西门子6ES7222-1EF22-0XA0常备现货
西门子6ES7222-1EF22-0XA0常备现货
摘要 ：
变频调速器是一种高效节能调速装置,它以DSP或微处理器为核心,为电动机运行多种电气控制和报警功能,保障设备安全,延长使用寿命。特别是它可以根据设定信号调节电动机转速,实现生产自动控制,节电效果显著,可有力地促进企业节能工作的开展,因而在电机供电控制中得到广泛应用。下面以我厂催化装置中的轻柴油泵为例简单说明控制调速策略。
一、概述
在工矿企业中大量地使用着风机、水泵、搅拌机、压缩机等,这些机械一般都以交流电动机驱动。其中大部分电动机均不是工作在额定功率,而经常只有额定功率的50%～70%,甚至更低一些(20%～70%)。但电动机大部分处在恒速运行状态,并以档板、阀门或放空回流的办法进行liuliang或压力的调节,从而白白损失大量的电能,功率越大的风机、水泵,损失的电能越多。
对于水泵和风机,表达其特性的参数有:liuliang(风量)Q,扬程(风压)H,功率P等。当转速从n1变为n2时,Q,H,P大致变化关系为:
Q2=Q1(n2 / n1)
H2=H1(n2 / n1)2
P2=P1(n2 / n1)3
即:liuliang与转速成正比,扬程与转速的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比。
如水泵的liuliang或风机的风量等调节,只需调节电机的转速就可以实现,而同时将大大降低电机的消耗功率,节约了电能。
根据电工学的基本原理,电动机的转速n由以下公式表示:
javabbbbbb:if(this.width>580)this.width=580">
式中:n---电动机的转速
f1---供电电源频率
S---转差率
P---电动机的极对数
因此要改变电动机的转速,只要改变供电电源的频率或者改变电动机的极对数或者转差率就可以改变电动机的转速。
改变极对数进行调速从理论上讲效率高,因为它没有额外的损耗,但对电动机的制造要求高,机械结构较为复杂,且属于有级调速,不灵活,因此较少使用。改变转差率,以往曾用过滑差电机,但由于电机结构复杂、故障率较高,维修困难,现也很少采用。改变频率进行调速,可以达到无级调速,在二十世纪八十年代初期在我国采用还不多,原因是变频装置本身的限制,后来随着微电子技术及IGBT功率器件的迅速发展,变频调速技术也得到了前所未有的发展,按目前技术的水平,不但调速精度达到了很高,而且损耗可以减少到小(变频器效率可高达99%)。现在变频调速可以应用到各种规格的电动机中。
二、变频调速器的应用
变频调速器是一种高效节能调速装置,它以DSP或微处理器为核心,为电动机运行多种电气控制和报警功能,保障设备安全,延长使用寿命。特别是它可以根据设定信号调节电动机转速,实现生产自动控制,节电效果显著,可有力地促进企业节能工作的开展,因而在电机供电控制中得到广泛应用。下面以我厂催化装置中的轻柴油泵为例简单说明控制调速策略。
1、控制流程简介
轻柴油泵采用一开一备的配置方式,共有P1205A/B两台泵。在正常情况下,一台运行另一台备用,主、备泵的切换通过人工方式手动实现。在供电控制方式上,P1205A实行常规电气控制,主电源直接供给电动机,P1205B实行变频调速控制,主电源经过变频后送给电机。系统调节参数为中间产品罐液位,测量位号为LT1206,PID调节回路调节阀LV1206。用控制电机转速和调节阀开度使液位LT1206稳定在给定值上,DCS上将原有的LC1206调节器组态位号改为LC1206A,新增一个PID调节器位号LC1206B(其组态内容与LC1206A一致),用LC1206B和变频器INVERTER控制电机转速或用LC1206A控制调节阀的开度使liuliang稳定在给定的值上。
2. 控制方案的实施
该liuliang在DCS中的控制原理如图一所示。
javabbbbbb:if(this.width>580)this.width=580">
控制过程如下:在正常情况下LC1206B调节回路输出4-20mA调节信号到变频器作为频率设定信号,变频器按照给定信号输出相应频率的电压电源,从而调节电机转速。同时LC1206A调节回路保持在手动方式,输出锁定在,控制泵出口调节阀处于全开位置,以便实现变频器控制liuliang的目的。在DCS上,在相应的流程图上对应P1205B位置组态了变频器调速图案,在变频器运行时,其状态显示为绿色,当变频器处于非运行状态(包括变频器故障和人为停机)时,其颜色为红色。
