西门子模块6ES511-1UK01-0AB0型号介绍

更新时间：2024-05-08 07:10:00

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详细介绍

近年来300mw抽汽供热汽轮机组正在成为城市供热主力机组。在建和准备建设的供热机组多为300mw汽轮机组。300mw供热汽轮机组一般配有两台50%额定容量的汽动给水泵，一台30%额定容量的电动给水泵或三台50%额定容量的电动给水泵。
      我国运行中和新建扩建的热电厂中，给水系统调节方式和给水泵型式和配置各不相同。尽管不同型式和不同配置的主给水系统都能满足热电厂的运行需要，但作为电厂的重要辅机系统，其投资和运行维护的经济性是不同的。按照国家“大力推动以节能降耗为重点的设备更新和技术改造，加快淘汰高能耗、高耗水、高耗材的工艺、设备和产品”的要求，应用循环软启动变频调速方案，实现300mw汽轮机组给水泵调节，取代小汽轮机调节和液力偶合器调节，初投资是节省的，系统结构是简单的，运行及维护费用是节省的。
      上世纪80年代以来发达国家已应用变频器进行电站给水泵的调节,并逐步取代小汽轮机和液力耦合器。我国近年来高压变频器已成功的应用到火电厂的送、吸风机,给水泵、凝结水泵、循环水泵、灰渣泵的生产技术改造中,其调节特性、节电特性和经济效益是其它调节方式无法比拟的。

2、主给水系统调节方式
      主给水系统的主要功能是将温度、压力和水质合格的水送到锅炉大汽包,并利用给水系统调节功能将汽包水位维持在允许范围（给定范围）,它是保证锅炉机组安全运行和汽水品质的重要热工系统。主给水调节系统可分为两类;即定速给水泵给水调节系统和调速给水泵给水调节系统。
2.1 定速给水泵给水调节系统      定速给水泵给水调节系统是保持给水泵特性曲线不变的条件下，通过改变主给水自动调节门开度从而改变主给水管道阻力特性曲线，来改变给水泵工作点的调节方式。这一调节方式节流损失大，给水泵单耗高，已是不争的事实，属于应该“加快淘汰的高能耗工艺”之列。
2.2 变速给水泵给水调节系统
      变速给水泵给水调节系统是在给水管道阻力特性曲线不变（主给水调节门全开）的条件下，通过改变给水泵转速来改变给水泵特性曲线，实现调节给水**，控制锅炉汽包水位的目的。
      变速给水泵给水调节系统，就其原动机来分，可分为小汽轮机和电动机两种方式。汽动给水泵由小汽轮机驱动，小汽轮机接受给水调节系统**、压力和水位信号，并通过小汽轮机进汽量，调节给水泵转速；电动给水泵又分液力耦合器调节和变频调节两种。液力偶合器调节是以油做工质，由原动机驱动泵轮（主动轮）将机械功率传递给工质油，带动涡轮（从动轮）旋转，液力耦合器接受给水调节系统的**、汽压、水位信号，通过勺管控制机构改变液力耦合器充油量来调节给水泵转速；变频器则是通过改变异步电动机定子的供电电源频率f及电压v使同步转速变化，从而改变异步电动机转速，变频器接受给水调节系统**、汽压、水位信号，通过改变电源频率和电压调节电动机转速。
2.3 不同调速方式技术经济分析
      小汽轮机调节、液力耦合器调节和变频调节都能实现给水泵的调节功能，达到调节的目的。但其初投资、维护费用和运行费用各不相同。
      2.3.1 投资经济比较
      （1）汽动给水泵投资构成主要是给水泵、小汽轮机、抽汽管道、调节管道系统，前置泵减速机构，小汽轮机汽封系统、疏水放汽系统、小汽轮机排汽管道等，以及由于小汽轮机占地面积和空间等因素影响到主厂房空间增加较多等，初投资也较大。
      （2）液力耦合器调速给水泵投资构成主要是给水泵、电动机、液力耦合器、开关柜、电缆等。
      （3）变频器调速给水泵投资构成主要是给水泵、电动机、变频器、开关柜、电缆。由于变频软启动，则厂用变压器启动容量可不考虑给水泵启动冲击电流问题，变压器容量可相应减少，这也可以减少相应初投资。
      2 .3.2 维修经济比较
      （1）汽动给水泵年维修费用高出液力耦合器年维修费用3倍。主要有给水泵小汽轮机，前置泵减速机构，润滑油系统、小汽轮机疏水放汽系统、小汽轮机汽封系统与主汽轮机相比，麻雀虽小五脏具全，与电动给水泵相比无疑大大增加了维修工作量，备品配件及消耗材料的数量小汽轮机除需定期小修维护外，还需定期（4年）大修揭盖检查通流部分等。
      （2）液力耦合器年维修费用是小汽轮机年维修费用的四分之一。液力耦合器调速给水泵的维修量除给水泵外，主要是液力耦合器的油系统和冷却水系统与小汽轮机比较维修量较小，其维修费用只占小汽轮机维修费的四分之一。
      （3）变频器年维修费用小。变频器是高科技电力电子产品，设计寿命为15年，设计安装位置得当（无粉尘）一般无需维修，年维修费用可以忽略不计。
2.3.3 运行经济比较
      根据相关文献报道汽动给水泵配置方式与电动给水泵液力耦合器配置方式相比在运行上并不经济；同等条件下液力耦合器调速电动给水泵比变频调速电动给水泵多耗电15%。
      ,汽动给水泵初投资高,系统复杂,所占平面与空间均较大,维护费用高;液力耦合器调速给水泵初投资较高,系统较复杂,维护费用较高,节电率较差；变频调速给水泵,初投资较低,系统简单,维护费用低,节电率较高。故300mw汽轮机组调速给水泵配置顺序应以:
       （1）变频调速给水泵；
       （2）液力耦合器调速给水泵；
      （3）小汽轮机调速给水泵为宜。

