6ES7216-2AD23-0XB8大量库存

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在石油化工行业应用的安川变频器具有下面几个特点:
(1) 其nema 3r的封装形式能够经受住油田常见的恶劣环境;
(2) 其专用的用户化驱动软件case能非常有效地工作于诸如磕头机的往复负载，从而无须采用耗能厉害的动态制动电阻;
(3) 其的硬件设计和pc板喷涂工艺使得变频器在油田等恶劣环境和振动率高的场合下正常工作。
本文主要介绍了安川在石油行业的几个典型案例。

2 实现卧螺离心机的节能降耗

在石油行业中，经常要用到卧螺离心机来处理原油脱水和污泥分离等工序，安川变频器已经成功地应用于derric公司的de-1000系列卧螺离心机，并取得了节能降耗的效果。
卧螺离心机的原理如图1所示，物料从进料口进入到离心机，筒体与螺旋同向低差速高速旋转、使物料的固相、液相分离，较重颗粒的固相被离心甩到筒壁并由螺旋推出筒体外，较轻颗粒的固相或液相则从另一端管道排出。

图1 安川变频器的卧螺离心机上的应用

图1左图中，主电机拖动的负载为筒体，副电机拖动的负载为螺旋，由于在正常作业中，主电机的速度始终高于副电机，致使副电机长期工作在发电状态，传统的方法是采用能耗严重的涡流制动，其相当于刹车系统调速差。显然，将这部分能量充分利用起来是非常可观的。
安川的方案是基于变频器母线共联，将副电机的电能通过两台变频器之间的母线消耗到主电机的电动状态中去，使能量通过母线在变频器间共享，从而大大tisheng了系统的稳定性和可靠程度，同时又能降低能耗，比传统的涡流制动能耗节省20％～40％。安川的gpd 515/g5采用的是矢量工作方式，通过安装编码器，可以jingque地实现差转速控制，同时在料堵塞时也能提供足够的转矩。
采用安川变频控制的卧螺离心机控制系统主要有以下特点:
(1) 人机界面hmi(一般采用pc-based系统)作为主机来进行控制，包括变频器间devivenet通讯、母线电压监测、各变频器参数读取和写入、进料各点控制等;
(2) 主电机采用gpd 515g5变频器来控制筒体的运转，由于工作在矢量控制方式下，因此它能提供足够大的启动转矩，克服筒体的惯量平滑启动;
(3) 副电机也采用gpd 515g5来控制螺旋以低于主电机的速度运转，其螺旋与转鼓之间的速差可以根据进料的变化自动调节，在堵塞情况下，螺旋能提供足够的转矩将料推出、清空并再次运行;
(4) 通过共母线方式来再生能量处理，其再生能量的大小取决于筒体的转速和筒体与螺旋的转速差;
(5) 变频器线路板的涂层设计配合防爆电机能使该系统稳定工作在油田恶劣的环境，如水汽、腐蚀气体、意外振动等。
通过全世界范围内多个油田的应用，配备安川gpd系列变频器的卧螺离心机都取得了明显的效果。油田原油脱水的产量成十倍地tigao，由于该型离心机能长时间无故障地运行，对于物料的变化，变频器都能轻松克服并可以被自由调整输出; 由于变频调速节能环保和调速方便，能解决涡流制动的耗能发热问题和液压驱动的漏液问题，传动的部件都能以标准件替代，因此卧螺离心机都能做到免维护运行;现场总线devicenet的应用将变频器的设置和监视变得非常简单，用户只需在hmi上就可以得到一切传动运行数据和设定相应的工艺数据。实现输油泵站的压力pid控制管道输油是将原油(或油品)加压、加热通过输油管道由某地(一般是油田)输送至另一地(一般是炼厂、码头等)。加压的目的是为原油提供动能，以克服沿线地理位差及管道沿线的压力损失; 加热是针对“含蜡高、凝点高、粘度大”的“三高”原油而采取的措施，目的是使管道中原油的温度始终保持在凝点以上或更高的温度以使原油顺利流动。实现原油的长距离输送必须有输油站及线路两大部分。输油站中包括输油泵机组、加热设备、计量化验、通讯设备、储油罐等。
在这里有一个例子介绍了安川变频器vs616p5在俄克拉荷马州塔尔萨输油泵站(如图2）中的应用情况。该泵站的主泵是功率为110kw的往复泵，将附近各采油点的原油经加压后送到数公里外的炼油厂。

