6ES7222-1BF22-0XA8选型说明

瓮福磷肥厂下设磷酸一铵分厂、磷酸二铵分厂、硫酸分厂、磷酸分厂、热电分厂5个主生产单位和水处理分厂、动力分厂、机修分厂、仪修分厂、工程车队5个辅助生产单位。而电机的变频调速运行，是降低厂用电率、节电增效的有效措施及有效手段。#2炉电机调速用挡板调节，风道压力损失严重，浪费大，通过变频调速，实现了电机转速连续无级调速，调速范围宽，调节精度高，效率高,实现了

    电机的软启动，减少了启动冲击及设备磨损。另外变频装置安装较方便，只需在原断路器与电机之间串联变频装置即可，无需对负载和电机做任何改动;正常运行后，可靠性高，基本上无维护量。通过对引风机进行变频改造而达到节能增效，无疑是必要的。热电厂总共有三台锅炉拖动三台风机，其中一台常年运行，余下两台分别用两台变频器拖动，其中一台为哈尔滨九洲电气的PowerSmartTMM高压变频器产品。

    2 高压变频装置原理及特点

    变频装置采用多电平串联技术，由移相变压器、功率单元和控制器组成。6kV系列变频装置由18个功率单元构成，每6个功率单元串联构成一相，如图1所示。    

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    功率单元的电路结构及原理:每个功率单元由、整流、滤波、逆变、旁通、驱动、保护、模拟量采集、PWM形成等电路组成。输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组;这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近于1。

    另外，由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器。

    输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造;同时，电机的谐波损耗也大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

    由于应用了先进的电力电子技术、计算机控制技术、现代通信技术和高压电气、电机拖动等综合性领域的学科技术，因此变频调速具有其它调速方式无法比拟的优点:

    (1)变频器采用液晶显示数字界面，调整触摸式面板，可随时显示电压、电流、频率、电机转速等，可非常直观地显示电机在任何时间的实时状态;

    (2)jingque的频率分辨率和高的调速精度，完全可以满足各种生产工艺工况的要求;

    (3)高压变频器具有国际通用的外部接口，可以同可编程控制器(PLC)和工控机等各种仪表相连，并可与原设备控制回路相连接，构成部分闭环系统，如与原DCS系统实现数据交换和连锁控制等;

    (4)具有就地和异地操作功能，另可通过互联网实现远程监控功能;

    (5)具有电力电子保护和工业电气保护功能，保证变频器和电机在正常运行和故障时的安全可靠;

    (6)电机可实现软启动、软制动，启动电流小，小于电机的额定电流，电机启动时间可连续可调，减少了对电网影响;

    (7)减少配件的损耗，延长设备使用寿命，tigao劳动生产效率。

    3 变频器制造方案简介     

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    瓮福热电厂#2炉引风机是两台双侧布置，目前其引风机的出力调节由人工调节挡板来实现。由于引风机设计时冗余功率较大，加上风量控制采用档风板引起的阻力损耗，造成厂用电率高，影响机组的经济运行。表1为热电厂#2炉电机及引风机的参数表。

    根据电机的参数以及现场工况和运行的经验，终确定#2

    炉引风机的电机配套变频器选用型号为九洲电气的Power

    Smart10000-1A/063，变频器额定电流为60A，同电机额定容量匹配，完全满足现场负载运行的要求。为了充分保证系统的可靠性，同时为变频器加装如图2所示的工频旁路装置，变频器异常时，变频器停止运行，电机可以直接手动切换到工频下运行。工频旁路由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成。要求QS2不能与QS3同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开;工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。

    为了实现变频器故障的保护，变频器对6kV开关QF进行联锁，一旦变频器故障，变频器跳开QF，要求甲方对QF的合分闸电路进行适当改造。工频旁路时，变频器应允许QF合闸，撤消对QF的跳闸信号，使电机能正常通过QF合闸工频启动.

    变频调速由安装在锅炉操作台上的启动、停机、转速调整开关进行远程控制，并可同DCS系统接口，通过DCS实现变频器的调速控制，变频调速装置还

    提供报警指示、故障指示、待机状态、运行状态、旁路状态、高压合闸允许、高压紧急分断等保护信息以及转速给定值和风机实际转速值等必要指示，以便操作人员进行操作控制。

    九洲公司开发了GPRS监控功能,可以对高压变频在现场运行的情况及其数据进行监控,如有问题,可以快捷地做出解决方案,将损失降到低,并可以使公司和用户方面进行双向沟通，以便使变频器更加长期有效的运行。     

    4 变频器节能原理

    异步电动机的转速n与频率f、电动机转差率s、电动机磁极对数p有如下关系，即:

    n=60f(1-s)/p

    根据相似理论有:

    Q/Q0=n/n0

    M/M0=(n/n0)2

    N/N0=(n/n0)3

    注:n、Q、M、N为调节变化的转速、liuliang、转矩、功率，n0、Q0、M0、N0为额定转速、liuliang、转矩、功率。

    风机消耗的功率是和其转速的三次方成正比的，可见通过风机转速的节能效果是十分显著的。

    由电机的转速公式可知:改变其中任何一个参数都可以实现转速的改变，变频器是通改变电源频率f的方式来改变电动机转速的。在异步感应电动机的设计制造完成后,转速与频率的线性关系既确定，如图3所示:    

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    由于转速n与频率f之间为线性关系，从理论上分析调速范围在0～内，线性度都很好,因此变频调速是当今调速应用的主力军.随着科学技术的不断发展,高电压大功率半导体器件的出现,高压变频器应运而生,使发电厂大型辅机的调速运行成为现实.从而省去由于阀门、挡板节流等带来的功率损失，达到节能的目的,tigao了发电企业的经济效益。

    5 变频节能效果计算

    变频器在正常带负荷运行72h后,为了方便的对设备的节能效果进行分析,笔者进行了一周的设备运行记录,2006年2,3,8月份2#锅炉引风机参数如表2所示。     

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    在变频器改造以前，根据统计情况，锅炉引风机的运行工频电流在30A左右，通过变频器调节装置改造后，目前在锅炉相同运行情况下，锅炉引风机在变频后的电流为10—17A左右，平均降低电流达到10—11A。根据计算，平均节电80kW.h/h，考虑装置自耗电及将来空调用电16kW.h/h，总体节电可达到65kW.h/h，节电率达到35%，年节电可达40万元，经济效益相当显著。因此，锅炉引风机高压变频器节能技术改造项目是相当成功的。

    6 结束语

    高压变频调速控制作为一种新型的调速方法，其性能优于其它调速方式，是现代化大型电厂广泛采用的一种节能控制手段。瓮福热电厂的变频改造工程促进了企业经济效益的明显tigao，并且它以高性能、高可靠性和调节的灵活性以及操作的简便性，赢得了运行人员的认可。

    随着电力体制改革的推进和竞价上网新格局的形成、深化，瓮福磷肥厂还将在未来的新兴项目等辅助设备进行变频改造，势必将优化企业资源配置，为促进企业可持续发展创造条件，早日实现成为中国节能大厂的宏大目标。

随着人口的增长和经济的发展，吉林市自来水公司第三水厂在原有十万吨日供水能力的基础上，扩建至二十万吨，以适应吉林市未来十年或更长时间经济社会人口的发展水平。取水泵房原配备的355kW/10kV水泵4台以及供水泵房配备的560kW/10kV水泵3台，全部定速运行，由于日夜供水差异较大，需要调节阀门开度或倒开大小水泵。这样水泵频繁启停带来的冲击，会引起电机、水泵、阀门故障率增加，维修费用加大，同时对管网也有很大冲击。因此采用传统调节阀门开度控制liuliang和压力的方式，必然会造成大量能源浪费。通过综合调研，我公司决定对新扩建部分采用利德华福生产的大功率变频器进行自来水liuliang及出厂水的恒压控制，从而实现降低能耗、节约成本、tigao供水质量，达到自动化水厂的生产需求。

    一、自来水生产工艺流程介绍

    现将自来水厂水处理工艺流程简述如下：    

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    图1：自来水厂水处理工艺流程

    首先要选好合适的水源和取水口，用管道输送至一级泵房（取水泵房）并在一级泵房前加氯以杀灭藻类、植物和贝类动物。再通过一级泵房将水送至厂内处理系统中。通常经过混合（在水源水中加入适量的氯化铝，俗称矾）、反应、沉淀、过滤、消毒等处理工艺，每一工艺配以相应的构筑物（如沉淀池、滤池、清水池等），滤后消毒一般是加氯和氨，投加了消毒剂的水经清水池、并在池内停留一小时左右就成为合格的饮用水，再经过二级泵房（供水泵房）加压输送到城市管网中，供生活饮用和生产使用。

    二、高压变频器的应用方案

    根据我公司在城市供水行业实际应用的成功经验，为确保供水系统的稳定性、安全性和经济性，供水泵560kW/10kV选用HARSVERT-A10/045带手动一拖二旁路的变频器。它采用直接“高-高”形式，单元串联多电平拓扑结构，每相由8个功率模块串联而成，经过多级移相叠加的整流方式，消除了大部分由独立功率模块引起的谐波电流，大大改善网侧的电流波形，实际测量后网侧电流近似为正弦波，不用更换原来的电机和电缆，完全适合旧设备的改造。取水泵355kW/10kV选用HARSVERT-A10/030原设计采用一拖一运行方式，经过半年多运行来看，取水开一台变频机组就能满足工况要求，另外考虑取水泵定期倒车只能开工频机组，所以我公司决定将原有一拖一运行方式改为一拖二运行方式，这样两台变频机组就可以交替运行，非常经济。