当变频器出现故障或人为将其切除时,流程图上变频器图案出现红色,工艺操作人员进行人工切换泵,LC1205B切到手动方式,LC1206A进入自动状态输出4-20mA信号,控制调节阀LV1206的开度,P1205A电动机以额定转速运行。
3. 控制系统的组成
该控制系统包括工频控制系统和变频控制系统。工频控制系统由DCS中组态的控制器LC1206A,调节阀LV1206,电动机,柴油泵P1205A和液位测量LT1206组成,变频控制系统由DCS中组态的控制器LC1206B,变频器,电动机,柴油泵P1205B和液位测量LT1206组成。两个系统由手动进行切换,其控制系统方块图见图二。
4. 变频器的选型和主要参数设定
我们选用的变频器是深圳艾默生电气有限公司的TD2000系列变频器,型号是TD2000-4T1100P,适配电机110KW。
电源输入:三相380V,50HZ/60HZ
输入变动容许值:电压±20%;电压失衡率<3%;频率±5%。较进口变频器更能适合我国的电网情况。
输出电压:380V正弦波,频率0-400HZ可调。
由于我厂是石油炼化企业,变频器安装在防爆区以外,变频器到机泵的距离较远,一般都在一百多米以外,所以我们在配置时增加了相应的输出电抗器。
为了保证电动机的可靠运行,变频器的主要参数设定如下:
1)上限频率F11设定为电动机的额定频率50HZ,下限频率F12设定为5HZ。
2)V、F输出特性中高频率F04及基本运行频率F05均设为电机额定值50HZ,额定输出电压设定380V。
3)V / F曲线模式F07设定为1(因为是风机水泵类平方转矩负载)。
4)运行频率控制设定方式F00设定为3,模拟设定2(CCI--GND),用模拟电流 / 电压端子输入设定,范围DC0(2)------10V/0(4---20mA,我们选择电流输入4-20mA,此时将控制板上的电压 / 电流选择插件CN10的跳线选择1侧。
5)运行命令选择F02设定为1,外部端子运行控制有效,即用操作柱来启动变频器。
6)停机方式F30设定为1,外部端子运行控制有效,即用操作柱来启动变频器。
7)停机方式F30设定为1,选择自由运行停止。
5. 投用效果
变频调速器投用后,控制回路的稳定性和可靠性比调节阀有明显tigao,控制偏差保持在±1%以内,被控参数波动幅值较小。电机在变频调速器的控制下保持中速运行状态。在电机启动、控制过程中实行延时斜升、斜降,并且有输出短路、欠压、过流、过载过热等报警跳闸及在线故障诊断功能,保证其运行安全可靠,降低故障率,减少了设备损耗,尤其显著的是节能效果相当明显。在正常工况下,投用前后的电气参数如下:
javabbbbbb:if(this.width>580)this.width=580">
从表中可以看出,使用变频器后功率节省38.72kw,按年运行8000小时计算,每年可节省电能309760kwh,若按电价0.35元/kwh计算,每年节约电费10.8416万元。不到一年可收回投资。
三、结束语
实际应用证明,变频器的使用可取得意想不到的效果,特别是企业正在为降低生产成本tigao经济效益而大量采用新技术的,变频调速技术以其良好的投入产出比,将会有更加广阔的应用前景。深圳艾默生电气的变频器是在消化各种变频器的基础上,根据我国电网波动范围较大的状况开发的,其功能齐全,性能稳定,到目前为止在我厂使用了12台艾默生TD2000系列变频器,功率在90KW-250KW,运行一年多从未出现质量问题。
控制对象是 540脉冲控制阀，20个碟阀，3个温度检测点，2个冷风机组控制点，甲方要求控制器要有人机交互界面，温度控制点要可调，脉冲阀工作时间要可调，并且系统要能够在线检测出负载阀故障，比如开路，短路在系统运行时是不允许的必须及时的被检测来。
整个系统有560阀，每个阀工作电流接近1A，如果按每个阀两根控制线的话将有1120根阀控制线，控制器距离现场有几百米，这样下来铜线价格超万元成本太高，所以系统采用矩阵扫描的方式进行阀控制大大节约用铜量。根据甲方要求我们将CCQ3000划分为4个硬件模块 :
1. 显示键盘模块，人机交互部分。
2. 温控模块，实现对关键测温点进行温度检测，和控制 ，温控模块并且负责CCQ3000机箱系统的恒温控
制。
3. 矩阵模块，负责负载阀的扫描控制时的隔离和反电势的吸收。
4. CCQ3000主控单元模块，负责对负载的实时控制,故障实时扫描。
一.