图2 安川变频器在输油泵上的应用

在原先的控制方案中，该加压泵站是通过可编程控制器来实现简单的压力控制，即到达压力低限时开泵、到达压力高限时关泵。频繁的开停动作对于大负载电机而言，将会对电网造成强大的冲击，同时也对原油管路有一定的损害作用。由于采用简单的on/off控制，导致输送石油的压力不稳，压力波动大，对于原油的集输系统的过程控制造成一定的困难; 同时，频繁性开关对于阀门部件、管路等造成的维修量与日俱增，严重时还会发生大罐抽空、管线堵塞和原油冒罐事故，对生产带来大量的浪费。为了解决这些矛盾，在现有的原油集输网络中引进变频调速技术，自动跟踪调节运行状态，已经收到了良好的效果。
在该加压泵站中，原来的主泵采用安川变频器拖动后，可以方便地利用变频器内部集成的pid功能进行压力闭环控制。如图2所示，用户管路端安装的压力传感器信号直接进入变频器的fv或fi端，变频器就会自动计算出与设定值之间的差值，然后再控制变频器的输出。
使用变频器后，该泵站不仅明显降低了机械损耗和维护量，同时对电网的冲击已经大为减少，从原先直接启动时电机额定电流的600％～800％降低到150％左右，功率因数也上升至98％左右。由于采用pid控制，电机的运行速度不再是再满速空转中，而是降低了转速，平均运行电流从大于160a降低到116a左右(大约降低了30％)。
由于石油输送管路潜在的高压问题，用户不得不装设高于10倍常规压力标准的压力传感器,因此实际采样的电压数值有效区域很窄，只有选择高精度的压力传感器才能正常进行pid控制。同时，变频器对拖动的负载必须进行有效地调谐以进行参数整定，使电机和水泵工作在佳状态。为了避免管线共振效应，设置机械共振点也是必需的。

3 实现注水站离心泵的liuliang压力控制

在石油工业中经常会进行注水处理，其主要是利用注水井把水注入油层，以补充和保持油层压力的措施称为注水。油田投入开发后，随着开采时间的增长，油层本身能量将不断地被消耗，致使油层压力不断地下降，地下原油大量脱气，粘度增加，油井产量大大减少，甚至会停喷停产，造成地下残留大量死油采不出来。因此，为了弥补原油采出后所造成的地下亏空，保持或tigao油层压力，实现油田高产稳产，并获得较高的采收率，必须对油田进行注水。
在很多油田注水站的泵配置中，功率都非常大，通常采用工频降压启动，且大多采用离心泵，通过节流阀来控制liuliang。我们知道，变频器使用在离心泵上具有非常大的节能潜力，因此在泵设计余量充足的情况下，采取变频调速不啻是个优的办法。使用安川f7，就能轻松实现节能运行和抑制高次谐波。在f7的节能控制运行范围里，它根据大效率控制，对离心泵更能发挥超群的节能效果。
对于离心水泵的变频调速改造有巨大的节能潜力，我们通过将f7变频器应用到注水站水泵，实践证明其节能效果在30～50％，有时高达70％。为什么离心泵设备通过变频调速调节liuliang有如此惊人的节能呢？在此将其原理加以阐明。如附表所示，离心泵的liuliang与转速成正比(公式1)，压力与转速平方成正比(公式2)，功率与转速的立方成正比(公式3)。因此在调节liuliang时如降低20％的liuliang，功耗则会下降50％。但是必须注意，转速与压力是平方关系，当转速下降20％压力则会下降到64％，因此必须要注意工艺要求。
通常离心泵类设备传统的风量、liuliang风门控制的，大量的能源耗在风门或截流阀的阻力上，风门或截流阀控制liuliang的功耗与liuliang关系见(公式4）。比较截流阀控制与变频调速调节，可以看到在liuliang变化范围，采用变频调速的方法具有很大的节能潜力，因此在油田其他供水泵上进行变频改造同样会取得很大的节能效果。

