西门子模块6ES7216-2BD23-0XB8支持验货

西门子模块6ES7216-2BD23-0XB8支持验货

 变频器是工业调速传动领域中应用较为广泛的设备， 由于变频器逆变电路的开关特性，对其供电电源形成了一个典型的非线性负载。变频器在现场通常与其它设备同时运行，例如计算机和传感器，这些设备常常安装得很近，这样可能会造成相互影响。因此，以变频器为代表的电力电子装置是公用电网中主要的谐波源之一，电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术自身发展的重大障碍。相关的定义
　　1．1 什么是谐波

　　谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波可以I区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、1 4，6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为lOOHz，3次谐波则是150Hz。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中， 由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载， 出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7，11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。谐波定义示意图如图1所示。

　　1．2 谐波治理的有关标准

　　变频器谐波治理应注意下面几个标准， 抗干扰标准：EN50082-1、-2，EN61800-3：辐射标准：EN5008l-1、-2，EN61800-3。特别是IECl0003、IECl800-3(EN61800-3)、IEC555(EN60555)和IEEE519-1992。

　　普通的抗干扰标准EN50081和EN50082以及针对变频器的标准EN61800(1ECl800-3)定义了设备在不同的环境中运行时的辐射及抗干扰的水平。上述标准定义了在不同环境条件下的可接受辐射等级：L级，无辐射限制。适用于在不受干扰的环境下使用变频器的用户和自己处理辐射限制的用户。 H级，根据EN61800-3确定的限制，环境：有限制分布，和第二环境。作为选件RFI滤波器，配置RFI滤波器可以使变频器达到商业级，通常用于非工业的环境。有关谐波治理的EMC标准示意图如表1所示。
　　2 谐波的治理措施

　　治理谐波问题，抑制辐射干扰和供电系统干扰，可采取 屏蔽，隔离，接地及滤波等技术手段。①使用无源滤波器或有源滤波器： ②增加变压器的容量，减少回路的阻抗及切断 传输线路法； ③使用无谐波污染的绿色变频器。

　　2．1 使用无源滤波器或有源滤波器

　　使用无源滤波器其主要是改变在特殊频率下电源的阻抗，适用于稳定、不改变的系统。而使用有源滤波器主要是用于补偿非线性负载。

　　传统的方式多选用无源滤波器，无源滤波器出现早，因其结构简单、投资少、运行可靠性较高以及运行费用较低，至今仍是谐波抑制的主要手段。LC滤波器是传统的无源谐波抑制装置，它由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除具有滤波作用外，还有无功补偿的作用。这种装置存在一些较难克服的缺点，主要是容易过载，在过载时会被烧损，可能造成功率因数过引、偿而被罚款；另外，无源滤波器不能受控，因此随着时间的推移，配件老化或电网负载的变动，会使谐振频率发生改变，滤波效果下降。更重要的是无源滤波器只能过滤一种谐波成份(如有的滤波器只能滤除三次谐波)，如果过滤不同的谐波频率，则要分别用不同的滤波器，增加设备投资。

　　国内外有多种有源滤波器，这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。有源电力滤波器(APF)理论在20世纪60年代形成，后来着大**率全控型半导体器件的成熟，脉冲宽度调制(PWM)控制技术的进步以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，有源电力滤波器得以迅速发展。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流频谱， 以抵消原线路谐波源所产生的谐波，从而使电网电流只含有基波分量。其中核心部分是谐波电流发生器与控制系统，即其工作靠数字信号处理(DSP)技术控制快速绝缘双极晶体管(1GBT)来完成。

　　目前，在具体的谐波治理方面， 出现了无源滤波器(LC滤波器)与有源滤波器互补混合使用的方式，充分发挥LC滤波器结构简单、易实现、成本低，有源电力滤波器补偿性能好的优点，克服有源电力滤波器容量大、成本高的缺点，两者结合使用，从而使整个系统获得良好的性能。

　　2．2 减少回路的阻抗及切断传输线路法

　　谐波产生的根本原因是由于使用了非线性负载，因此，解决的根本办法是把产生谐波的负载的供电线路和对谐波敏感的负载的供电线路分开(如图2所示)。由于非线性负载引起的畸变电流在电缆的阻抗上产生一个畸变电压降，而合成的畸变电压波形加到与此同一线路上所接的其它负载，引起谐波电流在其上流过(如图3所示)。因此，减少谐波危害的措施也可从加大电缆截面积，减少回路的阻抗方式来实现。目前，国内较多采用**变压器容量，增大电缆截面积，特别是加大中性线电缆截面，以及选用整定值较大的断路器、熔断器等保护元件等办法，但此种方式不能从根本上消除谐波，反而降低了保护特性与功能，又加大了投资，增加供电系统的隐患。从图2中可知，可以将线性负载与非线性负载从同一电源