3、300mw汽轮机组给水系统结构
      300mw汽轮机组给水系统结构如图1所示。给水系统流程为，除氧气、前置泵、锅炉给水泵或电动给水泵、高压加热器、主给水调节门及其旁路门、省煤器入口联箱、省煤器出口联箱、锅炉汽包。

图1 300mw汽轮机组给水系统结构

4、300mw汽轮机组给水泵变频调速方案
液力耦合器调速需要每台泵装一台液力耦合器，变频调速则不然，无论是配备两台额定容量给水泵，还是配备三台50%额定容量给水泵，只要配备一台变频器就可以方便地实现软启动和变频调速，这是液力耦合器无法做到的。
4.1 一拖三循环软启动变频调速方案
300mw汽轮机组往往配备三台50%额定容量的给水泵,两台运行一台备用。所谓一拖三循环软启动变频调速方式就是利用一台变频器通过切换分别实现三台给水泵的软启动和变频调速,如图2所示。这一方案的特点是一台变频器通过切换可以分别实现三台泵中任意一台泵的软启动和变频调速运行,**了变频器的利用率。既实现了给水泵的软启动,又实现了给水泵的变频调速。这一方案的运行方式是锅炉机组滑启和50%额定负荷以下时，一台给水泵变频调速运行；50%额定负荷到额定负荷时,为两台给水泵一工一变运行（即一台工频运行，一台变频运行）,工频泵带固定**其扬程由锅炉机组运行参数（汽包压力加汽包水位到给水泵水柱高加管道阻力之和）决定。变频泵调节给水**,保持锅炉水位。

