西门子模块6ES7214-1BD23-0XB8质量保障

西门子模块6ES7214-1BD23-0XB8质量保障

安装在卧螺离心机差速器小轴端的调速装置称为背驱动装置。这些装置如：电涡流制动器[1]；异步电动机；液力马达；机械式过载保护装置（小轴转速为零）等。在螺旋滞后于转鼓时，这些装置都是以消耗离心机动能为代价，对小轴作用制动力矩，借以达到调节差转速的目的。对小轴而言，背驱动装置是一种负负载。在通用变频器调速系统中，和差速器小轴相连的电动机长期处于再生状态，运行于第4象限，从离心机接受机械能，将再生制动的能量反馈到变频器的直流母线上，再通过制动电阻将其消耗掉。如何回收该部分能量是国内外离心机制造商热切关心的课题。

一、卧螺离心机背驱动装置的负载性质
安装在卧螺离心机差速器小轴端的调速装置称为背驱动装置。这些装置如：电涡流制动器[1]；异步电动机；液力马达；机械式过载保护装置（小轴转速为零）等。在螺旋滞后于转鼓时，这些装置都是以消耗离心机动能为代价，对小轴作用制动力矩，借以达到调节差转速的目的。对小轴而言，背驱动装置是一种负负载。在通用变频器调速系统中，和差速器小轴相连的电动机长期处于再生状态，运行于第4象限，从离心机接受机械能，将再生制动的能量反馈到变频器的直流母线上，再通过制动电阻将其消耗掉。如何回收该部分能量是国内外离心机制造商热切关心的课题。利用特别设计的四象限运行变频器（例如ABB公司的ACS611型变频器），可将再生能量直接反馈回电网，但变频器价格昂贵，国内除了轧钢厂以外很少有应用。Alfa-Laval公司近年生产的DS706型大型污水处理离心机应用双变频能源反馈节能调频控制系统（使用ACS800系列变频器），目前在香港昂船洲污水处理厂运行。国内也有厂家利用国产变频器，将共直流母线交流变频技术应用于卧螺离心机，使该部分能量大部分得到回收，取得了良好的社会效益和经济效益。
这一技术的推广应用无疑是极有意义的，本文对此进行讨论。
二、共直流母线交流变频调速系统的结构和特点
1-主变频器；2-主电机；3-离心机；4-差速器；5-副电机；6-副变频器；

结构：见图1，离心机3由主电机2驱动，差速器小轴和副电机5同轴连接。主、副电
机的转速由变频器1、6控制，二者的直流母线并连，三相电源输入主变频器1。
特点：
（1）优良的节能性能：在螺旋滞后时，再生的能量送到副变频器的直流母线上，由于主、
副变频器的直流母线并连，该能量就经过主变频器被主电机利用。
为简单起见，设稳态时离心机以恒转矩和恒差速运行（不计及调速时加速转矩和减速转矩的影响），则回收的能量为：P=0.8 M n/9550,式中：P-功率（KW）;M-小轴力矩（N.m）;n-小轴转速（r/min）;M前的0.8倍是由于再生制动时，即使不加放电的制动电阻，电动机内部也有20%的铜损被转换为制动转矩[2]。
（2）动态响应快：有些PID调节系统往往有超调现象，过渡过程时间较长，例如电涡流制动器调速系统，稳定周期有时长达数分钟。变频调速系统转矩响应时间仅150-200ms[3],动态特性明显改善。
（3）容易处理突发事件造成的转鼓内物料的堆积：副电机反转时运行于第Ⅰ象限（电动机状态），这时差速很大：Δn=(n1+n)/i，（n1-转鼓转速r/min;i-差速器速比），由于变频器具有2倍额定力矩的静态启动转矩[3],使堆积在转鼓内的物料容易排出。
（4）有利于实现恒转矩控制：某些物料，例如城市污水，含有60%-70%的有机物质，沉泥具有可压缩性，含固率时时刻刻在变化，使螺旋推料力矩随着进料**和含固率的波动而变化，要求电气系统根据力矩变化及时控制进料量或差转速，否则，很容易堵料。
恒力矩控制的关键是实时连续测量螺旋推料力矩,必须合理选择力矩传感元件。在液力马达调速系统中，使用液油压力变送器；在电涡流制动器调速系统中，使用电阻应变式力矩传感器；在本文介绍的变频器调速系统中，则可直接利用变频器输出的力矩电流模拟量,不必单独安装传感器。
例如，艾默生TD3000变频器具有转矩控制和转速控制两种工作方式：当选择转矩控制方式时，变频器输出频率将根据输出力矩信号自动调节，当螺旋推料力矩变大时，降低输出频率，增加差速，将沉泥快速推出转鼓；反之，增加输出频率，减小差速，使力矩增加。终使螺旋推料力矩稳定在设定值附近。
3调速系统的设计
（1）变频器选型：对主变频器没有特别要求，副变频器要求能屏蔽输入缺相保护。如果离心机需要恒力矩控制，应选用矢量控制变频器。
（2）主、副变频器功率匹配：不是任意功率的变频器都可以如图1连接，选取主变频器功率时必须考虑到当副电机处于电动机状态时，副变频器从主变频器吸取功率的能力。
（3）副电机选型：副电机额定输出力矩应能满足螺旋推料力矩的需求。由于差速器小轴传递力矩M是螺旋推料力矩M2的i分之一，因此副电机的额定力矩应大于M2/i；具体计算时，应考虑差转速调节范围；电机连接方式等因素。选用普通三相异步电机，转速控制精度为0.5%-0.1%,选用带编码器的变频电机,变频器运行在带PG矢量控制方式下，转速控制精度可达到0.1%-0.05%.
设计实例：表1是海申机电总厂在φ350到φ720的4个系列十几个品种城市污水处理离心机中主、副变频器的功率匹配和副电机选型表，主变频器选用艾默生TD2000,副变频器选用艾默生TD3000，副电机均选4极变频电机，安装OMRON E6C2-CWZ6C型600线光电编码器。
表1