　　接口点(PCC)就开始分别的电路供电，这样可以使由非线性负载产生的畸变电压不会传导到线性负载上去。这是目前治理谐波问题较为理想的解决方案。

　　2．3 使用无谐波污染的绿色变频器

　　绿色变频器的品质标准是：输入和输出电流都是正弦波，输入功率因数可控，带任何负载时都能使功率因数为1，可获得工频上下任意可控的输出频率。变频器内置的交流电抗器，它能很好的抑制谐波，同时可以保护整流桥不受电源电压瞬间尖波的影响，实践表明，不带电抗器的谐波电流明显高于带电抗器产生的谐波电流。为了减少谐波污染造成的干扰，在变频器的输出回路安装噪声滤波器。并且在变频器允许的情况，降低变频器的载波频率。另外，在大功率变频器中，通常使用12脉冲或18脉冲整流，这样在电源中， 通过消除低次谐波来减少谐波含量。例如12脉冲，低的谐波是11次、13次、23次、25次谐波。依次类推，对于18脉冲，低的谐波是17次和19次谐波。

　　变频器中应用的低谐波技术可，归纳如下：①逆变单元的并联多重化，采用2个或多个逆变单元并联，通过波形叠加抵消谐波分量。②整流电路的多重化，在PWM变频器中采用121脉冲、18脉冲或者24脉冲的整流，以减少谐波。③逆变单元的串联多重化，采用30脉冲的串联逆变单元多重化线路，其谐波可减少到很小。 ④ 采用新的变频调制方法，如电压矢量的菱形调制等。目前，许多变频器制造厂商已非常重视谐波问题，在设计时已从技术手段上保证了变频器的绿色化,从而在根本上解决谐波问题。

　　3结论

　　，可以清楚地了解谐波产生的原因，在具体治理上可采用无源滤波器、有源滤波器，减少回路阻抗，切断谐波传输路径及开发使用无谐波污染的绿色变频器等方法，将变频器产生的谐波控制在小范围内，达到科学合理用电，抑制电网污染，**电源质量

一、 前言：
　　造纸机械电气控制方法较多，主要还是以变频器完成传动，PLC实现控制为主，但在速度控制和调节算法上各有不同。本文介绍一种以富士变频器实现闭环矢量高精度控制及转矩控制的方法在造纸机械上的应用。其突出特点是应用富士板式控制器，用通讯链接的方法，结合控制独特开发的理想的相映内部嵌入数学处理模型，使各变频器控制电机达到理想的运行状态，终构成较为完美的造纸传动系统。
　　
　　二、 自动控制系统构成：
　　造纸机有移辊、压辊、组缸及卷绕等几大部分构成。对变频器有不同的要求，我们采用的是富士电机高性能矢量控制变频器完成高精度多台同步速度控制，利用转矩控制实现张力测量反馈及调速。图如下：
　　　　
　　三、 工作原理；
　　1、 整个系统全部用富士电机板式控制器NW系列来控制，自带通讯口,32入/24出I/O，两路高速计数（100KHZ）。标准通讯协议稳定可靠，与富士变频直接通讯，无需任何选件，可直接设定和修改变频参数及读写富士变频器的电压、电流、频率、转矩等等。富士变频器选用富士电机新一代FRN系列，标准配置PG反馈和制动单元。同时具有速度和转矩控制功能。
　　2、 程序构成
　　变频器参数设置功能块： 设置每台变频器的内部工作参数。
　　变频参数读写功能块： 读写变频器的电压、电流、频率、转矩等。
　　卷取速度功能块： 经过运算后使各台变频器线速度与卷取保持线性比例。
　　转矩（张力）计算功能块：根据前后变频器线速度差调节转矩给定，实现张力控制。
　　变频工作状态功能块： 正常与故障的判断和处理。
　　
　　
　　3、 利用以上功能块：
　　① 在过程速度调节时。只调节比例系数和偏差系数。
　　y=AX+B的方式
　　② 自动测量卷径→根据系数自动调节速度。
　　③ 张力控制：利用转矩控制可以自动调节相应速度。张力的控制，实际反映在轴上二象限运行。
　　 直接张力调节 。　　

