西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8选型说明

西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8选型说明1 引言传统桥式起重机的电力拖动系统采用交流绕线转子异步电动机转子串电阻的方法进行起动和调速，继电—接触器控制，这种控制系统的主要缺点有：1.1 桥式起重机工作环境恶劣，工作任务重，电动机以及所串电阻烧损和断裂故障时有发生。1.2 继电—接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高。1.3 转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想。所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低。要从根本上解决这些问题，只有彻底改变传统的控制方式。年来，随着计算机技术和电力电子器件的迅猛发展，电气传动和自动控制领域也日新月异。其中，具有代表性的交流变频装置和可编程控制器获得了广泛的应用，为PLC控制的变频调速技术在桥式起重机拖动系统中的应用提供了有利条件。2 系统硬件构成　　　桥式起重机大车、小车、主钩，副钩电动机都需独立运行，大车为两台电动机同时拖动，所以整个系统有5台电动机，4台变频器传动，并由4台PLC分别加以控制。2.1 可编程控制器：完成系统逻辑控制部分控制电动机的正、反转、调速等控制信号进入PLC，PLC经处理后，向变频器发出起停、调速等信号，使电动机工作，是系统的核心。2.2 变频器：为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的调速。2.3 制动电阻：起重机放下重物时，由于重力加速度的原因电动机将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到变频器直流电路中，使直流电压不断上升，甚至达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路里的能量消耗掉，使直流电压保持在允许范围内。制动电阻就是用来消耗这部分能量的。桥式起重机大车、小车、副钩、主钩电动机工作由各自的PLC控制，大车、小车、副钩、主钩电动机都运行在电动状态，控制过程基本相似，变频器与PLC之间控制关系在硬件组成以及软件的实现基本相同，而主钩电动机运行状态处于电动、倒拉反接或再生制动状态，变频器与PLC之间控制关系在硬件组成以及软件的实现稍有区别。控制小车电动机的变频器与PLC控制原理图如图2所示。一．普通空压机电能浪费的几个方面 　　1、普通空压机的工作状态主要有两种，一种是加载状态，一种是空载状态。加载状态是，空压机进气阀打开，吸入自由空气，输出压缩空气，满足生产的需要；空载状态时，空压机进气阀关闭，并停止输出压缩空气，空压机处于空转状态。空转时电机克服机械阻力，需消耗额定功率的30%左右。 　　2、普通空压机的压力控制是上下限控制，首先根据生产设备的低压力要求，设定空压机输出压力的下限，也就是空压机开始加载的压力；再在低压力上加1帕左右，作为空压机输出压力的上限，即开始卸载的压力。空压机的输出工作压力将在上下限之间波动。空压机的功率消耗和输出压力成正比。输出的压力越高消耗的功率也越大，从输出压力的下限到上限的1帕的压差将多消耗总功率的7-10%。  　　3. 在空压机系统中，如果有多台空压机同时运行，每台空压机的输出压力都将随着管网的压力波动而在上下限之间波动，所以每台机都多消耗7-10%的额定功率。 　　4. 空压机运行参数的设定不同也会造成空压机用电量的不同，必须根据用气工况进行设定，才能达到经济的运行效果。 　　二．改用变频器的节能原理 　　如变频空压机工作流程图所示：压供气控制由储气罐压力变送器采集信号4-20mA，反遗给变频器，变频器经PID运算后控制变频器的输出频率，从而控制空压机的转速，稳定压力，达到恒压供气的目的。特点如下： 　　1. 空压机属于恒转矩负载，即转矩在不同速度下相同的，但所需功率也和速度成正比关系，所以当转速降低时所需功率也随之下降，从而达到节能的目的。 　　2. 变频空压机的压力设定可以是一点，即可以将满足生产设备要求的低压力作为设定压力，变频空压机将根据管网压力上下波动的趋势，调节空压机转速的快慢，甚至消除了空压机的卸载运行，节约了电能。 　　3. 由于变频空压机使得管网上下压力稳定，可以降低甚至消除压力的波动，从而使系统中所有运行的空压机都在一个满足生产要求的较低的压力下运行，减少了压力向上波动造成的功率损失。 　　三、改造后的好处 　　1. 可以大量节约电能； 　　2. 运行噪声大大降低； 　　3. 供气压力平稳，提高了压力控制精度； 　　4. 