以LW430W离心机为例，运行转速n1=2200r/min;差速器额定输出力矩4000-5000N.m,速比i=91;差速调节范围Δn=2-20r/min（正常运行10-12r/min）;副电机和差速器小轴直接连接（如图1），差速按Δn=（n1-n）/i计算，得表2数据，完全可以满足工艺要求。

表2中：差转速低于7.7r/min输出力矩变小，是由于变频电机50Hz以下为恒转矩调速；50Hz以上为恒功率调速，但差转速低的情况仅当进料浓度特别低或离心机进料初期才出现，这时的推料力矩也较小。
4 应用实例
图2是应用于大豆蛋白漕液分离的LW520型高速离心机电气控制简图,主变频器U1用于驱动离心机，使离心机转速0-3500r/min无级可调，变频器的输出频率由端子X1和X2设定。S1是离心机工作状态选择开关，把S1打到X1位置，离心机以分离频率运行，S1打到X2位置，以冲洗频率运行。分离频率出厂时设置为45Hz(转鼓转速3150r/min),冲洗频率出厂时设置为5Hz(转鼓转速350r/min),如果需要改变运行频率，可以对变频器参数F58,F59进行设定。
U2是副变频器，用于调节离心机转鼓和螺旋速度之差，即差转速，改变差转速的大小可以改变离心机的推泥速度，也会影响离心机每小时污泥处理量。本机主副变频器直流母线直接并连，具有优良的节能效果。
PR是转速显示仪表，用于显示离心机转鼓转速和差转速。转速表内部有一个开关,用于选择同步报警点，可选择：1r/min,5r/min,10r/min三种，当差速小于报警点时，安装在转速表内部的继电器常开触点先闭合,然后,继电器K1动作，副电机停车。通过继电器K1外接触点，用户可外接声音报警系统，或报警时切断进料阀，或和远程控制系统通信。
时间继电器KT是解决离心机启动阶段差转速低于报警点的问题.
本设计的特点除了电路简单操作方便以外,更主要的是差转速调节快速而准确,稳定性可达到±0.1r/min.

