西门子模块6ES277-0AA22-0XA0大量现货

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1 前言

板坯连铸机自动化控制系统包括公共部分、铸流部分、仪表部分、切割机、去毛刺机及结晶器液面（ 有些高端的包含结晶器自动调宽、液压振动、下渣检测、漏钢预报、轻压下等控制系统） 控制共六个子系统。前3 个子系统用一个西门子SIMATIC400 站进行控制, 切割机用 SIMATIC300 站进行控制, 去毛刺机用SIMATIC200 站进行控制; 结晶器液面采用工控机控制（ 配网卡） 。这六个站通过西门子通讯模块CP443 和CP343 挂在一个工业以太网- SIMATICH1 网上。同时还有五套工业微机通过西门子网卡CP1613 也挂在同一个 SIMATIC H1 网上, 作为人机界面完成板坯连铸自动化控制系统的监视和控制。二级管理系统包括一套服务器和一套工业微机, 主要完成对板坯连铸系统的管理任务, 及时下达连铸工作的计划和命令。

2 硬软件组成及特点

2.1 硬软件组成

板坯连铸机自动化控制系统硬件包括: 3 个西门子SIMATIC400 站（ 每个站包括1 个电源模块、1 个CPU、1 个 CP443 通讯接口模块和数量不等的模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出模块） 、一套SIMATIC300 站、一套 SIMATIC200 站, 6 套研华工控机及6 个西门子CP1613 网卡。
系统软件包括:bbbbbbs NT 4.0 中文版操作系统、Wincc6.0 监控软件和STEP7 西门子编程软件。

2.2 硬软件特点

（ 1） 硬件
SIMATIC H1 网是德国西门子公司开发的一种基于TCP/IP 协议的标准以太网, 它具有连接简单、便于扩展、速度快及兼容性好等优点。板坯连铸机自动化控制系统采用屏蔽双绞线通讯电缆或光缆作为SIMATIC H1 网的连接介质, 有效地实现了工业以太网数据传输过程中的抗干扰功能, 保证了系统运行的可靠性; SIMATIC Profibus DP 网是西门子公司开发的一种基于现场总线技术的设备网, 它的特点是可以在PLC, 即可编程序控制器与现场设备之间交换数据。该控制系统采用屏蔽双绞线作为ProfibusDP 网的连接介质。SIMATIC 400 站是西门子公司的拳头产品, 无论在控制速度、精度还是抗干扰性、灵活性等方面都处于PLC 产品的地位。

（ 2） 软件
此系统是微软公司出色的产品之一, 也是世界上应用广泛的软件平台。该板坯连铸机自动化控制系统选用bbbbbbs NT 4.0 中文版操作系统。Wincc6.0 工控软件是西门子公司近期推出的可靠性较高的工控产品, 不但可以画出逼真的图形, 而且还能将现场数据快速地显示在屏幕上, 使用屏幕上制造出的按钮取代真正的按钮, 完成对现场设备的软操作; 它可以将数据按时间存放在数据文件里, 供历史趋势文件调用显示, 以便分析事故和改进工艺。它可以利用bbbbbbs DDE（ 动态数据交换） 功能把SQL 数据库的数据传送到 Office Excel 文件和OfficeAccess 文件, 从而实现报表打印和数据查询功能。STEP7 是西门子公司为S7- 400 和 S7- 300 系列PLC设计的编程软件, 它能完成庞大的逻辑控制和复杂的调节控制。它的组织块、功能块及数据块相结合的编程理念能够满足各种控制要求。因此,bbbbbbsNT 4.0、Wincc6.0 和STEP7 可以说是板坯连铸机自动化控制系统中的“ 三剑客”, 能共同完成对连铸系统的监视控制任务。

3 系统配置

板坯连铸机自动化控制系统中3 个SIMATIC400 站、1 套SIMATIC 300 站、一套SIMATIC 200 站通过西门子 CP443 和CP343 接口模块挂在一个SIMATIC H1 工业以太网上完成控制功能（ 见图1） ,同时6 套研华工业微机也通过西门子 CP1613 网卡挂在同一个SIMATIC H1 工业以太网上完成监视和操作功能。SIMATIC 400 各站通过以太网互相交换数据, 公共和铸流部分SIMATIC 400 站通过现场总线Profibus DP 网与各个远程I/O 进行数据通讯。铸流控制系统的SIMATIC 300 站作为一个远程I/O 分站与主站进行数据交换。公共部分控制系统的SIMATIC400 站通过现场总线Profibus DP 总线与大包回转台和中间罐车等配备了CBP 2 通讯板的变频器进行通讯和控制。铸流SIMATIC 400 站通过现场总线Profibus DP 总线与 SIMATIC 6SE70 交换数据, 并且在同一个Profibus DP 网上挂了一个工业触摸屏MP270 对结晶器调宽或液压振动进行控制和监视。