空压机的加卸载次数大大减少，降低进气阀运行部件的磨损； 　　5. 在保证润滑的前题下，对机械方面也是大有益处，由于转动速度大部分时间在低于原设计转速的情况下运行，各转动部件的磨损大降低，空压机的使用寿命得以延长。 2、基本情况我厂75t/h循环流化床锅炉的引风机、一次风机、二次风机的风量调节、风压调节，原来采用的是传统做法，即风机以定速方式运行，由挡板调节。其主要弊端主要表现为：（1）调节挡板前后压差增加，工作安全特性变坏，压力损失严重，造成能耗增加；（2）风机定速运行，挡板调整节流损失大，出口压力高，系统效率低，造成能源的浪费；（3）风道压力过高，威胁系统设备密封性能；（4）长期的40～70％开度，加速挡板自身磨损，导致挡板控制特性变差；（5）设备使用寿命短，日常维护量大，维修成本高，造成各种资源的浪费；（6）设备起动冲击电流大，需增加配电设备容量而增加投资；（7）与DCS不能直接配合，难于实现自动化操作。为了解决上述问题，经过了大量的技术论证，决定用高压变频器替代传统的挡板调节风量、风压的方法。经过多次考察、反复研究讨论，本项目采用了三台北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频器，其型号为：HARSVERT-A06/040（315kW）、HARSVERT-A06/050（355kW）、HARSVERT-A06/030（250kW）。3、HARSVERT-A高压变频调速系统的技术方案3.1 工作原理该变频装置采用多电平串联技术，6kV系统结构如图1所示，整套系统由移相变压器、功率单元和控制器组成。6kV系列高压变频器有21个功率单元，每7个功率单元串联构成一相。每个功率单元在结构上完全一致，可以互换，其电路结构如图2所示，为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到如图3所示的波形。图1 高压变频调速系统结构图图2 功率单元电路结构图3 单元输出的PWM波形输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组，构成42脉冲整流方式；这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1。另外，由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器。输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图4所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。图4 变频器输出的相电压阶梯PWM波形当某一个单元出现故障时，可将此单元模块旁路退出系统而不影响其他单元的运行，变频器可持续降额运行，如此可减少很多场合下停机造成的损失，避免了由于一个大功率高压开关器件的故障而导致整机故障、停机的产生，从而保证了变频器的可靠性。利德华福的产品多可允许2～3个单元模块的旁路。3.2 技术方案我厂此次采用一拖一自动旁路方案，其一次电路如图5所示。图5 旁路系统方案系统由3个高压真空接触器和2个高压隔离开关组成。其中KM3、KM2不能同时闭合。电机变频运行时，KM1、QS1、QS2、KM2闭合，KM3断开。要求做到：（1）可以实现变频自动切换功能；（2）旁路柜柜门上应有手动和自动分、合真空接触器转换开关。变频器出现严重故障时，系统能够根据需要自动转入工频电网中，断开变频调速系统，而负载不用停机，满足现场不能停机要求。这3台高压变频器经工程技术人员技术改进，大限度地满足了安全可靠的工艺调速要求，其产品主要特点如下：（1）对电网波动的适应能力增强。针对生产负荷波动大的工况，变频器进行了特殊设计，大幅度提高了其抗电网波动能力，做到电压波动在±15％以内时，变频器可以维持满额输出；电网电压降落在－15％～35％以内时，变频器都短时降额运行，不进行欠压保护，等电网电压恢复正常后，变频器自动恢复到原来的工作状态，大大减少了电压跌落造成的停机现象。（2）多种及多路控制电源供电。变频器的控制电源不存在和主电源相位关系的要求，在现场提供的控制电源失电时，变频器利用自身配备的UPS为控制系统供电，变频器可以持续运行，做到控制电源丢失时（比如维修人员误拉低压电、开关跳闸、熔丝熔断等），仍然保证辅机设备的运行。另外还配备双路控制电源切换功能，能够接受现场的直流操作电源。相对交流电源而言，直流电源由于有蓄电池供电，有更高的可靠性。（3）来电自启动功能。为避免电网短时失电对生产造成影响，该变频器具备来电自启动功能。当电网电压消失后，变频器紧急停机，如果在20s内电源恢复，变频器会进行自动启动，恢复停机前的运行状态。（4）采用新型IGBT功率器件，全数字化微机控制。