料显示我国高、低压电动机总容量在35000MW以上，大部分为风机泵类负载，它们大多工作在高能耗、低效率状态。覆盖电力、石油、化工、冶金、制造、环保、市政等行业，其耗电量占全国总用电量的40%左右。而水泵和风机的一个特点是负载转矩与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。如可根据所需的liuliang调节转速，就可获得很好的节电效果，一般可节电20%～50%。

　　目前我国大型异步电动机应用变频调速刚刚起步，但国外已经广泛使用，而且随着电力电子器件的发展，高压变频装置的型式多种多样。通过他们长期的运行实践可以发现：应用高压大功率变频调速系统的经济效益良好、其可靠性也可以得到保证。变频调速以其优异的调速、起动和制动性能、高效率、高功率因数、良好的节电效果及广泛的适用范围等优点被国内外公认为是有发展前途的调速方式。

　　我公司结合本单位的实际情况，根据集团公司的要求专门成立了节能办公室，使整体能耗下降12%，在风机、水泵上的应用效果犹其明显。

一、节电原理 调速节电

　　1.1改造项目介绍

　　矿石破碎除尘离心风机，取水离心水泵，浮选机组（特性与水泵相似）。

　　1.2运行工况分析（以风机为例说明）

　　在实际运行时，由于采用进风门挡板调节，大部分的能量都被消耗在挡板上了，且挡板的开度越小则耗能就更多。在一般情况下，采用挡板调节的风机其实际消耗功率与风量大致成正比，与风门的开度也大致成正比，从上述工况中的风门开度及电流参数也可以看出这一点。

　　对运行情况进行分析，可以得出以下两点：

　　（1）风机实际风量约为额定风量的一部分，风机远离额定点运行，其实际运行效率很低。

　　（2）由于挡板的存在，挡板前后存在压差，消耗了很大一部分能量。

　　所以可以从以上两个方面改善其运行工况，减小损耗，达到节能的目的。

　　1.3改造建议

　　挡板这种调节方式虽然简单易行，已成习惯，但它是以增加管网损耗，耗费大量能源为代价的。对于大功率电机，耗能则更大。当采用变转速调节时，其效率高，因为风量随转速的一次方下降，而其轴功率则按转速的三次方规律下降，而目前性能佳的调速方式则是国际上公认的交流变频调速技术。对于变频器的选择，我们做了详细的市场调查，经过公司领导的慎重考虑，终选择了深圳市微能科技生产的WIN-9P系列风机专用型变频器和WIN-9GV高性能电流矢量型变频器，进行破碎除尘风机，湖边水泵和浮选机的改造。

二、变频改造的节能分析

　　2.1变频调速节能原理

　　从流体力学的原理得知，使用感应电机驱动的风机，轴功率P与风量Q，风压H的关系为： 当电动机的转速由n1变化到n2时, Q、 H、 P与转速的关系如下:

　　可见风量Q和电机的转速n是成正比关系的，而所需的轴功率P与转速的立方成正比关系。所以当需要80%的额定风量时，通过调节电机的转速至额定转速的80%，即调节频率到40赫兹即可，这时所需功率将仅为原来的51.2%。

　　如下图所示，从风机的运行曲线图来分析采用变频调速后的节能效果。

图3-1 风机的运行曲线

　　当所需风量从Q1减小到Q2时，如果采用调节风门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行，所需轴功率P2与面积H2×Q2成正比;如果采用调速控制方式，风机转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，但风机的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A点移至C点。此时所需轴功率P3与面积HB×Q2成正比。从理论上分析，所节约的轴功率Delt（P）与（H2-HB）×（C-B）的面积成正比。

　　考虑减速后效率下降和调速装置的附加损耗，通过实践的统计，风机类通过调速控制可节能达20%～50%。

　　2.2变频改造节能分析

　　改造前工频运行功率计算公式

　　其中： U——电机电压，kV;

　　I——电机电流，A;

　　P1——单一负荷下工频运行功率， kW;

　　——单一负荷下运行功率因数，小于额定功率因数。

　　其中： T——全年平均运行时间，h;