4 结束语
共直流母线交流变频调速系统较好地解决了卧螺离心机背驱动电机再生能量的回收问题，它给用户带来了很大的实惠。以上海龙华水质净化厂为例，该厂目前年处理城市污水10万吨，使用2台LW430W型离心机。设运行差速10r/min,小轴力矩15N.m[4], 初步测算一台离心机节能1.5KW,以每天运行10小时，每年运行300天计算，年节电4500度，以每度电费0.631元计算，年节省电费2839.5元。2台离心机共节省电费5679元。

一、概述
　　，全球的工业自动化动力、控制和信息系统解决方案供应商罗克韦尔自动化的集成架构产品和解决方案已经在冶金、电 力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山、汽车制造等各个行业得到成功的应用和广泛的认同，其控制系统、软件、变频器在 冶金各工艺生产中的应用举不胜数。宣钢炼钢车间的2座80t炼钢转炉、LF精练炉、2台连铸机及辅助布袋除尘器等工艺设施的测控全部采 用了ControlLogix系统，工程于2002年5月18日顺利投产。据我们所知，这是ControlLogix系统在国内炼钢转炉上的应用。

　　近年来，随着炼钢转炉自动化程度的**，随着生产安全性、可靠性要求的**，随着全厂调度管理网络自动化的**，先进的 、开放的控制系统在生产中得到越来越广泛的应用。

　　宣钢新建炼钢车间的测控系统在初期的方案设计定论后即开始系统、品牌的招标，在的四大控制系统厂商：ABB、Siemens、 Schneider、罗克韦尔自动化参与激烈竟标的情况下，罗克韦尔自动化的ControlLogix以其先进的配置、良好的性能价格比脱颖而出，博 得专家评委的一致青睐，终中标。

二、系统简介
2．1．控制系统配置
　　转炉控制系统配置：每座转炉本体、散状加料、余热锅炉、烟气净化各用1台PLC及操作站，转炉本体公用部分、鼓风机房、煤气 回收输配各用1台PLC及1台操作站。1#、2#转炉各设1台服务器。转炉控制系统配置如

　　控制系统联接网络共有四层：1.设备网（DeviceNet/ProfiBUS）；2.控制网（冗余ControlNet）；3.厂级管理网（EtherNet/IP ）；4.局域网（EtherNet/IP），该网设置于转炉主控室，以便转炉主控室2座转炉的10台操作站和服务器的联网使用。

　　现场设备联接的设备网有DeviceNet、ProfiBus，如氧枪变频器、煤气鼓风机6KV中压变频器直接通过设备网卡与PLC通讯。

　　所有1#/2#转炉及公用部分PLC、操作站、服务器之间采用（ControlNet）冗余控制网连为一体，实现PLC、操作站、服务器数据 共享、实时交换。

　　连铸机、精炼炉同转炉一样，采用独立的ControlLogix控制系统。厂级管理网（EtherNet/IP）将转炉、连铸机、LF精炼炉控制 系统的服务器与厂级管理机、调度机相连接，实现主要生产、能源数据相互交换，为厂级管理和调度人员提供产生调度、决策数据。

　　转炉各操作站、服务器采用DELL中高端配置商用计算机。服务器、操作站系统平台为bbbbbbs2000（服务器/客户版）。操作站上 位监控软件为RSView32，PLC组态软件为RSLogix5000，网络组态软件RSLinx(Control Net/DeviceNet)等。转炉本体操作画面如

　　1#/2#转炉在主控室分别设置一台服务器，服务器用于网络管理、用户登陆控制，生产数据的管理、报表的打印，上位管理网的 通讯、工程师的软件开发及维护使用等。为实现ERP功能奠定基础。在生产中服务器也可作为操作站使用。

2．2．控制系统特点
　　代表自动化发展新趋势的新一代ControlLogix控制系统，从传统单纯的PLC和DCS控制转为PLC和DCS融合发展的方式，是罗克韦尔 自动化顺应这种发展潮流推出的新一代的控制平台，Logix控制器平台是将高速离散控制、过程控制、协调传动控制、运动控制、批次控 制和安全控制融于一体的一个控制平台。允许混合使用多个处理器、多种网络和I/O。系统灵活性强、易于集成、模块化设计、开放式结 构，特有的升级固件，使得系统在应用**能强大、安全可靠，而且极大地节省培训费用和工程实施费用。

　　ControlLogix在宣钢转炉过程控制中应用的技术，具有下述特点：
1. 控制器：每台Logix5555控制器大寻址量128000点DI/O，4000点AI/O及回路。ControlLogix平台通过背板提供了高速数据传输。各控制 器能产生(广播)和使用(接收)系统标签，这种技术使得多个控制器共享输入信息和输出状态，非常实用。可选用户内存(1.5Mb)。

