西门子6ES7214-2BD23-0XB8大量库存

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    变频调速是一种高效的调速方式，它调速精度高、调速范围宽和操作方便，并且可利用变频器上自带的RS485串行通讯口实现和控制系统的通讯，以便于随时监控系统的工作情况，有利于生产正常进行。2002年我公司对炼油厂丙烷压缩机液化气的提取系统进行自动化改造，改造后除tigao工艺操作水平外，而且节能20%左右，经济效益也十分显著。  

2  森兰SB61变频器的主要特点 

    丙烷压缩机是该系统的关键设备，对变频器的可靠性、起动转矩和动态响应都有一定的要求。由于变频器是该自动化系统的一部分，为减少干扰，要求输出波形中有较低的谐波含量，因此，选用我公司生产的SB61全能王变频器。该变频器采用先进的矢量控制算法，功能齐全，在各种行业中应用自如。可以选择V/f开环、V/f闭环、无PG矢量控制和有PG矢量控制方式;可选用键盘和外部端子，功能端子的操作方式，并有RS485串行通讯口，便于与计算机组网控制。在设计中进行可靠性设计，电磁兼容设计，稳定性分析等。考虑到人性化因素，SB61系列变频器美观大方，虽然功能齐全，但参数设定简单，操作非常方便，是一款性价比很高的产品。 

3  工艺过程 
3.1 液化气的提取工艺系统 

    液化气的提取工艺系统如图1所示。  

    图1中: 
    P0—入口压力，外部供气压力; 
    P1—进气口压力，进气阀调节后压力,要求<0.6Mpa; 
    P2—压缩机出口压力,要求1.2Mpa～1.7Mpa;  
    P3—分离塔压力,要求1.08Mpa; 
    L1—入口liuliang,压缩机吸气量; 
    L2—出口liuliang,压缩机排气量; 
    阀门开度:生产要求进气阀开度30%～50%。 
    出口阀开度80%～。 
    工艺过程: 
    炼油产生的气体，经过压缩机加压后凝为液态进入分离塔，经过吸收等其他加工工艺，提取出石油液化气。进气口压力P1要求小于0.6MPa，压缩机出口压力P2可达到1.2MPa～1.7MPa之间，经出口阀调节后保证分离塔压力P3在1.05MPa。如果某种原因使分离塔压力升高，为安全起见则将泄压阀打开，将分离塔内的液体经管道回流进气口。 
    调节阀门的开度使P1指示压力小于0.6MPa，P3压力在1.08MPa左右。操作操作人员根据P1、P2、P3上的指示值进行调节。进气的压力P0一般来说不是很稳定，为使控制准确，需知道P0与P1、P2、P3的变化的关系如表1所示。 
    

    P0不变时调节进口阀的开度与P1，P2，P3变化关系如表2所示。 

4  系统的构成 

    由表1和表2所反映的在P0改变时和进口阀开度改变时，P1、P2、P3和L1、L2的变化可见，进气P0的升高或降低，使P1，L1和L2发生相应的改变。如果要使liuliangL1和L2不变,可调节进口阀的开度往P0增加的相反方向变化，即P0增大，进口阀开度减少，或P0降低，进口阀开度增大。 
    为保证生产的稳定性，希望进入分离塔的丙烷liuliang不要太大的波动。为此控制方式可有两种选择，一种采用liuliang控制方式，用liuliang变送器采集的liuliang信号回馈到控制系统上，使系统组成为量闭环系统，这样不论P0如何变化，都可保证liuliang基本不变。另一种方式是用P1信号作为反馈信号，只要使P1保持稳定liuliang就基本不变。因此，在进气压力P0波动时，使压缩机转速发生改变，使P1不变，即可使liuliang基本不变。于是以压力信号P1作为反馈信号组成压力闭环系统。这里P1信号在压缩机输入管道上，但是P1的变化是压缩机调速后的结果，作为闭环系统的反馈信号是可行的。由此可见，调节压缩机的转速和调节进口阀的开度在工艺上可达到相同的效果。本系统的压缩机电机功率为160KW，工频运行时，liuliang的改变靠阀门节流调节，浪费了大量的能源，机械的磨损未能减低，影响机组的使用寿命。为实现生产过程的自动化，采用一台SB61系列160kW变频器与压力变送器P1构成恒压控制。系统如图2所示。  