显示部分:显示模块主要负责，运行参数的调整，设置，系统运行时参数的显示。根据需要设计了8个1.8寸数码管，分别显示工作室号，工作阀号，喷吹时间，间歇时间。
硬件上主CPU采用8 bit AVR 单片机，74HC595驱动数码管段，74hc138译码器驱动数码管位。
软件上采用gcc3.4.6编译器工具，启用看门狗定时器,防止程序跑飞。启用定时器1的2ms间隔中断点滴做动态显示扫描,键盘扫描。
1. 键盘采样算法采用ps2键盘的方式，即次击键稳定后发按下码，等待1s左右后仍然不释放就发连续码，等释放后发释放码。
显示键盘采用流程图
2.
通信模块被动的接收CCQ3000主机的命令，然后进行校验，校验正确后返会成功标志XON给CCQ3000主机,然后执行命令，如果校验出错，返回XOFF给CCQ3000主机,要求重新发送直到成功或者是重试10次彻底失败报警
显示通信流程图
二.
温控部分: 主要是负责整个除尘系统的温度控制，和控制柜系统的温度控制一保证CCQ3000能够适应热带，和寒冷地区的气侯条件。
硬件部分主控CPU采用精简指令集的8bit AVR单片机 ， 驱动能力大，系统使用一片74HC595驱动5个数码管的段，直接用AVR单片机的I/O去驱动数码管的位。扩展5路继电器输出，4路温度传感器接口。一路光隔离输出，电源采用8 ~40直流输入。
软件上启用看门狗定时器，启用定时器1 做为系统点滴定时器用，2ms中断间隔,
定时器1实现功能同显示部分相同，即为系统提供一个时基基准，刷新显示器，查询键盘，同样键盘采用方式同显示部分，思路同PS2键盘控制方式相同。编译器采用GCC3.4.6
序整体采用ANSI C标准语法，便于跨平台移植。由于温度传感器采用的是单线接口所以对时序要求很严格，为防止和显示刷新冲突，在控制思路上采用了一些技巧，很好的实现了，4路单线串口通信和显示刷
新的融合。
该部分还很好的采用一路10bitADC转换器，实现了键盘扫描控制,经过验证误码率非常的低，键盘系统工
稳定。
三.
主控部分: 主控部分是整个系统的关键，是CCQ3000的控制核心，他处于系统的主机位置，是通信的发起着，是命令的下发者，是控制策略的实现者。
硬件上主控部分采用高性能32bit 工业级ARM芯片，外扩展有工作室驱动MOSFEET译码电路，工作阀组驱动MOSFEETy译码电路,JTAG调试接口，ISP烧写接口，实时时钟接口，EEPROM存储接口
ARM CPU电路
四.