　　
　　四、 系统操作：
　　可以上配富士人机界面与板式控制器直接通讯。
　　
　　五、 结束语；
　　该设备先进之处在于变频器即可作速度控制又有转矩控制，无须外接传感器。将变频作为传动机械，又作为检测机构，还完成张力控制。一台控制器，完成数据采集，处理，输出及与上位机连接机构。又完成了将各部分模拟量及张力有机结合，形成一个完整的先进自动化控制系统。

前言：
国内的变频器节能应用已有几年时间了，放眼市场上，满坑满谷的变频器厂，到处都是宣称可以节能30%以上的节能公司。但回过头来，为什么又有许多客户对变频器节能采取了”不相信”的态度呢?笔者在市场观察多年，也投入研究许多个案，发现了一个不可争的事实：
     
“设计值的大小，直接影响了水泵风机变频节能的成果”

节能厂家也得碰运气的，如果遇到了一个节能项目，水泵或风机在设计初期就装了太大了，随便装个变频器，把频率小小的降到40Hz，嘿嘿，不多说，30%以上的节能率很容易就可以对客户交差了。

但运气真的每次都这么好吗?

相信一定有人碰到过，好不容易接到一个项目，当着客户面拍胸保证”看我的，一定可以帮您省到电!”，问题来了，变频器装上了，先是发现，客户的系统设计值本来就不高，可能不到5%的空间。再来，频率好不容易降到45Hz，却发现扬程(末端压力)好像不够了，水是打上去了~~~可是压力不够，客户的用水需求根本满足不了，只要一变频，就搞得客户现场乱成一团。节能是谈不上了，赶紧想办法下台吧~~~

怎么办?

这就是为什么笔者在看了众多案例，访问许多有经验的客户之后，对于变频节能众口不一的原因，有人叫好、却有人唾骂。

设计值的高低成了变频节能业界的一个老大难问题。遇到设计值超高的项目，那是前世有修、三生有幸了，不但能轻松结案，还可以拿这个案例来当”样板工程”，客户也会高高兴兴的付钱。但遇到设计值接近零的项目呢?变频器形同废物，不但节不到电，变频器也得耗电，这可难了，客户不依不饶，要你给个交代，不但不给钱，恐怕还得免费帮你来个负面宣传，生意难作啊~~~

有办法吗?

想必有很多从事变频节能的朋友们常会想这个问题吧~~~!
设计值趋近于零的变频器节能方案：

针对传统风机水泵变频节能方案的所有缺点，我们提出了一个新的思维：

我们以水泵的运用为例：
一台**Q 的水泵，相当于使用二台水泵降频后，均运转于1/2 Q**的和。
供给总**不变 Q = 1/2Q + 1/2Q

因为**与马达转速成正比，所以得知频率降为原来的1/2。
又因为马达转速与输入电力为三次方比的关系，
所以P2 (变频后每台水泵之消耗电力)=(1/2)3 P1(原消耗电力)=(1/8) P1=0.125P1
并联运转后二台水泵共耗电: 2P2= 2 x 0.125P1=0.25P1
故并联变频后之节能效率=P1–0.25P1= 0.75P1= 75% P1

在上面的例子里，我们提出了一个”共同运作”的想法，将原本只有一台水泵的工作分给二台来作，让变频后的供水量没有任何变化，但在用电量上却产生了相当大的不同。

当然，这只是理论值，实际操作起来仍有差异，至少不会是省了75%的电，有扬程的问题(平方比)，有管损，有电机的效能问题等等!但可不可行呢?答案却是的!

我们运用了模糊控制加上PID的运算，成功的运用在设计值为零的供水系统上，并取得了成功。

案例：笔者朋友变频节能公司的项目。
某酒店的冷冻水泵节能项目：30KW水泵二台(一用一备)
原节能设计，温差控制，变频器一拖二运作(很标准的设计吧!)
以出水的水温来做控制的依据，节能率目标30%(变频至40Hz左右)

运作状态：频率降至48Hz时，水量产生不足的现象，导致冰水主机**运转效能，整体用电量比未变频前**50%。客户当然无法接受此一结果。只得寻求其它的解决方案。

解决方案：改造开始
由原来的温差供水改为恒压供水。增加一台变频器。由于原来的供水方式会造成冰水主机供水不足，且水压不够，故我们改以无段变频恒压运转控制，以维持原系统扬程之需求控制并提供充足水量之供应，避免主机不正常停禨且达到充分热交换能力之功能。
其单台水泵供水压力为4.5KG，在系统设定上，我们设定二台水泵同时变频共作，同样供水4.5KG，频率自动控制。
原理:
模糊比例积分微分控制恒压变频系统主要是根据给水系统或其它设备负载状态情形，透过系统压力高低变化反应作实时控制，而此系统可设定压力值，依照系统实际需求压力值计算，传输及通讯，使系统成为(VWV)定扬程无段变水量控制，系统功能具无段变水量，同频同降，交亘轮替，及台数控制等、使系统控制保持在佳效率及佳节能运转点运转。
  而不仅如此因为透过变频软性起动，使得系统起动无瞬间过电流现象而降低机械磨损，进而延长使用寿命而其大效率运用在控制度及电力负载节能控制方面，由于运用高科技FUZZY控制技术，仿人工智能神经系统，压力控制度可达±1psi。