    为tisheng整个系统的自动化水平，引入工控机进行监控，监控系统框图如图3。  

    本系统数据采集卡采集压力，liuliang,阀门开度等模拟量，输出模拟量调节电动阀开度;采集报警，和其他开关信号，输出备用系统起动信号，停止信号等。工控机通过RS485实现对变频器进行控制，P1压力通过数据采集卡采集，经工控机处理后,由RS485将控制信号送到变频器,控制变频器的频率的升降，达到恒定P1的目的，终使liuliang基本不变.当然还要控制变频器的起停，同时电机的运行参数也要送工控机进行监控。工控机为一台CPU PⅢ，内存128M，硬盘20G的研祥工控机，配置数据采集卡，温度信号处理卡，开关信号接线板，RS485通讯卡，RS485通讯模块等。 
    模拟量数据采集卡将压力、liuliang、阀门开度、电机温度和管道温度等模拟信号转换成12位的数字信号，每一路信号占用数据采集卡上一个模拟通道，互不影响，采样周期为300ms。SB61变频器支持RS485半双工串行通讯方式，通过在工控机上用IP函数或VB的MSCDMM通讯控件编制串行通讯程序，即可实现工控机与变频器之间的通讯，本系统用VB的通讯控件编制。将采集到的数据信号，经实时分析处理后，通过组态王监控画面，监测现场传输的实时数据和历史数据及设备的运行状况，历史曲线的分析，实时报表，历史报表的打印，声光报警等。  

5  结束语 

    原系统是在人为观察P1压力的情况下，改变进口阀的开度来满足工艺上的要求，在P0波动比较频繁时，人工劳动强度大。控制系统投入运行后一般不需要人工干预，可在远离现场的地方进行监控。压缩机用变频器驱动后节能效果明显,据用户测算可节能18%～22%。电动机的起动电流和运行电流均在额定电流以下，减少了对电网的冲击。电机速度不总是在工频工作，延长了设备的使用寿命，系统的安全性也有所tigao。 

上应用的交流电机一般都为三相。分为：异步型和同步型交流。

从建立所需气隙磁场的磁势源来说，同步型交流电机分：电磁式及非电磁式两大类。非电磁式有磁滞式、永磁式和反应式多种。磁滞式和反应式同步电机存在效率低、功率因数差、制造容量不大等缺点。

永磁式同步电机：

故数控机床进给驱动系统多采用永磁式同步电机。

异步型交流伺服电机：

与同容量的直流电机相比

故异步型交流伺服电机用在主轴驱动系统中。

同步和异步的区别：

（1）交流同步电机：转子由永磁材料制成，转动后，随着定子旋转磁场的变化，转子也做相应频率的速度变化，而且转子速度等于定子速度，所以称“同步”。

（2）交流异步电机：转子由感应线圈和铁心材料构成。转动后，定子产生旋转磁场，磁场切割转子的感应线圈，转子线圈产生感应电流，进而转子产生感应磁场，感应磁场追随定子旋转磁场的变化，但转子的磁场变化永远小于定子磁场的变化。在交流异步电机的关键参数转差率表示转子与定子的速度差的比率。