    下面是一拖二手动旁路的基本原理（见图2），它是由六个高压隔离开关QS1-QS6组成。其中QS1和QS4,QS2和QS5有电气互锁；QS2和QS3,QS5和QS6安装机械互锁装置。    

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    图2：一拖二手动旁路柜原理图

    如果两路电源同时供电，M1工作在变频状态，M2工作在工频状态时，QS3和QS4、QS5分闸，QS1、QS2和QS6处于合闸状态；M2工作在变频状态，M1工作在工频状态时，QS1和QS2、QS6分闸，QS3、QS4和QS5处于合闸状态；如果检修变频器，QS3和QS6可以处于任一状态，其它隔离开关都分闸，两台负载可以同时工频运行；当一路电源检修时，可以通过分合隔离开关使任一电机变频运行。

    三、恒压供水系统原理

    由于吉林市自来水公司第三水厂是新扩建工程，用水负荷需要在实际运行时进行jingque调整和测量，因此我厂采用的是恒压供水系统，其工作原理如图3所示,测量元件为德国E+H公司的压力传感器，将它设在水泵机组出水口，Vi为恒定供水压力设定值，供水压力V作为输出量，构成闭环控制系统。变频器内部的PLC采集供水压力值V与用户给定值Vi进行比较和运算，通过PID进行调整，将结果转换为频率调节信号送至变频器，直至达到供水压力的给定值Vi。不管系统供水liuliang如何变化，供水压力值V始终维持在给定压力值Vi附近。    

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    图3：恒压供水系统工作原理框图

    (1)在PID控制中，比例增益P加大，会使系统的动作灵敏，速度加快，P偏大，振荡

    次数加多，调节时间加长。当P太大时，系统会趋于不稳定。若P太小，又会使系统的动作缓慢；

    (2)积分I的作用主要是消除系统的静态误差。但过强的积分作用使供水系统超调加大，甚至引起振荡。所以在调节过程初期，应减弱积分作用，防止产生积分饱和现象；而到过程后期，应适当增强积分作用，以tigao控制精度；

    (3)微分D的作用主要是改善供水系统的动态性能。增大微分时间，有利于加快系统响应，使系统超调量减小，稳定性增加，但抑制外扰能力下降。所以微分时间常数应该在供水系统控制要求的前提下而随机改变。即在调节过程初期，应加大微分的作用，以减小超调；在调节过程中、后期，应不断减小微分时间，以增强系统的抗干扰能力，同时还可以缩短调节时间。

    我厂变频器在运行初期，供水系统采用恒压闭环控制，运行中发现运行频率曲线呈锯齿波，上下波动幅度较大，因此对PID系数进行调整，将P由1改为、I由4改为20。通过几次逐步调整，现运行曲线较为平缓，波动幅度相当小。变频器根据偏差相应调节PID的参数，当运行参数远离目标参数时，调节幅度加快，随着偏差的逐步接近，跟踪的幅度逐渐减小，近似相等时，系统达到一个动态平衡，维持供水系统的恒压稳定状态。

    四、变频器的运行情况：

    三水厂取水泵采用开环运行方式，根据清水池水位手动调节频率，一般频率运行在38Hz-45Hz之间。

    三水厂供水泵采用闭环运行方式，运行参数如下：    

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    通过测试发现变频器运行在37Hz及以下机泵不出水，所以我们把低频率限制在38Hz。在日常运行中，早上4点加开一台工频机组，当变频器频率达39Hz左右，关闭工频机组，只运行一台变频器；在下午16点用水高峰时，再加开工频机组。这样合理开关车既满足了出厂水压力，同时又节约了大量能源。

    五、系统应用效果：

    水泵电机采用高压变频器进行调速运行后，在有效的调速区段内运行十分平稳，与原来全部工频电机运行相比，由于变频器对电机实现了柔性启动，启动电流大大减小，对机组没有任何冲击，相应延长了设备的使用寿命，大大减轻了维护工作量，减少了维护成本。