4 结束语

本文重点介绍了安川变频器在石油工业中的几个典型应用，它能方便地调节电机转速，并在一定程度上节约能耗，非常适合油田和化工环境恶劣的场合使用。

　MZ2015自动磨床是轴承行业广泛使用的加工设备，用于轴承套圈内圆磨削，由于该机床的早期电气系统采用的是继电器─接触器控制和由二极管组成的矩阵顺序控制线路，电气元件较多，且可靠性差，电气故障频繁。故采用FXon-60MR PLC对其控制系统进行了改造。

1　系统的硬件设计
　　任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输入部分，逻辑部分和输出部分。系统输入部分由所有行程开关、仪表触点、方式选择开关、控制按钮等组成。逻辑部分是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路，输出部分包括电磁阀线圈，指示灯和接通各种负载的接触器线圈。在控制系统中使用PLC 就是代替继电器控制系统中的逻辑线路部分。原MZ2015磨床的电气系统，所有行程开关(SQ1～SQ17),选择开关（SA3）,仪表触点（KA1～KA4）,控制按钮(SB2,SB5)等为系统的输入信号；而电磁阀线圈(YV1～YV13),指示灯，充磁信号等为系统的输出信号。系统的硬件构成如图1所示，为了节省输出点数，各电磁阀的状态指示灯并联在其线圈两端；系统的调整操作采用由PLC的Y1和Y2输出调整信号在外部经相应开关控制。同时为了保护PLC输出继电器，在电磁阀两端各并联一只二极管，防止在电感性负载断开时产生很高的感应电动势或浪涌电流对PLC输出点及内部电源的冲击，二极管的额定电流通常选为1A，额定电压大于电源电压的3倍。
 

图1　PLC外部接线图

2　软件设计
2.1　程序结构
　　原机床包括自动、半自动、调整和长期修整4种工作方式，由转换开关选择。用PLC改造后,此部分的接线要重新安排，可选用转换开关的两组触点SA3－1和SA3－2(对应PLC输入端子X20和X21)，使其分别在4种工作情况下，满足表1所示的通断状态。

表1　开关方式状态
 

表1中“0”表示断开，“1”表示接通。如用二进制表示X20 和X21 的状态，即为00，01，10和11四种。如图2示，自动方式时驱动M10，半自动时驱动M11，调整时驱动M12，长修时驱动M13。这样可安排出图3的程序结构图。

图2 工作方式梯形图
 

图3　程序结构图

2.2　矩阵电路的编程处理
　　矩阵二极管顺序控制电路是原床电气系统中的重要组成部分，PLC梯形图的转换原理，如图4示。其动作如下：

图4　二极管顺序控制原理示意图及对应梯形图

　　（1）SA1合上，SA2打开，KA5线圈通电吸合并自锁，此时KA5线圈及R上的电压基本相等，约为12V，KA6线圈被短路脱吸。
　　（2）SA1打开，SA2合上，KA5线圈被短路，KA5脱吸，KA6线圈通电吸上并自锁。
　　（3）SA1、SA2同时合上，由于KA5、KA6线圈同时被短路，所以V1也处于上述导通状态，但KA5、KA6总是处于脱吸状态。
　　根据上述要求可得出SA1、SA2与KA5、KA6的逻辑关系,如表2所示。从表2可看出，SA1是KA5的置位端，KA6的复位端；SA2是KA6的置位端，KA5的复位端。这种状态可由PLC内部的置位、复位指令来实现，其梯形图如图4示，图中M21相当于KA5，M22相当于KA6。