在实际运作之后，依照空调冰水主机的与风柜的需求，系统自动调整供水量，维持管道压力的恒定，两台水泵的运转频率基本维持在35Hz上下，主机也不再因水量不足而**运转效能，其节能效率计算如下：
未变频前每日用电量：
30KW x 24(小时)=720 度
变频共作后：
30KW x (35/50)3 x 2 x 24(小时)=493度
节能率：
1-(493/720) x =31.5%
在上述的案例中，我们成功的解决了国内一般节能方案中的难题，在设计值为零的状态之下，仍可以取得节能的成果，并且不改变原供水需求量，也就是说，我们的新方案节能目标并不是”设计值”，当然，如果有设计值的存在，其节能效率会更惊人的。
截至目前为止，我们已成功的完成过高9台水泵变频共作系统，并且把这个想法演化成一个安装、设定简单的产品。其优点如下：
1.恒压供水，不造成系统水锤作用，而不因压力过高使给水管路系统损害。
2.供水维持高效率机动性，恒压时能源消耗低,并可**其适当给水能力。
3.软性起动，避免水锤作用，降低机械磨损，延长使用寿命。
4..无段线性变化，压力控制误差可达±1psi。
5.泛用型变频器，可替换之模块，操作简易，维修简单。
6.系统DIY，选配备齐全，并可适用任何型式感知器，使用者可根据系统需求自行增减设备。
7.本控制系统适用于任何需要恒温(压)、差温(压)及**无段变速之设备。
8. 可自动计算调整运行水泵台数，备用泵的功能性仍然存在，不会因系统中任一个水泵故障造成系统供水的任何问题。

结语：
传统的水泵风机节能方案，已行之有年。但其缺点是相当明显的，如设计值低时的无法使用，多台水泵共作时会造成管道涡流，供水不稳的现象。

另外，笔者在这里也想点破一个事实：传统方案在市场多年的运作，有许多节能公司在为客户安装时均以高节能率来哄骗客户，其实其节能率计算方式是有水份的。
一套系统的节能率，不该以单台水泵的变频后用电量来计算，应该以整套系统来看待。国内有相当多的节能同业是用单台方式来计算节能率的，这其实是不科学的。

举例说明：

如果有一套2用1备的水泵做节能设计，假设全是100KW的水泵，平时用电就是每小时200度的电。
以传统的节能方式来看，大多是用一拖二的变频器切换，另一台就ON/OFF控制。
其用电计算：
变频至40Hz时
(40/50)^3 x 100Kw + 100Kw(单台工频)=151.2Kw

如以我们的新节能方案来操作：
变频共作：
原2台工频供水，改成3台同步变频共作供水，各供水70%(即频率降至35Hz)
(35/50)^3 x 3(台) x 100kw=102.9KW

在供水量上，原设计供水约180%(只省掉设计值)，而我们的新方案可以供水至210%(3台各供水70%，比原需求更高)。

节能率：
原设计方案：
1-(151.2/200(2台)) x =24.4%(合理的算法)
有些节能公司的计算并非如此，是用以下的方式来算
1-(51.2/100(单台)) x=48.8%
好像很高，其实只是数字游戏，原本就是开2台的用电，为何用1台计算呢?
反观我们的新方案：
1-(102.9/200(2台)) x =48.5%
新方案的节能效率与实施风险全在我们的控制之下，且传统方式的供水会因两台水泵供水压力(扬程)不同，导致变频端的水泵被压制出水，实际出水量是不足80%，重要的是，对水泵也有不好的影响(如效率、寿命等)

    国内某公司自1993年开始从事于啤酒生产过程的工艺、控制与生产管理的工程与应用研究，采用先进控制技术、计算机技术、网络技术和现代测量技术，成功开发了针对啤酒生产设备与工艺特点的综合自动化系统。该系统在实现啤酒生产过程自动化的同时，实现工艺优化，降低生产成本，实现了生产过程的快速稳定控制，获取大的经济效益。