　　P1——单一负荷下的运行功率，kW;

　　δ——这种负荷下的全年运行时间比例;

　　C1——改造前总耗电量，kW·h。

　　改造后变频运行预计功率计算公式：

　　利用公式： 计算出的比。

　　其中： P1——工频运行功率，KW;

　　P额——额定轴功率，KW;

　　——运行工况与额定工况下的效率、压力比，小功率电机取1，大功率电机取0.9

　　根据改造风量不变的原则，有Q1-Q2，其中Q2为改造后的风量。所以。再根据，即计算出P2。其中P2是变频改造后预计运行功率，η为变频装置的效率。

　　其中C2——改造后总耗电量，kW·h。

　　2.3节能对照表：风机、水泵变频调速时的能耗比较

　　上述均为百分比，liuliang为风机的额定liuliang，功率为工频额定工况运行时消耗功率（即电机输入功率 = 风机额定轴功率/电机效率，电机效率一般为93-96%，额定功率较大者效率较高）。变频调速时的节能量即为两种调节方式的能耗差值（百分比乘额定消耗功率）。

　　2.4 破碎除尘风机技改前后能耗对照表

三、变频调速其他附加好处

　　（1）网侧功率因数tigao：原电机直接由工频驱动时，满载时功率因数为0.85左右，实际运行功率因数远低于0.8。采用变频调速系统后，电源侧的功率因数可tigao到0.9以上，无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率，满足电网要求，可进一步节约上游设备的运行费用。

　　（2）设备运行与维护费用下降：采用变频调节后，由于通过调节电机转速实现节能，在负荷率较低时，电机、风机转速也降低，主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻，维护周期可加长，设备运行寿命延长;并且变频改造后风门开度可达，运行中不承受压力，可显著减少风门的维护量。变频器运行中，只需定期对变频器除尘，不用停机，保证了生产的连续性。随着生产的需要，调节风机的转速，进而调节风机风量，既满足生产工艺的要求，工作强度又大大降低。采用变频技术调速后，减少了机械磨损，维护工作量降低，检修费用下降。

　　（3）用变频调速装置后，可对电机实现软启动，启动时电流不超过电机额定电流的1.2倍，对电网无任何冲击，电机使用寿命延长。在整个运行范围内，电机可保证运行平稳，损耗减小，温升正常。风机启动时的噪音和启动电流非常小，无任何异常振动和噪音。

　　（4）与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升等多项保护功能，更完善地保护了电机。

　　（5）操作简单，运行方便。可通过计算机远程给定风量或压力等参数，实现智能调节。

　　（6）适应电网电压波动能力强，电压工作范围宽，电网电压在-15%～+10%之间波动时，系统均可正常运行。

四、结 论

　　通过对矿石破碎除尘离心风机（节能28%），湖边离心水泵（节能26%），浮选机组进行改造（节能26%），取得了良好的经济效益。通过此次改造，也验证了用深圳市微能科技有限公司的变频器改造具有优异的性价比，为公司以后使用大功率高、低压电机进行驱动的设备进行技术改造提供了一个较为经济可靠的选择。

一、空压机改造的意义
   空压机在各厂矿企业中应用极广，特别是在石油、化工、动力等工业领域中已成为必不可少的关键设备，是许多工业部门工艺流程中的核心设备。提供自动化生产所需的压缩空气足够的供气压力，是生产流程顺畅之要素，瞬间的压降，即会影响产品品质。
    通常用户通过空压站来给各车间供气，各车间用气量的多少是经常变动的，而且不同时间的用气量也是不相同的，因此供气不足或者供气过剩的情况时有发生。而用气和供气之间的不平衡集中地反映在供气的压力上，保持供气压力的恒定，可以使供气和用气之间保持平衡，从而tigao供气质量，维持各车间的正常生产，保证产品质量。
    空压机系统主要由压缩机、气筒、螺杆、加热器等构成，其中压缩机的动力-螺杆根据气筒温度和产品生产量的变化随时改变速度，维持合适的速度。利用变频器驱动压缩机螺杆驱动系统克服了以往电源驱动方式中速度无法改变的缺点，体现了速度微调功能，tigao了生产线的生产效率和产品质量，同时通过变频器的各种保护功能，避免了电机损伤。