4 难点分析及解决措施

（ 1） 数据通讯
板坯连铸机自动化控制系统中各站之间的数据通讯方式各异, 其中∶SIMATIC 400 PLC 与SIMATIC400 PLC 之间是通过SIMATIC H1 工业以太网通讯,编程使用FC5（ 发送数据功能块） 和FC6（ 接收数据功能块） ; SIMATIC 400 PLC 与SIMATIC 300 PLC 之间是通过现场总线Profibus DP 网通讯, 编程使用 SFB15（ 存放数据功能块） 和SFB14（ 得到数据功能块） ; SIMATIC 400 PLC 与SIMATIC 6SE70 之间是通过现场总线Profibus DP 网通讯, 编程使用SFC14（ DP读功能块） 和SFC15 （ DP 写功能块） ; SIMATIC 400PLC 与Wincc 之间的数据通讯通过SIMATIC H1 工业以太网通讯, 使用SIMATIC NET 软件完成CP1613网卡的设置。特别是FC5、FC6、SFB15、SFB14、SFC14及SFC15 功能块必须在OB32 （ 1s 时间中断组织块）中调用。

（ 2） 装送引锭杆控制
装送引锭杆是连铸机控制系统的一个关键环节, 一旦控制失败将导致炼钢失败, 甚至引发安全事故。该系统引进了“ 激光对射装置”, 为系统提供初始信号, 并采用增量编码器（ 每圈20 个脉冲） 对引锭杆的位置进行跟踪控制。实践证明, 这种方法可靠, 其精度可达10mm 左右。为接收计数脉冲, 特选用西门子高速计数模块, 软件使用FC0（ 高速计数功能块） 。鉴于以往的使用经验, 为防止丢失脉冲而发生不稳定情况, 建议采用轴套型增量编码器, 直接将编码器装到电机的输出轴上, 这样定位会更加准确。

（ 3） PID 调节
板坯连铸机炼钢过程中对于水liuliang、水压力、氩气liuliang、液面控制及钢包温度等方面控制要求很高,均需要有稳定的值。该系统采用西门子 SIMATIC400 PLC 取代智能仪表, PID 调节在STEP7 中使用FB41（ 连续PID 调节控制） , 在Wincc6.0 中使用画图功能模拟一个PID 调节器的操作面板, 能够很好地完成PID 调节控制中的手/自动切换、给定值输入、手动输出值输入及PID 参数（ 比例系数、积分时间）输入等功能。

（ 4） 中间包的水平调节
中间包车采用液压升降式高低腿的样式, 在液压缸内装设位置传感器以保证中间包水平。若中间包有足够的水平面, 就能保证钢水中的夹杂物在中间包内得到充分地上浮, 同时还能减少钢水旋流的形成。中间包的水平调节方法是先对单个液压缸位置的变化进行PID 调节运算, 然后根据各个液压缸的位置进行平均计算, 后把这个平均数值传送给执行阀组, 以求出佳水平效果。

（ 5） 标准化编程
标准化编程主要体现在以下几个方面;
●根据设计图纸编制各系统的地址表（ 包括图纸设计和硬件配置的对应关系） ;
●根据地址表填写Wincc6.0 SQL 数据库;
●根据地址表编制STEP7 符号表;
●根据地址表找出各控制设备的输入/输出点号, 据此定义下列STEP7 使用的中间线圈点号: 模拟手/自动转换选择开关; 启动按钮、停止按钮（ 对单线圈的泵或电磁阀） ; 开启按钮、关闭按钮、停止按钮（ 对双线圈的电动阀） ; 手动输出值、给定值、比例系数、积分时间（ 对 PID 调节阀） ; 再根据各控制设备的输入/输出点号和中间线圈点号编制各控制设备的手动程序;
●后根据设计说明书编制各控制设备之间的逻辑连锁程序, 即自动程序。