图2 一拖三循环软启动变频调速给水泵原理接线图

4.2 工、变频同步切换是循环软启动的关键
      利用一台变频器实现循环软启动变频调速的关键是工频与变频同步切换技术。这是因为锅炉机组运行中一刻都不能间断供水。有鉴于此，变频调速运行中的给水泵切换到工频运行，不能瞬间断电，即不能先断开变频开关，再合上工频开关，只能是在变频调速运行中的（#1）给水泵与#1给水泵工频电源开关进行同步并列，合#1给水泵工频电源开关后，再断开#1泵变频开关。实现给水泵从变频运行到工频运行的同步平稳过渡和切换。
       实现同步切换的关键是同步切换软件系统和plc控制系统。同步切换软件系统的主要功能是通过运行中的变频调速系统与工频电网进行自动准同期调整,做到相序一致（这是接线时已经确定了的）,电压相等（同步切换软件系统完成）,频率差小于0.5hz,直至相位误差小于设定值（同步切换软件系统完成）,plc发出指令,工频电源开关同步合闸。经检定同步合闸正常后,断开变频开关。
4.3 一定一变并列运行原理
       两台定速泵并列运行和两台变速泵并列运行人们是熟悉的。一定一变并列运行只要保持扬程相同也是可行的。300mw机组主给水泵的调节功能（手动和自动）是在汽包压力一定、主给水调节门全开的条件下，通过改变给水泵转速调节给水**，保持锅炉汽包水位。锅炉启动过程中和50%额定负荷以下一台泵（1号）变频运行；锅炉负荷超过50%额定负荷时，一台泵（1号）的**满足不了需要，需要启动另一台泵（2号）并列运行，此时将运行中的变频泵（1号）切换到工频定速运行。带固定**其扬程由汽包压力加汽包水位到给水泵水柱高加管道阻力之和决定，用变频器软启动另一台（2号）泵变频调速运行，根据需要调节**，保持锅炉水位。工频定速泵（1号）对应佳工作点带固定**，变频调速泵（2号）对应工作点调节**。工频定速泵特性曲线与运行扬程的交点即是工频定速泵的工作点，其对应**即为工频定速泵的**。对应变频调速泵特性曲线与运行扬程的交点为变频泵的工作点，其对应的**即为变速泵的**。工频定速泵与变频调速泵**之和即为总**。如图3所示。

图3 工频定速泵与变频调速泵并列运行调节原理图

4.4 一拖三循环软启动变频调速给水泵特点应用变频器实现电动给水泵循环软       启动和调速运行是主给水系统电动给水泵启动和调节方式的一场变革。这一方式从根本上解决了液力耦合器调速的所有弊端。其主要特征是：
      （1）实现了给水泵的软启动，减少定压下启动的冲击电流，缩短了启动时间，减少了启动过程中的铁损、铜损和对主绝缘的损伤。
      （2）实现了给水泵的无级调速,调速精度高（0.01hz）解决了液力耦合器丢转问题。
      （3）高效率（变频器效率可达到98%）、高功率因数（变频器工率因数可达到0.98）、高节电率（节电率在相同条件下高于液力耦合器15%以上）。
      （4）具有工业网络及通讯接口，可以方便地实现dcs的启动、停止、联锁、闭锁、开环、闭环、手动、自动控制。
      （5）保护功能齐全，具有过流、输出电压异常、过载、电机过热、冷却风机异常等、停电检测、接地检测等功能。
      （6）维护量小、故障率低、使用寿命长，一般可以达到80000h无故障。
       （7）年运行维护费用远远低于液力耦合器。

5、二拖三软启动变频调速给水泵方案也是可行的
一拖三软启动变频调速给水泵理论上是可行的，但尚无运行实践，人们不免担心，万一变频器故障怎么办，其实这很简单，增加一台变频器问题就解决了。其原理图如图4所示。

图4 二拖三软启动变频调速给水泵方案原理图

这一方案在锅炉机组启动时可以用#2（#3）给水泵变频启动带负荷至50%额定容量时，启动#1给水泵，运行正常后可将#2（#3）给水泵切换到工频运行，以#1给水泵变频调速运行，保持锅炉水位。#3（或#2）变频给水泵做备用。
这一方案尽管增加了一台变频器，其初投资也不高于汽动给水泵，其综合技术经济比较是可取的。

6、结束语
变频调速是当代**、可靠、高效的调速技术。低压变频器在火电厂已得到了广泛应用，在实现自动控制和节能降耗上收到了良好效果，已被社会所公认。高压变频器在火电厂的送、引风机、排粉机、灰渣泵、循环水泵、汽机凝结水泵、母管制给水泵等技术改造、新建、扩建机组中，已经和正在广泛得到应用。高压变频器在电厂的应用，已经和正在得到人们的普遍重视。
节能降耗是基本国策，也是长远方针，对待节能降耗要像对待环保那样应从根本上加以重视。主给水泵是必须进行调节的主要辅机，也是火电厂单机耗电量大的辅机，应用变频器进行一拖三循环软启动变频调速或二拖三变频调速运行是主给水泵调速的佳选择