二、原系统工况存在的问题
  1、主电机虽然星-角减压起动，但起动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全。
  2、主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。
  3、主电机工频频繁起动对设备的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护工作时对机械量大。
  4、经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力。
  5、空压站共有九台空压机，由于整个厂用气量比较大，所以其中四台长期运行，四台根据用气量的大小进行开关，所以部分空压机时常空载运行，属非经济运
     行，电能浪费严重。  

三、改造方案及系统框图
  由变频器，压力变送器、PLC、电机组成压力闭环控制系统自动调节电机转速，使管网内空气压力保持在五个大气压左右，进行恒压控制。
  管网内的压力值通过压力传感器反馈给 PLC，通过 PLC 在转换成模拟量信号反馈给变频器的反馈值输入端，通过变频器内部的    PID 与设定值进行比较运算，实时控制变频器的输出，从而调节电机转速，使管网内空气压力稳定在设定压力范围内。系统框图如下：
 
四、空压机变频改造的注意事项
  1、空压机是大转动惯量负载，这种启动特点就很容易引起 V/F 控制方式的变频器在启动时出现跳过流保护的情况，因此选用具有高启动转矩的明电舍变频器
     VT230S，证即能实现恒压供气连续性，又保证设备可靠稳定的运行；
  2、空压机不允许长时间在低频下运行，当空压机的转速过低，一方面将使空压机的工作稳定性变差，另一方面也使缸体的润滑变差，会加快磨损。所以工作的
     下限频率应不低于 30Hz；
  3、为了有效滤除变频器输出电流中的高次谐波分量，减小因高次谐波引起的电磁干扰，选用输出交流电抗器，还可以减小电机运行噪音和温升，tigao电动机的
     稳定性。还可以减小电机运行噪音和温升，tigao电动机的稳定性。

五、系统主要功能
  1、端子排和模拟量控制的简易的速度变化；
  2、通过热保护、过载防止、过流保护等功能保护电机及变频器；
  3、通过下限频率设定来限定电机的低运行频率，保护空压机；
  4、输出电流、电压、转矩、功率等简易确认；
  5、系统中同时设计一个工频的旁路，以便在变频器出现故障或者检修时将空压机切换到工频运行，不至于影响正常的生产。

六、系统调试 
  调试工作分成两部分：
  、先根据工艺要求、电机参数、负载特性预调变频器参数。空压机为英格索兰空压机，功率 160KW，选用明电舍 VT230S-160HA 变频器（含直流电抗器）
        及相应的输出交流电抗器。
  第二、系统带载调试，其中包括开环与闭环控制两部分调试。
        在完成变频器设定参数调整及空载运行后，进行系统带载调试。调试的主要步骤：
          1、 将变频器接入系统。2、 进行工频旁路的运行。3、 进行变频回路的运行，
  开环：此时主要观察变频器频率上升的情况，设备的运行声音是否正常，空压机的压力上升是否稳定并设定气压要求值时的模拟量给定值，设备开机、停机是
        否正常并设定相应的加减速时间。
  闭环：主要通过调节 PID 使变频器频率上升与下降的速度和空压机压力的升降相匹配，以保持管网压力恒定且不产生压力振荡，同时设定 PID 的上下限值。 

七、空压机变频改造后的效益
  1、控制品质大为tigao，可使压缩空气的压力保持恒定；
  2、节约能源，降低运行成本；
  3、tigao压力控制精度；
  4、延长压缩机的使用寿命；
  5、降低了空压机的噪音。

八、小结
  本系统为中集远洋集团天津厂空压站的改造项目，现已投入使用，通过在使用过程中实测，空压机在使用变频调速后，各指标均已达到预期效果，运行情况良好，节能效果明显，节电率在 20%以上，不仅控制质量大为tigao，可使压缩空气的压力始终保持恒定，而且大大的tisheng了使工厂的自动化水平，工厂感到十分满意。