（ 6） 画面强制
由于大型钢厂自动化控制系统涉及的控制设备很多且工艺复杂, 致使主要设备动作的诸多条件很难同时满足控制要求。为了调试程序的需要, 在画面上增设许多选择开关, 当某开关置为“ 1”时, 就假设此条件满足。当所有条件满足时, 程序就可以对设备上增设许多选择开关, 当某开关置为 “ 1”时, 就假设此条件满足。当所有条件满足时, 程序就可以对设备进行操作, 而不必再等待实际条件满足。在生产中有时某设备出现临时故障, 为不影响正常生产, 也可以在画面上强制, 直到设备修好, 再把强制解除即可。

5 结论

实践证明, 西门子S7- 400 系列PLC 的硬、软件是完全适用于大中型成套系统控制的可编程序控制器。该系统综合集成了西门子公司PLC网络结构实现了板坯连铸机基础自动化与过程自动化控制, 能共同完成对连铸系统的监视控制任务。实践证明: 该系统安全稳定, 既可tigao生产效率, 又可改善工作环境, 完全能满足生产要求, 为用户取得了较好的经济效益。

  1 引言 

    油田钻机是油井生产的主要的设备之一，它的正常运转和工作效率直接关系到油井的经济建设和成井率 。 由于其钻井工艺的特殊性，对钻机电控设备要求特别苛刻，特别在变频器选用上非常谨慎，长期以来一直是国外产品的天下。由于国外变频器存在价格昂贵，调试周期长，维修周期长的特点，油田上因变频器故障得不到及时维修 , 造成质量事故的现象时有发生。在这种形式下，我公司针对钻机的特殊工况，自主研发了可替代进口机的钻机国产专用变频器。该变频器体积小，重量轻，便于安装、调试 、 维护 , 效率高，性能稳定。 

    变频驱动钻机较传统钻机有以下优点：节能，操作简单，无级调速，控制精度高，工作效率高。变频技术在油田钻机上的开发应用，不仅tigao了钻机的水平，改善了钻机的操作性能，更重要的是加强了钻机的作业能力，tigao了钻井效率和质量。 

    2 原油田钻机系统存在的问题 

    大庆市石油管理局井下钻井公司原有一套可打 3000m 深度的钻井设备。该设备控制系统主要包括三大部分：动力系统（由 2 × 500KW 柴油发电机组构成， 2 台机组并网于 3 相， 380V/50Hz 交流母线）；泥浆循环系统；钻井传动系统（包括 1 套 500KW 电机转盘和绞车驱动系统、 4 台 45KW 液压泵等）。现场设备图如下图 1 示。针对原控制系统存在工作效率低，操作复杂等诸多问题，我们配合大庆市石油管理局井下钻井公司对该油田钻机进行了变频改造。具体来说该控制系统存在以下问题： 

    （ 1 ） 司钻工只有通过不断更换五个档位，才能调节转盘转速和钻进压力，进而改变钻进速度，工作效率低。 

    （ 2） 每次 换档时 , 电动机要反复启停几次 ,在起动过程中会产生过大的启动电流， 对电网和其他设备造成冲击 ,常因 电动机启动电流大而引起发电机组电压下降，其他设备无法正常工作。 

    （ 3 ） 低速tisheng时 , 只有更换低档位才能达到低速控制要求 ,而 电动机在钻井过程中处于工频运行状态，浪费了大量的电能。

  
图 1 现场设备图 

    3 技术改造方案  

    钻井传动系统是油田钻机系统中必备的组成部分，一旦传动系统不能运行，不但影响生产，造成巨大的经济损失（如卡钻），还有可能威胁到现场生产人员的人身安全（如井喷），所以对传动系统要求具有极高的可靠性 。 我公司是国内早研制变频器的公司之一，具有低压大功率变频器多年成功运行的生产经验，且。根据 “经济、高效、可靠”的原则， 大庆市石油管理局井下钻井公司选择了我公司生产的风光牌 JD - BP32 - 500Z （ 500KW/380V ）钻机专用 变频器，该 钻机专用 变频器配备了工业控制计算机作为上一级监控系统，液晶触摸操作，可对各种运行数据进行监控，具备完善的保护功能和定位监控系统，自动化程度高。 