    近十年来，由该公司开发的各种控制系统在国内多家啤酒厂的普通啤酒、纯生啤酒等生产过程中得到了成功应用，并为啤酒厂家带来了显著的社会、经济效益。

[系统原理]

    【1】 麦汁制备过程：
    麦汁制备过程包括原料糖化、麦醪过滤、麦汁煮沸和麦汁澄清与冷却等几个过程，是啤酒生产的关键环节之一，对整个啤酒生产的产量、质量、消耗等影响很大。糖化过程工艺指标控制的好坏，对啤酒的稳定性、口感、外观有着决定性的影响。糖化生产过程工艺比较复杂、技术要求高，控制难度较大。我们在麦汁制备过程自动控制方面的技术优势主要体现在以下几个方面：

    1） 速测温技术：采用快速测温元件，保证原料湿粉碎过程浸渍水、调浆水、过滤过程洗糟水、麦汁冷却过程冷却温度的准确快速控制；

    2） 进控制技术：糊化锅、糖化锅、煮沸锅的温度控制采用逆模型反馈控制的先进算法，克服了温度对象时滞特性，实际应用中保证包括拐点在内的温度控制实际偏差<＋0.3℃；

    3） 溢锅控制技术：采用首创的溢锅检测软件及防溢锅控制软件，解决溢锅问题，实际使用效果良好；度；

    4） 过滤槽全自动控制技术：实现自动洗槽、自动耕槽、自动回流/过滤控制，保证清亮度、并达到快的过滤速

    5） 麦汁制备过程全自动控制技术：实现自投料开始（料仓进料）至出料（去发酵车间）的过程全自动控制；

    【2】 酒酿造过程：啤酒酿造包括啤酒发酵、啤酒处理、酵母扩培、酵母回收及CO2回收等过程，本方案可以实现整个啤酒酿造过程的全自动控制：

    1） **的啤酒发酵温度测量技术：采用热电阻测量温度信号易受到结露的影响，该公司开发的SBWJ型啤酒温度变送器在实际应用中取得良好效果，并于2000年获得国家发明专利；

    2） 啤酒发酵温度的先进控制技术： 露天啤酒发酵罐罐体温度控制对象滞后大，采用常规控制方案难以达到满意的控制效果，该公司提出的多模态优化控制策略，保证发酵温度的**控制；

    3） 纯生啤酒的综合自动化控制技术： 采用先进的现场总线技术和分布式控制系统对纯生啤酒生产各个环节进行联锁控制，并以严格的清洗、消毒、杀菌控制，保证整个生产过程的无菌化操作；

    4） 信息技术： 基于计算机网络技术、开放的通信协议和标准数据接口的分布式体系结构采用标准化部件和软件，信息综合处理实现各局部之间信息交换、共享，实现协调管理，包括工艺技术管理、配方管理、人员管理、优化资源配置等方面，有效地**企业的创新能力。

    组态画面如下：

[系统框图]

    典型的啤酒生产过程的计算机数据采集与监控系统整体组成方案结构图如下所示

[系统评价]

    该系统整体采用研祥的EVOC系列工业计算机和数据采集与控制卡，经过啤酒控制车间长期的运行，稳定可靠，并且与PLC控制相比成本大幅度降低。实践证明，研祥的EVOC系列产品极高的性价比非常适合环境苛刻的工业现场控制。

[系统配置]

    【1】 灵活配置：根据规模可选用该公司生产的JX系列、WebField系列集散型控制系统、OpenSys系列开放式控制系统。整个控制系统共分三层：上一层即管理层采用普通商用机；第二层采用研祥810整机作为操作员站，控制OP、CS等设备和用研祥的PCL－726、ISA-HG6AD数据采集控制卡进行现场数据采集和控制。

    【2】 硬件结构：产品性能价格比高，扩展方便，满足用户全方位需求。系统具备可扩充性，并实现与其他集散型计算机控制系统、上层信息管理系统的无隙连接。
 
    [硬件配置]
    机箱：研祥IPC－810
    主板：研祥FSC－1621VD
    CPU ：研祥PIII800
    硬盘：40G
    内存：256M
    模拟量输出卡：PCL－726
    模拟量输入卡：ISA-HG6AD
    打印机 HP
    软驱 sony
    数显仪表 欧陆智能仪表

    【3】 强大的软件功能
    1）实时、安全、可靠；
    2）软件设计规范化、模块化，专用控制模块很好满足了啤酒生产过程的各种特殊要求；
    3）采用工艺流程图形化操作，直观简洁；
    4）提供分组控制画面、多种表格显示、趋势显示，便于操作和管理；
    5）提供实时和历史报表打印功能