（5）无须功率因数补偿，能在20～的负荷变化情况内达到或超过0.95的功率因数。（6）无需滤波器，变频器就可输出正弦电流或电压波形，对电机无特殊要求。（7）具有软启动功能。没有电机启动冲击引起的电网电压下跌，可确保电机安全、长期运行。（8）控制系统采用全数字微机控制，有很强的自诊断功能，能对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示，能在就地显示并远方报警，便于运行人员和检修人员辨别和解决所出现的问题。（9）具有就地监控方式和远方DCS监控方式。4、应用效果从三台风机采用高压变频器后的实际运行情况看，各项技术指标均满足使用要求，工作性能稳定，节能效果明显。表1和表2分别是电机改造前工频运行与变频改造后变频运行时的节电对比。表1 电机改造前工频运行情况表2 变频改造后变频运行情况从表2看出，蓝天盐化厂在锅炉风机上应用高压变频技术后，节能效果十分显著，一年便收回了投资。概括起来其主要应用效果如下：（1）变频起动对电网没有任何冲击。由于变频器改造后风机可以实现变频软起动，避免了起动电流的冲击，不仅对电网没有任何冲击，而且还可以随时起动或停止；（2）按需调节风量，避免浪费。进行变频改造后，风机的送风量不再需要由风门来调节，而是由变频器通过变频调节风机的转速来实现，调节范围可以从0%～；因而可以根据生产需要随意调节风量，减少了不必要的浪费；（3）变频节能运行，节约了大量能源。由于变频改造后不再使风机一直处于满负荷工作状态，节能率高达63%以上；（4）降低风机工作强度，延长使用寿命。进行变频改造后，风机的大部分工作时间都在较低的速度下运行，因而大大降低了风机工作的机械强度和电气冲击，将会大大延长风机的使用寿命，降低维修强度；（5）可使电动机与风机直接相连接，减少传动环节的费用；（6）电机和风机运转速度下降，润滑条件改善，传动装置的故障下降；（7）系统压力降低，对管道的压力和密封等条件缓解，延长使用寿命；（8）系统完善的监控性能和高可靠性提高了工作效率，减少了检修和维护的工作量。5、结束语利德华福生产的HARSVERT-A高压变频调速系统在我厂风机上的使用非常成功。变频装置安装方便，只需在原断路器与电机之间串联变频装置即可，无需对负载和电机做任何改动；正常运行后，可靠性高，基本上无维护量。在一年多的运行过程中，性能稳定可靠，节能效果显著，为我厂的正常生产做出了巨大的贡献。一、概述 　　随着数字电视、高清电视和平板电视的兴起，出现了一种新型接口HDMI，它是唯一支持的不压缩全数字音频/视频接口。HDMI基本没有线缆的长度限制。只要一条HDMI缆线，就可以取代多13条模拟传输线，能有效解决家庭娱乐系统背后连线杂乱等问题，因而加工这中线缆的双头包带机得到了市场的大量需求。而且对其速度、稳定性、包纸效果、包纸密度要求更高。 　　二、 双包机工艺流程和传动要求 　　双包机工艺流程图如下： 　　双头包带机根据不同需求，有以下几点工艺要求： 　　1、 可实现单线单包，双线单包或双包，四线单包或双包等，包带适用材料有：铝薄，云母带，麦拉带，绵纸及无纺布等。 　　2、 包带机要求在工作过程中，可以任意调节整机的线速度，而且包纸的线速度必须和整机线速度一致，这样包纸的密度才会保持不变。 　　3、 包纸密度可调。 　　4、 放线不受整机调速的影响，根据整机线速度的变化自动调整放线速度。 　　5、 收线能够根据卷经的变化，自动调整收线速度，保证收线的稳定性。 　　三、双包机的传动要求 　　1、 有4个放线轴（可根据机械设计增加或减少），分别有四台电机驱动。 　　2、 两个包纸传动可以单独控制，也可以和整机联动控制，包纸速度可调。 　　3、 一个牵引传动，速度可调，通过调节牵引的速度改变包纸机的线速度。 　　4、 一个收线传动，在整个收线过程保持恒张力，不受卷经变化和整机线速度变化的影响。 　　四、解决方案 　　1、 四个动力放线卷由四台EH600W驱动，采用了西林变频在线缆行业独特的摆杆+PID调节方案，控制不受整机线速度影响，根据放线快慢自动调整，也可实现自己反转收线。 　　2、 两个包纸驱动由两台EH600A驱动，包纸速度可调，频率来自PLC模拟给定。 　　3、 一个牵引机由EH600A驱动，其线速度调节信号可由PLC模拟输出或调节电位器来给定。 　　4、 一个收卷驱动采用西林张力控制变频器EH600W完成，线速度输入信号来自牵引变频器的AO输出；的闭环速度控制（摆杆+PID），在不同的线速度和不同卷经的变化下，都能实现恒张力控制，保证了收线的稳定。 　　5、 可通过触摸屏调整主机速度，包带密度和重叠率，改变包纸速度。 　　五、结束语 　　本系统配置采用了西林线缆行业经典的配置方案，整机的整体效果取决于包纸和牵引的速度同步性，在这方面，西林变频器具有优良的特性。该系统配置简单，为客户降低设备成本；功能强大，满足客户不同线材的加工要求；稳定性强，为客户降低成本费用。