    3 . 1 钻机专用 变频器系统组成框图 

    该系统组成框图如图 2 示。

图 2钻机专用 变频器系统组成框图 

    K 断路器 

    C 交流接触器 

    M 绞车电机 

    3 . 2 钻机专用 变频器系统介绍 

    该系统包括四部分 ∶ 

    1 ）进线开关柜 

    开关柜的主要功能是负责设备供电、变频器外围设备的过电流保护以及变频器控制电源的滤波。主要由断路器、交流接触器和控制电源的滤波组成。 

    2） 变频柜 

    变频器由两个交 - 直 - 交逆变单元组成，采用单元并联技术，增大了变频器容量；采用公共直流母排方案 ; 采用独特的吸收电路 （ 如图 3 所示 ） ，减小了 di/dt, 保护了功率模块，增大了安全系数。 

    因钻机工况的特殊性，当钻机遇到岩石等硬质层时，电流会在瞬间升高很大，产生对模块的直接冲击，长此工作之后，会造成模块应力的下降，为tigao模块的使用寿命，采用了传感器取样和 IGBT 结压降保护相结合的双重保护，从而减少了特殊情况下对模块的极限冲击，即使输出相间直接短路 , 模块也能在 10us 内及时封锁输出 , 保护了变频器 , tigao了整机的安全性和可靠性。

图 3 吸收电路图

    U+ 正母线 

    U- 负母线 

    IGBT 功率模块 

    R 电阻 

    D 快恢复二极管 

    C 电容 

    3） 制动单元 

    该部分主要负责系统快速停机时，耗掉系统的惯性能量，内含刹车电阻和刹车控制系统，采用芯片自处理技术控制刹车界限 , 安全可靠。 因为钻具tisheng下放中，电动机有发电状态，造成变频器母线电压升高，对主电路器件安全造成威胁，所以需要外加能耗制动单元，将母线电压保持在安全范围以内。当母线电压高于设定值时，刹车控制芯片输出占空比随母线电压成线性变化的 PWM信号，这就使刹车比较平稳，传动系统没有冲击，延长了设备寿命。 刹车电路如图 4 示。 

图 4 刹车电路图

    U+ 正母线 

    U- 负母线 

    IGBT 功率模块 

    R 刹车电阻 

    4） 远程系统 

    该部分主要实现变频系统的远控操作和监控以及提供对外部进行数据交换的接口。 

    3 . 3 系统主要控制功能 

    a ：电机启动 / 停止 

    b ：电机正转 / 反转 

    c ：变频系统复位 

    d ：频率调节 

    e : 多段速控制 

    f ：电机电流和转速显示 

    g ：变频器运行指示 

    h ：变频器故障指示 

    以上 8 点功能在工控机触摸屏上均能实现，同时能提供对外部设备进行数据交换的接口，留有 16 路数字输入接口， 10 路数字输出接口，同时留有一路 RS232 通讯接口。 