软件上采用符合美国航空认证的实时嵌入式操作系统UCOSII，以保证CCQ3000控制系统的工作控制动作及故障检测的实时性，系统开了3个任务，一个处理控制算法，一个任务处理故障检测显示控制，
一个任务处理看们狗清零，内核任务调度显示，并且处理非正常停机(干扰，断电。。。)时从断点处继续执行，而不是从0地址开始执行,因为这个系统是不允许停机的。
1背景
φ3500立式机床是一种自动化程度要求较高的机电设备，一般应用于冶金行业，车制各种大型工件；它通常采用继电器逻辑控制方式，设备的电控系统故障率高，检修周期长。随着技术的进步，这类控制系统已显示出越来越多的弊端。近年来PLC机在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势，是其它工控产品难以比拟的。如果用PLC控制技术对这些系统实施改造，则具有普遍的技术及经济意义。
2 方案选择
原设备为手动操作，根据使用部门的建议，在改造方案上维持改造前设备人一机界面的原始性，这样可以有效减少设备使用人员的误操作，不至于使设备的事故率在技术改造后有所增加。
系统的工作台变速单元依靠液压电磁阀来实现，并由机械传动部件不断地改变传输比，达到改变工作台转速目的。其变速操作相当繁琐，必须先让主机停车，选好速度后，微动使齿轮重新啃合再挂挡，后重新启动。根据现场负载计算与理论分析，保留主拖动方式，用一台FRN15G95-4JE电压型通用变频器，对工作台电机进行速度换向控制。FRN15G954JE电压型通用变频器具有转矩矢量控制、转差补偿、电AVR自整定、负载转矩自适应等一系列先进功能，在无速度传感器的开环运行条件下，采用磁通矢量控制和电机参数自动测试等功能后，其调速性能达到甚至高于传统晶闸管供电的双闭环直流调速系统。原系统还有左右两个刀架，可纵向横向移动，通过电磁离合器与左右驱动电机连接。左右驱动电机有Y/△变换，因此有两级工作进给速度：I级0.29- 45.6m/min，II级0.58-91.2m/min。改造时，仍维持原方式。
3 PLC机型选择
3．1 输入输出点数
PLC控制系统的输入信号包括操作台控制输入、工作台和刀架各速度信号、分布在机床上各部分行程开关及变频器投入信号。共有64个输入点。
PLC的控制负载主要分成三类：一是10台交流电机正反转主接触器；二是用于左右刀架调速的离合器线圈（电磁离合器直接由PLC驱动）；三是显示、报警负载（包括显示灯、声光报警器等）；四是工作台调速输出（到变频器）。共56个输出点。
3．2 PLC选型
确定输入输出点后，还要进行PLC选型，本系统除了与变频器连接需模拟量外，全部为开关量，再考虑到性能价格比及输入输出点数，选用德维森公司ATCS系列PPC31型机, PPC31为模块化结构，系统配置灵活，编程功能强，性能价格比高。
4 系统设计
4．1 变频器设计
系统所有动作都有PLC控制。当PLC输出继电器out1=ON时，工作台正转；输出继电器out2=ON时，工作台反转。工作台共有16级速度。操作时，首先将二进制值存储在PLC数据区，当正反转时，操作台输入速度值，而PLC输出一路二进制值，经D/A转换到变频器的12号输入端，满足工作台调速要求。当out1 and out3=O N时，工作台点动正转；当out2 and out 3=ON时，工作台点动反转。点动速度用变频器提供的多段速指令选择。当电机过载缺相时，热继电器FR动作，使变频器THR端子OFF，可在瞬间封锁 U.V.W输出，同时闭合故障继电器30A-30C触点，经PLC输入继电器产生系统故障报警。
在快速制动过程中，一但电机反馈“泵升”电压使变频器母线电压达到800V时，制动单动BU功率模块立即导通，接入电阻R迅速释放电机储能，实现安全快速的制动。
4．2 软件设计
PLC通过编程器输入程序，达到控制目的。由于PLC工作过程是循环，程序执行速度快，在刀架进给双速电机时，需要通过Y/△变换实现变速，因此为了避免Y/△变换中电源短路，除了用互锁外，还必须设置切换延时，定为1S。同样，在横梁下降（反转）时，还需要回升（正转），因此也需要设置切换延时，以防电源短路。
5 结束语
实践证明，用PLC改造传统继电器控制系统是很好的方法。它可以充分发挥PLC高可靠性、高抗干扰的特点，寿命长、维修量少、查找外部线路简单。同时采用变频器改善了原系统工作台启动调速性能，有利于节能（原系统机械变速，低速时电机功率损耗大），tigao了效率，为企业创造较好的经济效益。
