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产品描述
西门子模块6ES7223-1PM22-0XA8销售
变频器始终固定驱动一台泵并实时根据其输出频率：控制其他辅助泵启停。即当变频器的输出频率达到大频率时启动一台辅助泵工频运行、当变频器的输出频率达到小频率时则停止后启动的方式1：交替方式，变频器通常固定驱动某台泵，并实时根据其输出频率，使辅助泵工频运行，此方式与方式0不同之处在于若次泵启动的顺序是泵1→泵2，当变频器输出停止时，下一次启动顺序变为泵2→泵1。
方式2：直接方式。当启信号输入时变频器启动台泵当该泵达到频率时，变频器将该泵切换到工频运行，变频器启动下一台泵变频运行，相反当泵停止条件成立时，先停止启动的泵。
3.2PID的调节功能
由压力传感器反馈的水压信号(4-20MA或-5V)直接送入PLC的A/D口(可以通过手持编程器)，设定给定压力值，PID参数值，并通过PLC计算何以需切换泵的操作完成系统控制，系统参数在实际运行中调整，使系统控制响应趋于完整。
3.3“休眠”功能
系统运行时经常会遇到用户用水量较小或不用水(如夜晚)情况，为了节能，该系统设置了可以使水泵暂停工作的“休眠”功能，当变频器频率输出其下，变频器停止工作，2＃、3＃泵不工作，水泵停止(处于休眠状态)。当水压继续升高时将停止1泵，当水压下降到一定值时将先启动变频器运转2＃泵或3＃泵，当频率到达一定值后将启动1＃泵调节2＃或3＃泵的转速。
“休眠值”变频器输出的下限频率F507设置。
“休眠确认时间”用参数F506设置，当变频器的输出频率休眠值的时间如小于休眠时间td时，即td＜tn时变频器继续工作，当td＞tn时变频器将进入休眠状态。
“唤醒值”由供水压力下限启动，当供水压力下限值时由PLC发出指令唤醒变频器工作。
经测试“休眠值”为10HZ。
“休眠确认时间”td:20s
“唤醒值”70%
3.4通讯功能
该系统具有计算机的通讯功能，PLC变频器均提供有RS232或485接口PLC可选用西门子的S7-200PLC或三菱FX可编程控制器可以与一套或多套系统进行通讯，利用计算机同时可以监测：电流、电压、频率、转速、压力等也可以控制变频器的各类参数。
此外该系统还具有手动/自动操作，故障报警，运行状态，电流，电压、频率状态显示缺水保护等功能。
4.运行特征
以三台水泵的恒压供水系统为例，系统在自动运行方式下，可编程控制器控制变频器软启动1#泵，此时1#泵进入变频运行状态，其转速逐渐升高，当供水量Q<1/3Qmax时（Qmax为三台水泵全部工频运行时的大流量），可编程控制器CPU根据根据供水量的变化自动调节1#泵的运行转速，以保所需的供水压力。当用水量Q在1/3Qmax
当外供水量减少至1/3Qmax
5.系统经济效益分析及系统优点
5.1经济效益分析
变量泵的功率N1、供水量Q1与泵转速n1三者的关系如下式：
N1/Q1=（n1/n）3Q1/Q=n1/n
式中Q—额定00%时，n=**，N=**，若n1=n时Q1=Q，N1=72.9%N，即可节电27.1%。若n1=80%n时Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可节电48.8%。
5.2系统优点
5.2.1恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。
5.2.2由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。
5.2.3因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。
5.2.4水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。
5.2.5由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。由于其节电效果明显，所以系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常。
随着电力电子技术的发展，电力电子器件的理论研究和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量、耐压、特性和类型等方面得到了很大的发展。进入90年代电力电子器件向着大容量、高频率、响应快、低损耗的方向发展。作为应用现代电力电子器件与微计算机技术结合的交流变频调速装置，随着产品的开发和推广应用，使得交流异步电动机调速领域发生一场的技术。目前自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术，而系统的控制装置采用PLC控制器，因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制，并可完成系统的数字PID调节功能，可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控，并完成系统运行工况的CRT画面显示、故障报警及打印报表等功能。自动恒压供水系统具有标准的通讯接口，可与城市供水系统的上位机联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。
2.控制方案
在住宅小区水厂的管网系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量是由用户用水量决定的，泵站供水的压力以满足管网中压力不利点的压力损失ΔP和流量Q之间存在着如下关系：
ΔP=KQ2；
式中K—为系数
设PL为压力不利点所需的压力，则泵站出口总管压力P应按下式关系供水，则可满足用户用水的要求压力值，又有的节能效果。
P=PL+ΔP=PL+KQ2；