    3.4 变频系统主要技术指标 

    1 .） 额定功率 500KW 

    2 .） 额定输入电压 380VAC 3 相 

    3 .） 允许电压波动 ±20% 

    4 .） 额定输入频率 50Hz 

    5.）允许 频率波动 ±5% 

    6.） 额定输出电压 380VAC 3 相 

    7.） 额定输出频率 33 . 5Hz 

    8.） 额定输出电流 940A 

    9.）过载 能力 1 . 5 倍电流 1 分钟 

    10.） 短路保护 2 . 0 倍电流立即保护 

    11.）工作方式 连续 

    12.） 高输出频率 50Hz 

    13.） 操作键盘 中文液晶触摸屏 

    14.）界面语言 简体中文 

    3.5 系统特殊性能 

    石油钻机专用变频器与一般变频器相比较，性能主要有以下不同点： 

    （ 1 ）变频器能够从 “零”开始调速，方便变速箱换档，从而避免挂换档时反复启停 电机的情况，即当变频器频率低于 2 Hz时，此时电机无扭矩，处于自由状态。 

    （ 2）当 钻井堵钻时，变频器能及时断开电机，保护动力设备，避免转矩过大扭断钻具，因此变频器设置了负载限制功能。 

    （ 3 ）在低速tisheng时，变频器能大限度的发挥电动机的动力性能，提供 220% 转 矩 输出。 

    3 . 6 其它注意事项 

    （ 1）载波频率的选择 

    tigao载波频率对改善波形、降低噪声大有好处，可是载波频率tigao，会使开关损耗增加，散热负担加重，所以选择时必须权衡利弊，本设备中载波频率选择为2kHz。 

    （ 2）低频补偿功能 

    在深层钻进中，因为负载较重，起钻时需要较大的力矩，低频往往提不动。设置低频补偿后，启动电压可设定，很好的解决了这一问题。 

    （ 3）控制信号的传输 

    在变频器功率特别大的情况下，强烈的电磁干扰很容易造成控制信号错乱。为了从根本上解决这个问题，我们用光纤来传输控制信号，并让非光纤部分尽量短，主电路引线电感尽量低，很好的解决了干扰问题。 

    4 变频器现场情况  

    （ 1）变频器结构紧凑，安装简单。 

    我山东新风光电子科技发展有限公司生产的 JD-BP32-500Z变频器所有部分装在配电柜内，不需要另外的电抗器、滤波器等设备装置。体积小，结构紧凑，安装简单，现场配线少，调试周期短，投入生产快。 

    （ 2）电机运行平稳，温升正常。 

    变频器拖动电机为大连天元电机有限公司生产的石油钻机专用电动机 YP2-355L-6BJ,电机运行平稳，启动时无冲击电流，无机械冲击，噪音较小。 

    （ 3）变频器运行稳定，性能可靠。 

    JD-BP32-500Z自投产运行以来，转速调节平滑，电压和电流稳定，变频器功率因数达0.95以上，效率高于98%，不逊于进口产品。 

    （ 4）操作界面简单，易于掌握。 
    
    变频器采用 bbbbbbS界面，运行过程中，各种参数在界面上直接显示，也可以通过触摸屏进行操作,容易掌握。故障发生时，变频器进行保护，同时提供故障信息，便于设备的维护。 

    （ 5 ）应用举例：在取心井上的应用 

    取心井，顾名思义是把岩心从井下取出，目的为研究地质构造和原油分布层次。由我公司生产的风光牌 JD-BP32-500Z 变频器于 2004 年 6 月，在大庆市井下钻井大队 30102 队一口取心井安装调试。此井设计井深 2130m ，自 1542m 到 1605m 下限为取心段，共取心 8 筒，收获率均达 99% 以上。在正常打井时用二档，转盘转速 280rpm ，变频输出电流在 200 — 800A 之间。tisheng时频率为 7Hz 左右，大tisheng电流不超过 1000A 。整个钻井过程中电流变化如下表：

    钻井过程中，减少了换档次数，减少了大的启动电流对电机的冲击，同时也减轻了司钻工的劳动强度，tigao了整个井队的工作效率。且低频取心tisheng时，电机转速只有 120rpm 。 

    5 系统改造效果 

    系统变频运行，电机实现了软启动、软停车。钻机起停平稳，延长了电机的使用寿命，避免了电机烧毁等经济损失，减少了设备维修费用。系统具有过流、过压、欠压、短路、缺相、温升、失速等多种保护。本变频器良好的驱动性能，保护了钻井设备并tigao钻井的质量，用户给予了很高的评价。经过近一年的生产运行表明，该变频器性能好，可靠性高，操作 方便，用户达到了 改造的 预期效果。 

    6 结束语 

    在钻机的更新改造中，就其控制系统方案而言，采用交流变频驱动，代表着钻机驱动技术的发展方向。而变频器具有的诸多优点可大大tigao油田钻机的装备水平。我山东新风光电子科技发展有限公司生产的风光牌JD-BP32-500Z大功率变频器在油田钻机上的成功应用，为国产变频器又开辟出一个全新的市场，在油田钻井变频领域填补了国内空白。如今数十台钻机变频器已经投入运行，钻机变频器经受住了恶劣条件的考验， 运行效果良好，有着广阔的市场前景和发展潜力。 

    1.引言： 

    随着世贸组织的加入和市场经济的不断加剧，节能降耗 、 tigao生产效率成为企业tigao产品市场占有率 、 竞争力的有效手段之一。而高压大功率变频调速技术的日益成熟，使得该项技术广泛应用于冶金、石油、化工、电力、水泥、给排水、制药、造纸、污水处理 等各个行业。湖北新冶钢铁有限公司二炼钢厂正是在这种形势下，对电炉除尘系统进行高压变频技术研究改造的。 