　随着计算机技术的不断发展，机器视觉技术在近三十年中得到了迅猛的发展，其应用遍及工业、农业、科学研究、军事等各个领域。而传统的图像处理软件常采用面向过程的语言设计，为完成特定的任务，用户需要花费较大的精力去开发程序。因此,导致开发周期较长，而且开发的程序也是面向硬件（图像采集卡），程序的可移植性也较差。近年来PC机不断发展，含增强媒体功能MMX技术的Pentium处理器、稳定的操作系统、PCI局部总线以及具有友好用户接口，为虚拟仪器逐步应用于图像处理和计算机视觉领域奠定了良好的硬件基础[1]。

　　在计算机水果外部品质检测方面，国内外一些研究院所利用图像形态学及苹果的边界形状特征，提出了果梗判别方法和果轴确定方法，根据果轴提取形状特征参数，利用遗传神经网络实现果形的分级;在颜色检测方面，先对RGB颜色空间进行Wigger变换，再根据色调对象素点累积求和得出着色面积;在缺陷检测方面，利用颜色比特征进行缺陷的分割后，先按颜色检测碰压伤（棕色）、日灼伤（白色），再对其余的缺陷可疑区抽取其特征参数，由遗传神经网络对黑色或灰色可疑缺陷区进行分类。本研究针对水果分级过程中的颜色、形状，进行处理，为水果轮廓边缘检测提供了一个方法论。

1 虚拟仪器的计算机视觉系统的构成

1.1系统的硬件配置

　　虚拟仪器的计算机视觉系统由光源、CCD摄像头、图像采集卡和PC机组成。为了**图像采集精度和速度，本设计的配置为：松下的Panasonic WV-CP240/G彩色摄像机、NI公司的IMAQ PCI/PXI-1411高速灵活的图像采集卡和PC机。

1.2计算机视觉系统的软件配置

　　数字图像处理是计算机视觉系统的核心，在虚拟仪器系统中这一切是通过软件来实现的。所以软件部分就是其核心，它由开发平台、应用软件包和设备驱动程序组成。本系统采用了LabVIEW7.1作为系统的开发平台。一方面，因为NI公司的IMAQ Vision软件将机器视觉和图像处理功能集成在LabVIEW之中;另一方面，充分利用它快速显示、分析、处理的图形界面功能，进行数值分析、信号处理和设备驱动，满足系统的功能要求，**工作效率。

　　IMAQ Vision为平台提供了完整的图像处理函数库和功能模块，包含一系列MMX优化函数，提供了大量科研和工程中常用的图像采集和处理功能，例如各类边缘检测算法、自动阀值处理、各种形态学算法、滤波器、FFT等。

2 图像采集及处理程序设计

　　本设计程序分成两大模块，一是图像采集存储模块;二是图像处理模块。采集存储模块，将CCD采集的图像信号，经过A/D转换后，输入计算机存储为所需格式;图像处理模块分为图像预处理、图像分割、特征提取、过滤处理等几个部分。

2.1 数字图像的采集

　　通过平台LabVIEW 7.1和图像采集卡PCI/PXI-1411的驱动程序，设计了图像采集及存储模块软件，如图1所示。图像采集板对来自CCD的标准视频信号（PAL或NTSC制式）进行A/D转换过程，经量化后的数据通过PCI总线传入计算机内存RAM。利用NI-IMAQ提供的控制函数控制图像采集卡对图像的采集，并利用LabVIEW 7.1中快速VI的子VI，把图像存储为需要的多种文件格式：BMP、JPEG和PNG等[2]。

图1系统图像采集程序模块

2.2 图像处理过程

2.2.1中值滤波

　　由于采集过程中受到各种噪声源影响，在图像上常常会出现一些孤立的像素点。这些像素点与相邻像素点有显著不同，干扰了图像采集效果。如不进行滤波，将对以后的图像区域分割、分析、处理带来影响[3]。