2. 1756系列智能I/O模块：I/O模块种类繁多，可拆卸端子，具有带电拔插、分变则报(COS)、自诊断、时间标记、模块标识、闪存升级、电 子保险、单独隔离等功能。模块广播数据的速率可设定。1756-HSC高速计数模块(4通道)每2ms就能更新数据，效率高。

3. 网络设置：网络分层、分工明确、安全可靠。控制网ControlNet冗余、开放、高速、实时、对等传送数据信息，ControlNet能够可靠预 测数据何时发送，具有高度的确定性。设备网DevicelNet，是一种开放式的底层通用网络，基于标准的CAN技术，具有互操作性。成本及 维护费用低。

4. 罗克韦尔软件：是罗克韦尔自动化公司自行开发推出的产品，具有世界工业界的水平。RSLogix5000梯形图编程软件包，有灵活易用 的编辑功能、通用的操作画面、诊断和纠错工具。RSView32是高度集成、基于组件的人机界面，发挥微软技术优势的监控软件，其 开放性与第三方程序有高度兼容性。RSLinx为现场设备连接罗克韦尔自动化产品的通讯软件，界面友好、功能强大，支持不同网络上的 设备通讯。

2．3．控制系统主要功能及效果
控制系统完成1#/2#转炉本体、散状加料、汽化冷却、烟气净化及公用部分、煤气鼓风机房、煤气回收输配等工艺的生产参数的 在线检测、数据处理运算、显示、存储、管理、控制输出、报表打印、记录操作过程等功能。程序全自动时，设备由计算机控制，操作 人员可通过人机对话修改设定值、可直接控制设备运行。

　　转炉顶吹氧枪及介质控制、转炉低吹数模控制、转炉散状加料控制、二文喉口开度调节、汽包液位调节等全自动控制等在任何转 炉生产车间都是较难控制的工艺对象，而宣钢转炉控制系统，加以独特的程序处理，这些工艺对象控制得非常理想，其中转炉顶/底吹气 体压力或**可以控制在设定值的3%以内，转炉喉口差压可以控制在6Pa以内，这些数据与兄弟单位相比，处于地位。

三、应用推广
　　先进的控制系统是一个现代化工厂的标志，对于企业有着深远的社会效益和经济效益。ControlLogix系统在宣钢转炉及整个炼钢 车间的成功使用，不论生产测控，还是厂级生产调度管理，都达到的水平。为宣钢节约了能源、降低了成本、减少了操作人员 ，**了生产的安全性，**了产品的合格率、生产率。炼钢车间自2002年5月18日投产后，一个星期即达产。半年的生产时间，使宣钢 创下了前所未有的历史产量及经济效益。经与甲方领导交流，估计由控制系统良好使用带来的效益每月至少增加200万元(人民币)。

　　“尽管许多自动化公司都声称能够向客户提供自动化设备及解决方案，但我们认为只有罗克韦尔自动化公司和及其代理商雄越公 司做得好！”宣钢炼钢厂自动化车间樊主任说：“他们有先进的产品技术、雄厚的技术力量、良好的售后服务，我们与他们合作是 佳的选择，在未来的项目中我们将继续采用他们的产品技术。”

　　宣钢80吨转炉的投产，尤其是控制系统，成为了兄弟单位参观学习的样例工程。山东青岛钢厂(80t转炉)、珠海粤裕丰钢厂 (2x65t转炉)、承德钢厂(3x100t转炉)等单位在考查完宣钢80吨转炉项目后，已确定炼钢车间控制系统全部采用ControlLogix，项目正在 实施中，在不久的明年我们又可以看到更多的ControlLogix系统在炼钢车间的成功应用。

项目背景
　　变电站自动化是在计算机技术和网络通信技术的基础上发展起来的，即应用自动控制技术和信息处理与传输技术，通过计算机硬软件系统或自动装置，代替人工对变电站进行监控、测量和运行操作的一种自动化系统。其基本功能包括：数据采集、数据计算和处理、越限和状态监视、开关操作控制和闭锁、与继电保护交换信息、自动控制的协调和配合、与变电站其他自动化装置交换信息和与调度控制中心或集控中心通信等。对此，研华科技提供了一个电站工程综合自动化系统，可作为变电站自动化的解决方案之一。