    电炉主要是通过用废钢、铁合金和部分渣料进行配料冶炼，根据不同的钢种要求，可以接受高炭铬铁水，然后熔制出碳钢或不锈钢钢水供炼铸用。电炉在生产过程中，产生大量烟尘，污染环境，根据国家法规，需除尘处理。电炉冶炼一般分熔化期、氧化期和还原期，其中氧化期强化脱炭，在上述三个冶炼期中，氧化期产生的烟气量大，含尘浓度和烟气温度高。因此，电炉除尘系统按照氧化期的大烟尘排量进行设计，吹氧时期占整个炼钢周期的 40％左右。此时风机处于满载运行，而其它时间风机处于轻载工况。改造前，不论电炉处于哪一个冶炼周期中，除尘风机均全速运行，风量调节采用入口挡板开度调节，效率低，功耗大，大量的电能白白浪费在挡板上，急需对原电炉除尘风机进行节能改造。 

    2.原系统工艺简介 

    湖北新冶钢铁有限公司二炼钢厂 4# 电炉为 10t 偏芯交流电炉，除尘器系统采用 TFMC 布袋式除尘器。 4# 电炉的炼钢周期为 2 小时 20 分钟，其中装料 5～10 分钟，送电熔化 40～60 分钟，吹氧 50～80 分钟，出钢 3～5 分钟，在电炉不同的生产阶段，电炉产生的烟气量和烟气温度不同，且差异较大。加料过程中，主要是装料时废钢及渣料产生的扬尘，需要的除尘风量不大，要求粉尘不扩散，不污染环境为标准。送电过程中是原料送电拉弧加热，引发可燃废弃物燃烧产生废气。此时，电炉需要将炉料加热至熔化状态，要求烟尘能够及时排出，又不能过多的带出炉体热量，以保证炼钢周期。而在吹氧周期，不仅要求除尘系统能够及时将烟尘排出，又必须保证炉体有合适的吹炼温度，在冲渣出钢时，主要排放物是冲渣产生的水蒸气和少量废气。 

    该电炉除尘系统工艺流程如下图 1示：

图 1 　电炉除尘系统工艺流程

    通过对 4# 电炉冶炼工艺分析：电炉在炼钢不同的阶段对除尘风量的大小有明显的不同，以吹氧冶炼大，加料除尘为小，鉴于电炉除尘系统中除尘风机的运行方式和设备特点，对除尘风机的控制制定了改造方案。 原系统设备参数如下： 

    2 .1原系统设备参数 

    除尘风机参数 

    型号 CTY20-246-12 

    liuliang 380000m 3 /h 

    风压 37000Pa 

    轴转速 730r/min 

    轴功率 630KW 

    电动机参数 

    型号 YKS 500-8-8 

    额定功率 630KW 

    额定电压 6000V 

    额定电流 76 .5 A 

    额定转速 740r/min 

    额定功率因数 0 . 82 

    额定频率 50HZ 

    热变电阻柜参数 

    型号 HTR3-100/6 

    额定电压 6000V 
    
    额定电流 90A 

    额定频率 50HZ 

    额定功率 700KW 

    3.高压变频调速系统 

    湖北新冶钢铁有限公司经多方考察，比较性价比，终选定我公司生产的风光牌 JD-BP37 -800F 功率单元串联多电平高压大功率变频器，对 4# 电炉除尘风机进行调速改造。 