　　非线性滤波器能够较好的消除图像采集中噪声干扰问题。本设计采用了中值滤波方式，它有效地做到了噪声抑制，滤除了脉冲干扰和图像扫描噪声，同时避免了线性滤波器带来的图像细节模糊，并保留了边缘信息。中值定义为[4]：一组数X1 ，X2，X3，……Xn（X1 ≤X2≤X3……≤Xn），把这n个数按值大小顺序排列如下：

　　（1）

　　y称为序列X1 ，X2， X3，……Xn，的中值。

　　用中值滤波进行图像去噪声处理需要以下几个步骤：设定滤波器模块大小，如取5×5模块;将模块在图像中漫游，并将模块中心与图像中某一像素位置重合;读取模块下个对应像素的灰度值;将这些灰度值从小到大排序;找出这些值中中间一个作为中介值;将中介值赋给对应模板中心像素。这时就可以使周围像素的灰度值差趋于零，从而消除孤立噪声点。

　　利用IMAQ Vision可以将彩色图像进行中值滤波处理，方法为：从原始32位图像中，抽取红、绿、蓝三色调色板，IMAQ Vision中彩色图片R、G、B用一个32位整数表示。分别对RGB中，红、绿、蓝调色板（8位）进行中值滤波处理，衰减随机噪声的同时保证边界清楚，确保水果尺寸特征。处理后的RGB调色板再用相应位运算将原始图像进行转换，生成去除噪声的新的彩色图像。处理前后图像比较如图2所示。

图2中值滤波前后图像比较

2.2.2 彩色图像阈值算法

　　在IMAQ Vision中，采用RGB阈值处理算法，通过人工调整设定RGB的阈值，先将RGB图像转化为灰度图，再利用灰度图像直方图进行阈值处理获得二值图像。

　　在RGB颜色坐标系统中，如果只对色度感兴趣，则只要考虑R、G、B的相对值。相对值 r、g、b称为色度坐标，其计算公式如下：

　　式中的Rm、Gm、Bm分别是RGB颜色坐标系中的大分量值。

　　传统算法对光照要求条件较高，要求背景与物体要有很大灰度差，而在IMAQ Vision中，分别将每一个RGB像素点分成8位进行阈值处理，在光照条件较差的条件下，仍能获得较高质量的二值图像。对图2（b）处理原始图像灰度直方图见图4（a）。

2.2.3 图像分割

　　仅采用阈值处理难以获得理想的图像分割结果，所以仍需要利用形态学算法进行图像分割。图像分割处理是将数字图像划分成互不相交（不重叠）区域的过程。为保证原有图像在图像分割前不受到损害，在进行分割前先对图像进行边缘检测，以获得完整边界。首**行腐蚀，确定连通性准则为和人感觉接近的8连通，取结构元素为7×7矩阵模板，矩阵中间位置为结构元素原点。如图3所示,把结构元素B平移a后得到Ba，若Ba包含于X，我们记下这个a点，所有满足上述条件的a点组成的集合称为X被B腐蚀（Erosion）的结果。用公式表示为：E（X）=｛a| Ba X｝=X B.

图3腐蚀算法、膨胀算法示意图

　　图3（a）X是被处理的对象，B是结构元素。不难知道，对于任意一个在阴影部分的点a，Ba 包含于X，所以X被B腐蚀的结果就是那个阴影部分。阴影部分在X的范围之内，且比X小。依据边缘检测的完整结果，经过IMAQ Vision可以进行多次腐蚀处理。

　　把结构元素B平移a后得到Ba，若Ba击中X，我们记下这个a点。所有满足上述条件的a点组成的集合称做X被B膨胀的结果。用公式表示为：D（X）=｛a | Ba↑X｝=X B。图3（b）中X是被处理的对象，B是结构元素，不难知道，对于任意一个在阴影部分的点a，Ba击中X，所以X被B膨胀的结果就是那个阴影部分。当进行多次腐蚀后，再进行膨胀，膨胀至边缘完成图像分割[5]。相关处理结果如图4（b），

图4相关处理效果图