变电站自动化系统需求
　　
　　某变电站根据其实际情况，提出如下需求：
　　
　　运行稳定的bbbbbbs2000操作系统
　　
　　基于分层的高速网络结构（Lonworks、Ethernet），容量大、拓展性强，多任务操作平台，能够提供完善的在线帮助
　　
　　要求采用新型测控装置，具有仪表的精度、保护的可靠性
　　
　　要求采用单元式加强型机箱结构，以及抗震动、抗电磁干扰设计，可分散安装在高压机柜上
　　
　　能够集成电压无功综合调节（VQC）、小电流接地选线功能，具有防误操作闭锁键盘控制，具有自诊断和自修复功能
　　
　　操作方便，可靠性高，报表可由值班人员任意设置，具有所见即所得的打印功能
　　
　　需要采用模块化软件设计，配置灵活，提供与其他厂家产品的通信接口，单台计算机即可完成所有通信、管理功能；提供双后台热备用配置，满足枢纽变电站需要
　　
　　系统应提供多个RS232/485/422智能接口, 可与智能电度表、直流电源监控等其他IDE设备连接
　　
研华系统解决方案 　
　　研华所提供的变电站自动化系统集测量、信号、保护、控制、远动、管理为一体，满足综合自动化系统有人或无人值守变电站的要求， 35KV以下的保护测控装置可分散安装在高压开关柜上以节省部分电缆、土建。该系统适用于110KV及以下变电站综合自动化系统，与客户WFB-100发变组保护、WCB-110厂用保护一起可构成电厂自动化系统。具体来看，该系统具有如下功能：
　　
　　完成数据采集与处理，对一次侧的模拟量、数字量进行实时采集。
　　
　　监视功能，具有变电站主接线图、潮流图、负荷曲线、电压棒图、实时数据显示、信息记录，越限报警等显示。
　　
　　进行自动控制与调节，保留历史记录，可以对各分散单元的运行状态和网络通讯状态进行自检。
　　
操作票、运行班志制作功能
　　可对保护装置的定值进行远程查看和修改，对保护软压板进行远程投退对于线路、变压器、馈线、电容器等保护设备，采用ID系列统一硬件平台，运行稳定、可靠。
　　研华针对客户的上述系统要求，建议客户系统采用分布式结构，从而实现灵活配置，具有多种安装模式，既可采用分散安装，也可以进行集中组屏。设备选型过程中，研华建议客户选用的是能适应各种恶劣环境的IPC-610P4原装整机。此机型扩充性好，提供4个PCI槽， 9个ISA槽；在机箱底部加4个垫子，在机箱内部上部增加紧压板卡条以满足抗震功能；因客户现场无人，为防误键盘操作，客户要求现场键盘能锁，因此又在机箱面板内设计键盘锁开关，客户不在现场时可用来控制键盘使用权；整机中包括PCA-6180E主板和300W带PFC保护功能电源，主板带有看门狗，能满足系统自诊断和自修复功能；由于客户实际现场供电电压不稳，对此在系统中使用300W带PFC保护功能的电源，此电源满足90V—265V无间隙供电，且具较强抗电磁干扰性，减小了客户因供电不正常而出故障的可能性。整个变电站综合自动化系统结构如图1所示。
　　
系统运行及客户评价 　
　　在正式投入运行后，在变电站综合自动化系统中，由监控主站负责所有变电站保护装置的数据采集、监控和通讯。监控主站一般采用两台计算机互为备份，互为冗余，自动实现双机的切换。作为监控主站，这是因为在高电压等级的变电站中，时刻要监视整个变电站的运行情况，采用一台计算机作为主站计算机时，当主站出现故障或需要升级软件等情况时，则变电站不能进行正常的工作。所以要采用两台主站计算机互为备份，从而大大**安全系数。而远动主站一般和调度进行远程通讯，并可和外厂家的通讯管理机进行通讯。
　　
　　经过实际应用，可以认为，研华这一解决方案在以下几个方面具有较为突出的特点：
　　
　　高稳定性：由于采用了高可靠的研华原装整机作监控主站和远动主站，增强了系统的稳定性；
　　
　　灵活配置：采用分布式结构，配置灵活；
　　
　　安装简单：多种安装模式，既可采用分散安装，也可进行集中组屏；
　　
　　高性价比：研华工控机具有较好的扩充性，合理运用各种通讯方式，优化整个系统的成本。
　　
　　总体来说，此方案投入运行之后，解决了许多实际问题，改进了变电站原有的工作模式，大大**了变电站效率。