    3 .1 风光牌 JD-BP37 -800F 高压变频器主要性能指标 

    变频器功率 800KW 

    额定输出电流 100A 

    输入频率 50HZ ± 5HZ 

    额定输入电压 6KV 

    允许电压波动 ±20% 

    输入功率因数 ≥ 0.98 

    输出频率范围 0～50HZ 

    输出电压范围 0～6KV 

    频率分辨率 0 .01HZ 

    加速时间 可由用户生产工艺设定 

    减速时间 可由用户生产工艺设定 

    变频器效率 ≥96% 

    过载能力  连续 160% 连续 1min 220% 允许 1.5S 

    防护等级 IP20 

    3.2 JD-BP37 型高压变频调速器主要技术性能 

    3.2.1 高——高电压源型变频器，直接 6KV 输入，直接 6KV 输出，无须任何输出变压器或滤波器，适配于普通高压电动机，对电机、电缆绝缘无损害。 

    3.2.2 输入功率因数高，电流谐波小，无须功率因数补偿、谐波抑制装置。 

    3.2.3 单元电路模块化设计，维护简单，互换性好。 

    3.2.4 输出阶梯正弦 PWM 波形。 

    3.2.5 高压主回路与控制器之间为光纤连接，强弱电隔离，安全可靠。 

    3.2.6 完善的故障检测，jingque的故障保护及准确的定位显示和报警。 

    3.2.7 内置 PLC ，易于改变控制逻辑关系，可灵活选择现场控制 / 远程控制，适应现场多变需求。 

    3.2.8 采用载波移相控制技术，大大抑制了输出电压的谐波成分，保证输出波形是完美正弦波。 

    3.2.9 控制电源与高压电相互独立，无高压可以检测变频器输出，便于现场调试以及培训操作人员，便于维护。 

    3.2.10 采用准优化 SPWM 调制技术，电压利用率高。 

    3.2.11 功率单元经 24 小时高温老化、 150 ％负载试验，可靠性高。 

    3.2.12 中文 bbbbbbs 操作界面，彩色液晶触摸屏操作。用户操作监控系统界面十分友好和完善，系统包括上位机（商用 PC 机）、下位机（工控机）、单片机。其中单片机给用户提供一个 4 位 LED 数码显示屏和一个 12 键的小键盘操作平台，可对变频器进行全部操作，包括参数设置和各种运行指令。工控机用触摸屏和通用键盘给用户提供操作平台，其功能更齐全，包括参数设定、功能设定、运行操作、运行数据打印、故障查询等等。上位机（商用 PC 机）放在总控室，可对多台变频器进行遥测、遥控。若只有一台变频器，上位机可省，或让客户自定。 

    3.2.13 可接收和输出多路工业标准信号。 

    3.2.14 可打印输出运行报表 。 

    3.3 高压变频调速系统 

    风光牌 JD-BP37 型高压变频调速系统采用直接 “高 -高”变换方式，属电压源型，采用功率单元多电平串联方式，以新型西门子IGBT为主控器件，全数字化控制， 彩色液晶触摸屏控制，以高可靠性、易操作、高性能为设计目标的优质变频调速器。 它对电网谐波污染小，输入电流谐波畸变小于 1% ，直接满足 IEEE519-1992 的谐波抑制标准，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置；输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出 dv/dt 、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机 

    其系统由移相变压器，功率单元和控制器组成。其结构如图 2 示。 其工作原理如下：

图 2 高压变频调速系统的结构图

    （ 1 ）电网电压经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入，单相输出的交直交 PWM 电压源型逆变结构，相邻功率单元的输出端串接起来，形成 Y 接结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。高压变频调速系统每相由 6 个功率单元串联而成，每个功率单元承受全部的电机电流、提供 1/6 相电压和 1/18 的输出功率。 
     （ 2 ）每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘，二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的。给功率单元供电的二次绕组每 3 个一组，分为 6 个不同的相位组。输入电流波形非常接近于正弦波，总的谐波电流失真小于 1% ，输入的综合功率因数可达 0.98 以上。 
    （ 3 ）逆变器输出采用多电平移相式 PWM 技术，同一相的功率单元输出相同幅值和相位的基波电压，但串联各单元的载波之间互相错开一定的电角度，实现多电平 PWM ，输出电压非常接近于正弦波，每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，所以 dv/dt 很小，功率单元采用较低的开关频率，以降低开关损耗，tigao效率，由于采用移相式 PWM ，电机电压的等效开关频率大大tigao，且输出电平数增加。风光牌 JD-BP37 -800F 高压变频器，输出相电压均为 13 电平，线电压均为 25 电平，输出等效开关频率为 6kHz ，电平数和等效开关频率的增加有利于改善输出波形，降低输出谐波，由谐波引起的电机发热、噪音和转矩脉动都大大降低，因此对电机没有特殊要求，可直接用于普通异步电机。 