表2　顺序控制逻辑
 

2.3　编程调试
　　由于用PLC改造原机床电气系统是以不改变原控制功能为前提，此时可对原线路进行分块处理，对于MZ2015磨床，可分成输出处理程序，输入处理程序和顺序控制逻辑程序，这种处理对于程序调试和设备维修都有很大的方便，根据手动、 长修、 自动和半自动四种工作方式分别进行模拟运行。用开关模拟输入信号，开关的一端接入相对应的输入端点，另一端作为公共端接在PLC输入信号电源的负端。输入程序后，对照输入信号状态表，设置好原始状态情况下所有输入信号的状态；再按工步状态，扳动开关，观察输出端点指示灯在一个工作循环里的状态变化，并与工艺过程对照。由于程序较长，这里仅给出输出部分及二极管顺控电路所对应的梯形图，如图4、5示。
 

图5　输出部分梯形图

3　结束语
　　用可编程控制器改造旧机床电气系统，在现有企业里是非常现实的技术改造方案，具有投资省、见效快的特点。通过使用PLC改造该机床电气系统后，去掉了原机床的13只中间继电器，5只时间继电器，80只顺序控制二极管及20只电阻，使线路简化。同时，由于PLC的高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。

1. 概述
    短纤倍捻机作为一种加捻设备，实现一转两捻，效率比传统捻线机成倍tigao，卷装容量增大，加捻质量大幅度tigao，主要具有以下特点：高品质锭子在高速运转下的持久稳定性；二级传动机构，使受力更合理，加捻范围更广；油浴式齿轮箱，特殊的导纱曲线，使卷绕成形良好；卷绕张力可以在超喂罗拉上任意调节，因此也适用于染色用松驰柔软的卷绕。本文着重介绍施耐德Twido PLC在短纤倍捻机控制系统中的应用。

2．工艺
短纤倍捻机主要分为卷绕，恒动和锭子三个部分，如下图 

捻度计算公式：      
捻度=2*V锭子角速度/V纱线线速度
通过保证锭子角速度和纱线线速度的恒定来保证捻度的恒定。因此，主要控制对象为卷绕和恒动部分。

3．系统
(1)系统配置
本系统采用施耐德全套解决方案，主要由以下几个部分构成：PLC本体 TWDLMDA20DRT＋模拟量输出模块TWDAMO1HT＋变频器ATV31＋四行文本屏TSX08H04M。
a) 可编程序逻辑控制器（PLC）
型号：TWDLMDA 20DRT；CPU模块，DC24V供电，12点DC输入，2点晶体管输出，6点继电器输出，自带2路高速计数（20K Hz），大可扩展7个扩展模块，并支持双字和浮点运算。本模块在系统中担任重要的控制角色，用于控制各种动作，PID运算和参数计算等等。
b) 模拟量输出模块
型号：TWD AMO 1HT；模拟量输出模块 ，1路/模块，12位精度。用于变频器频率
给定。
c) 人机界面
型号：TSX08H02MK；2行中文图形显示器，带运行电缆。用于参数设定，显示，故障报警。
d) 变频器
ATV31，用于控制控制锭子电机和卷绕电机。

(2) 控制原理
控制对象：捻度，实现锭子电机和卷绕电机的同步控制

(3) 控制方法
 实线1：锭子转速给定
 实线2：卷绕转速给定
 虚线3：根据锭子转速计算出的卷绕转速

如上图所示，系统在启动，运行和停止三个过程，锭子速度和卷绕速度严格保持同步，这样，有效的保证捻度误差在小范围内。

4 结束语
    本系统性能稳定，运行可靠，锭子转速可以开到3000－15000转，捻度设定范围90－2300，实际捻度误差在3%以内，实测锭子转速误差在2%以内，完全满足客户的要求，甚至超过原来的进口设备。