1、永磁式交流同步电机

结构：电机由定子、转子和检测元件组成。

两点启示： 、有一个旋转的磁场； 第二、转子跟着磁场转动。

三相对称电流

三相电流产生的旋转磁场（p=1）

永磁式交流同步电机工作原理和性能

其中，nr为转子旋转转速；ns为同步转速；θ为转子磁极的轴线与定子磁极的轴线夹角；f1为交流频率（定子供电频率）；p为定子和转子的极对数。

2、交流主轴电机

定子三相绕组通三相交流电，产生旋转磁场，磁场切割转子中的导体，导体感应电流与定子磁场相作用产生电磁转矩，推动转子转动，转速nr为

其中，ns为同步转速；f1为交流电源频率（定子供电频率）；s为转差率，s=(ns-nr)/ns；

p为极对数。

      行车上主要传动部分有tisheng机构、大车和小车, tisheng机构根据额定负载吨位要求, 选择的变频器大小各不相同。 

　　tisheng电动机一般自身带机械抱闸机构，抱闸机构与电动机动作的时序配合十分重要，以往不采用变频器控制时，往往启动时电流和机械冲击很大，在时序配合不好时还会产生溜钩现象，tisheng和下放的速度也无法控制，采用iAStar系列变频器后，运行性能大为改善。iAStar系列变频器用在tisheng机构上，考虑到其特殊性，在变频器内部内置了机械抱闸逻辑顺序控制功能，使用户无需过多考虑，很方便地解决以往出现的问题。其他品牌的变频器由于在变频器软件设计上缺陷，用户只好通过外部监测和时间延迟的方法来解决，往往在现场需要反复试验校正，才能达到实际要求。

　　机械抱闸逻辑顺序功能控制图如附图所示。
　　

　　在iAStar系列变频器内部I/O菜单中，我们可以设定R2输出继电器为“Brake logic control”，在调整菜单中，出现如下5个参数，分别代表: 
　　l Ibr， 制动抱闸释放时电流;
　　l brt， 抱闸释放时间延迟;
　　l ben， 抱闸投入频率;
　　l bet， 抱闸投入时间延迟;
　　l bip， 抱闸释放时瞬间力矩方向设置。

　　有了以上这些特殊功能参数，我们可以很方便通过调整这些参数满足起重现场要求，如根据吊装重物的重量情况和抱闸机械时间常数，适当调整Ibr和brt，同时设置bip功能，使抱闸释放时电动机有足够的力矩，保证重物tisheng过程时在空中不会溜钩;同样，停机时适当调整ben和bet，使变频器输出频率还没到零时抱闸已动作，确保停机时重物不会下坠。
 
　　应用中速度给定一般采用多段速度的给定方式，通过逻辑端子可以很方便实现，而速度大小可以很方便地通过内部预置速度的修改来达到。而以往不采用变频调速时，往往采用电磁调速，需要通过改变串接的电阻大小来实现，产生的问题是调速范围小，电阻能耗大，需要经常维修。要考虑到不同于锥形电动机的应用，停车方式应为减速停车方式，即把控制菜单中的STT参数应设为“Ramp stop”，变频器一旦接到停车命令，沿设定的减速斜坡Dec停车，当输出频率降到设定的抱闸投入频率ben，抱闸开始动作。

　　同样，在该应用中，有一个参数必须事先检查的是传动菜单里的“brA”参数，该参数在起重应用中务必设为“No”，不能让变频器在电动机减速过程中自由地延长减速时间，否则，在重物下放过程中，可能会产生溜钩或下坠现象。 变频器在这类应用选型时同样要放大一到二档使用，同时，一定要选择阻值和功率相匹配的能耗制动电阻。 

　　iAStar系列变频器除了能提供以上突出功能外，还有许多优点，如低频出力大、内置了输入滤波器、电抗器以及制动单元等，体积小，空间紧凑。
　　
　　iAStar系列变频器在大小车上的应用 
　　
　　大车驱动一般分两台同样电动机驱动，我们采用一台iAStar系列变频器驱动两台电动机，选型上主要考虑两电动机电流和是否与变频器的额定电流相匹配，小车采用单电机驱动，选型上也是根据电流选择。
 