    4.系统控制方案 

    湖北新冶钢铁有限公司二炼钢厂 4# 炼钢电炉，配套除尘风机一台（功率为 630KW ）。除尘风机为满足电炉不同运行工况下的风量调节，对除尘风量的控制采用分段调速的方式，分六段进行控制。变频器运行频率分别设定为 20HZ 、 30HZ、35HZ、40HZ、45HZ、50HZ。 

    除尘风机电气系统主回路接线图如图 3 示，为一拖一控制，设置工 / 变频切换柜，以保证除尘风机安全可靠运行。 

图 3 电气系统主回路接线图 

    DL 高压断路器 

    K11 、 K12 、 K21 、 K22 隔离开关 

    BPQ JD-BP37 -800F 高压变频器 

    RZ 高压热变电阻起动柜 

    M 高压电动机 

    当系统变频运行时，断开隔离开关 K21 、 K22 ，合隔离开关 K11 、 K12 ，由变频器起停风机，进行变频变风量调节；当变频线路检修时，系统切换到工频运行方式，断开隔离开关 K11 、 K12 ，合隔离开关 K21 、 K22 ，由原系统高压热变电阻起动柜启动风机，入口挡板控制风量。 

    变频器实现就地 / 远程调速控制。当选择远程操作时，控制权交给电炉现场操作室；当选择就地时，控制权交给变频器，可实现多段速调节，各种参数均可在触摸屏上显示，操作简单明了。 

    5.现场运行情况

    2004 年 2 月，湖北新冶钢铁有限公司和我公司签定高压变频器购货合同，型号为 JD-BP37 -800F 。 2004 年 3 月 13 日 ，开始安装就位； 2004 年 3 月 18 日 ，调试完毕； 2004 年 3 月 23 日 ，正式投入运行，整个变频器安装调试周期都很短，为 4# 电炉正常生产提供了有利的保证。 

    高压变频器控制除尘风机，与原电炉除尘风机比较，主要有以下优点： 

    •  tigao了电炉除尘风机系统运行效率，实现了除尘系统的佳工况运行。 

    •  tigao了产品质量，根据电炉生产工艺的要求，可适时改变除尘风量，有助于改善炉内吹炼工况，tigao出钢品质。 

    •  缩短炼钢时间，tigao了出钢产量。据实测，每炼钢周期平均比以前减少了 10 分钟左右，tigao了生产效率。 

    •  减少了维护工作量和维护费用，延长了设备的使用寿命。 

    原旧电炉除尘风机在运行过程中，风机和电机始终满负荷运行，维护工作量大，检修费用高。采用变频技术调速后，除尘设备随生产工艺变负荷运行，大大降低了除尘设备负荷率，延长了除尘风机、电机、除尘器等设备的使用寿命。 

    （ 4） 变频器具有多项保护功能，十分完善。 

    与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升保护等多项保护功能，更jingque地保护了电机。 

    （5） 调速范围宽，调速精度高。 

    除尘风机的风量经常需要根据工艺的需要变化，与过去挡板调节风量相比较，采用变频拖动风机可以在 2～50HZ范围内任意调节，调节精度高，调节频率波动可保持在0.1～HZ范围内，便于实现除尘系统自动化控制。 

    （6） 节能效果显著，大大降低了吨钢电耗。 

    为了对除尘系统变频改造后的效果进行评价，在系统投入正常运行一年后对设备实际使用和节电情况进行了测定和数据分析。随机抽取一个正常工作日，将系统切换工频运行采用入口挡板调节风量，网侧计量耗电量，然后将系统切换变频运行，，计量耗电量，具体数据如下表：

    通过上表可以得出以下结论：除尘系统在变频改造后较改造前，吨钢除尘电耗降低了 38.49 KW·h ，节电率高达 48 ％，节能效果显著。 

    6. 结束语 

    山东新风光电子科技发展有限公司生产的 JD-BP37 -800F 高压大功率变频器在湖北新冶钢铁有限公司二炼钢厂 4# 号电炉除尘风机上的改造是成功的，它不仅满足了电炉除尘系统生产工艺的要求，改善了电炉炊炼工艺，节能效果显著，而且性能稳定，运行可靠。鉴于风光牌 JD-BP37 型高压大功率变频器在冶金行业的出色表现，同时改造的1 # 电炉、 3# 电炉、 6# 电炉除尘风机系统，湖北新冶钢铁公司也采用我公司生产的高压大功率变频器。