    变频器有效的水压闭环控制功能，使水压调节平滑可靠，转速无波动。电机与多功能阀门联动，只要给定频率，电机启动，多功能阀自动开启，使得开关机组变得简单。

    变频器投入运行后，由于电网侧功率因数tigao到0.96以上，在各种负荷下，电网侧电流大大下降，电机的无功电流由变频器直接补偿。

    节能方面，我厂进行了测试：在同种工况下，采用单台机组电度表分别计量的方式，单台机组节电率达32%，这么高的节电率加上合理开关机组，我厂每年将节电100万元。

    三水厂取水、送水变频器正式投产以来至今，连续运行近两年，为水厂正常供水提供了强有利的保障。HARSVERT-A变频器具有免维护的特点，只需每个月更换柜门上的滤网。变频器的应用降低了系统对管路密封性能的破坏，延长了设备的使用，同时维护量减小很多，tigao了系统的自动化程度，节约了大量电能和水资源，切实响应了国家节能降耗的号召。

一、 引言

在现代工业控制系统中，PLC和变频器的综合应用为普遍。比较传统的应用一般是使用PLC的输出接点驱动中间继电器来控制变频器的启动、停止或是多段速，采用PLC加D/A 扩展模块控制变频器的频率。采用D/A扩展模块控制变频器的频率时，容易受到模拟量信号的波动和因距离不一致而造成的模拟量信号衰减不一致的影响，使整个系统的工作稳定性和可靠性降低。从经济的角度来考虑，当需要控制多台变频器时，如果采用D/A扩展模块，成本将是使用RS-485通讯的多倍，例如：一块FX2N-2DA（两路模拟量输出模块）价格在1000元以上，而一块FX2N-485BD（FX系列的485通讯板）价格在200元左右。而使用RS-485通讯控制，很容易实现多变频器之间的同步和比例联动运行。该系统具有成本低、信号精度高（可达变频器高分辨率）、传输距离远、抗干扰性强等特点。

二、系统配置

　　胶辊机械控制系统共使用3台变频器，分别控制行走小车，主轴，挤出机的速度。要求分为自动/手动控制，触摸屏界面为开机界面手动、自动和手动/自动选择四个界面；自动　状态时通过在触摸屏上选择不同的比例来控制3台变频器的频率和起停；手动状态时可以单独操作三台变频器的正反转和频率。

三、系统硬件组成和连接

　　根据该系统的控制要求，选用以下器件：

　　1． PLC选用日本三菱公司FX1N-14MR；

　　2． PLC485通讯扩展板FX1N-485-BD（同变频器作通讯用）；

　　3． 触摸屏为WEINVIEW MT500 5.7寸256色触摸屏；

　　4． 触摸屏同的PLC连接电缆；

　　5． 变频器采用我公司自主研发的正弦SINE003系列变频器，具有低频转距大，带载　　　　　　　　

　　　　能力强，保护功能完善等特点；

四、通讯协议

　　正弦变频器内置标准RS-485通讯接口，其通讯协议格式如下表：

表1 发送、接收数据包格式

协议格式解释：

数据包头：02H（数据包头的起始字节）

从机地址：变频器为从机，变频器的本机地址即为PLC通讯的从机地址，由变频器的参数设定（主机为工控计算机或PLC可编程序控制器等）。

状态代码：从机变频器的状态代码。即参数设定状态、运行状态、停车状态、故障状态和 工厂测试状态。

状态代码：主机发送的命令代码，对从机进行相应的操作，如点动、启动、停车、读数据、写数据、清除故障等。。

数据地址：即变频器功能代码的地址（通讯）编号。

数据信息：数据信息的定义，范围： 0-32000。无小数点，如：若功能代码内容为10.00，发送的数据为1000，若为50.0则为500。发送方式：先发高字节，再发低字节，将数据信息双字节的高 4位和低4位拆分并转换为ASCII码，先高后低发送。

异或校验：数据含义：数据帧从机地址至数据信息的异或结果。既第 2字节第3字节异或的结果与，再与第4字节异或，以此类推至第13字节。处理结果：当校验结果小于等于1FH，则校验结果加20H。

数据包尾：03H（数据包的结束字节）

（从机地址、状态代码、状态代码、异或校验的发送方式：将命令代码的高 4位和低4位拆分并转换为ASCII码，先高后低发送）

五、采用三菱FX1N系列PLC的通讯程序实例如下：

图3 PLC通讯程序实例

六、变频器参数设定

　　1． 控制小车的变频器：

F1.01=2（端子控制正/反转，RUN端子ON/OFF控制正转/停止，F/R端子控制反转/停止）。

F1.02=13（485计算机输入有效），F4.11=1（本机通讯站号设为1#）

　　2． 控制主轴的变频器：

F1.02=13（485计算机输入有效），F4.11=2（本机通讯站号设为2#）

　　3． 控制小车的变频器：

F1.02=13（485计算机输入有效），F4.11=3（本机通讯站号设为3#）

七、结束语

　　采用PLC同变频器通讯，具有接线简单，控制精度高，成本低等特点，特别适合对多台变频器的同步、比例联动以及对变频器频率精度要求比较高的场合。