　　采用变频器后大小车运行十分平稳，消除了以往如大车平移时，吊钩在空中晃动、震动现象十分明显的现象，采用变频器与不采用变频器，运行性能改变十分明显。 

工业上常见的薄膜卷绕主要包括布、纸张、塑料薄膜等，对于张力的精度要求高，而且卷径的变化范围大，张力要求是随卷径增大而不断变化的，即需要张力锥度控制，防止损伤卷轴或造成内部褶皱。森兰SB70系列变频器完全可以通过对其自身功能模块进行设置，充分利用算术单元和计数器等功能，实现薄膜卷绕所要求的张力锥度控制。方案如下：

    由代表薄膜线速度的主机（加工机）运行频率和卷绕薄膜的实时卷径，计算出相应的从机（收卷机）主给定频率，以此作为前馈；同时用PID调节器控制薄膜的张力PID输出，对给定频率进行不断修正，将修正后的频率作为收卷电机的给定频率。这种前馈和反馈共用的复合控制方法控制精度很高，很多张力控制专用的变频器都使用了这种方法。

    部分：收卷机给定频率的计算

    用户需要知道三个值，分别是初始卷径、终卷径和薄膜厚度。根据这三个值，计算出参数设置所需要的几个数值。

    假设薄膜的终卷径为1000mm，初始卷径为100mm，薄膜厚度为0.05mm,则：

    初始卷径百分比值D0＝100/1000＝10％；
    
    计数器设定值＝1000/（0.05×2）＝20000；

    计数器预置值＝100/（0.05×2）＝2000。

    此时计数器计数值（以设定计数值为100％）就相当于一个卷径传感器的输出信号，即为实时的卷径值D（以终卷径为100％）。

    主机频率为F0，从机频率为F，当前卷径值为D（以终卷径为100％），则可以知道：

    F0×D0 ＝ F×D；

    即可以算出F ＝ F0×（D0/D）；

    先通过算术单元3算出 D0/D的值；再通过算术单元2计算F0（即AI1）乘以算术单元3的输出，即为F的值。此时算数单元2的结果即为收卷机的主给定频率，所以将收卷机的频率给定通道设成算术单元2给定。这样就完成了收卷机主给定频率的设定。

    第二部分：PID的给定计算

    采用闭环张力控制的方法，PID的给定值应该设定为用户需要的张力值。但是，用户需要的张力值并不是一个常数，而是一个随着卷径变化而不断变小的值，即张力有一个锥度。如下图：

    张力的锥度公式为： 

    T ＝ T0×[1－K×（1－D0/D）]

      ＝ T0×（1- K）＋T0×K×（D0/D）

    其中 T——实际的理想张力（以张力传感器大张力值为100％）； 
    T0——初始张力值（以张力传感器大张力值为100％）；
    K——张力锥度系数，范围为0～100％；
    D0——初始卷径（以终卷径为100％）；
    D——实时卷径（以终卷径为100％）。
    其中T0×（1-K）和T0×K都是常量。

    于是由算术单元4算出T0×K×（D0/D）的值，其中D0/D为算数单元3的结果，T0×K为数字设定；再由算术单元1计算出T，即T0×（1- K）＋T0×K×（D0/D），其中T0×K×（D0/D）为算术单元4的结果，T0×（1- K）为数字设定。

    此时，算术单元1的结果即为用户需要的实时张力值，将PID的给定通道选择为算术单元1给定。这就完成了PID给定通道的设定。至此，就完成了张力控制方案设计。

    现场运行情况如下：当主机开始起动后，从机接受起动信号开始起动，并根据卷径的变化和张力传感器的反馈不断调整输出频率，使张力传感器以基准位置按张力锥度要求随卷径变化，卷绕电机一直稳定运行。减速过程中张力传感器也没有大的偏移，直至停机（如果需要在停机时保持张力可以采用森兰SB70的零伺服功能）。整个过程中没有变形或松弛现象发生