因此供水系统的设定压力应该根据流量的变化而不断修正设定值，这种恒压供水技术称为变量恒压供水，即供水系统不利点的供水压力为恒值而泵站出口总管压力连续可调。
典型的自动恒压供水系统的结构框图如图1所示；系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通过安装在出水总管上的压力传感器、流量传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为电信号，输入至可编程控制器（PLC）的输入模块，信号经CPU运算处理后与设定的信号进行比较运算，得出的运行工况参数，由系统的输出模块输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，控制泵站投运水泵的台数及变量泵的运行工况，并实现对每台水泵根据CPU指令实施软启动、软切换及变频运行。系统可根据用户用水量的变化，自动确定泵组的水泵的循环运行，以提高系统的稳定性及供水的质量。
3.系统功能
该系统选用国产中源变频器。该系统中具有功能：
3.1自动切换变频/工频运行功能
变频器提供三种不同的工作方式供用户选择：
方式0：基本工作方式。
风光变频器采用的功率单元串联叠波(又称功率单元多重化结构)方式、正弦波pwm调制方法，利用成熟的低压变频器技术和功率器件igbt，从原理上保证了系统的性，并使变频器的输入输出波形得到大改善，在美国该方式变频器号称无谐波。
功率单元和控制系统之间采用光纤通讯，实现强、弱电间的电气隔离，提高了整个系统的抗干扰能力。
4单元旁路及冗余设计
为了大限度满足试验连续运行的要求，本系统提供两种旁路运行方式：单元旁路和工频旁路。
4.1单元旁路
运行过程中，若某个功率单元发生可旁路性故障(如单元过热、单元过流、igbt故障等)，系统将自动旁路掉故障单元及另外两相相同位置的单元。单元旁路后，因每相串联单元数减少，变频器将降容运行(输出额定电流不变，额定电压降低)。此时，变频器运行频率较低，单元旁路不对变频器运行造成任何影响。
功率单元采用晶闸管作为旁路器件，整个旁路过程是微秒级的，不会对变频器的运行产生冲击。因此，旁路是无扰动的。
变频器单元旁路运行时，将给出轻故障报警信号。在条件允许的情况下，用户应尽快使变频器退出运行，换故障单元。
4.2工频旁路
当变频器发生重故障无法继续运行时，变频器将立即分断高压输入，系统自动将电机投入工频运行，以确保生产的连续性。
从上述几点可以看到，风光变频器是稳定的，其次，即便变频器出现故障，仍可以通过相应手段保证电机继续运行，不会对生产造成影响。
5改造后的应用效果(1)变频改造后，对同一台电机，在同样的工况下，节能率达到25%，年节电收益可达15～16万元；
(2)变频器本身具有软启动、软停机功能，可减少启动时对电网及负载的冲击，延长了电机及搅拌机的使用寿命，有利于保护电网及机械部分；
(3)变频器可提高功率因数，达到0.95以上，可省去原来的功率因数补偿电容，节约了投资，减少了无功损失；
(4)变频器是无级平滑的进行调速，减少了原来的多级调速带来的不便，并节约了电能；
(5)变频器具有过压、欠压、短路、过流、温升过高等多种保护功能，有利于保护电机及负载；
(6)通过变频改造精简了控制程序，使系统、，确保负载连续运行，使操作加方便，提高了生产效率，其综合效益是十分明显的。
光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，每块光纤板控制一相的所有单元。光纤板周期性向单元发出脉宽调制(pwm)信号或工作模式。单元通过光纤接收其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号。
主控板采用高速单片机，完成对电机控制的所有功能，采用正弦波载波移相方式产生脉宽调制的三相电压指令。通过rs－232通讯口与人机界面主控板进行交换数据，提供变频器的状态参数，并接受来自人机界面主控板的参数设置。
人机界面为用户提供友好的全中文操作界面，负责信息处理和与外部的通讯联系，可选上位监控而实现变频器的网络化控制。通过主控板和plc采集的数据，计算出电流、电压、功率、运行频率等运行参数，提供功能，并实现对电机的过载、过流进行报警和保护。通过rs－232通讯口与主控板连接，通过rs－485通讯口与plc连接，实时监控变频器系统的状态。
plc用于变频器内部开关信号以及现场操作信号和状态信号的逻辑处理，增强了变频器现场应用的灵活性。plc有处理4路模拟量输入和2路模拟量输出的能力，模拟量输入用于处理来自现场的流量、压力等模拟信号或模拟设置时的设置信号；模拟输出量是频率给定信号。
其系统结构如图2所示。由移相变压器，功率单元和控制器组成。风光10kv高压变频器，变压器有27组付边绕组，分为9个功率单元/相，三相共27个单元，以6单元/相为例，采用36脉冲整流，输入端的谐波成分远规定。
2.8控制方式
风光变频器有三种控制方式：
(1)本地控制，从变频器操作界面控制电机的启动和停机，并能完成变频器的所有控制；
(2)远程控制，通过内置plc接受来自现场的开关量控制；
(3)上位控制，通过rs－485接口，采用prpfibus通讯协议，接收上位dcs系统的控制，或与dcs硬连接。
2.9速度设置方式(或闭环运行时的给定方式)
风光变频器有多种速度设置方式，在闭环运行时，速度设置方式即为被控量的给定方式：
(1)本地设置，通过薄膜式液晶屏设置运行频率；
(2)模拟设置，接收dcs系统0～10v或4～20ma模拟信号设置运行频率或被控量给定值；
(3)通讯设置，通过通讯方式接收来自dcs系统的运行频率或被控量给定值；
(4)多档设置，通过开关量设置多档运行速度或被控量给定值；
(5)闭环调节，由pid自动设置运行频率。
2.10运行方式
风光变频器有开环和闭环两种运行方式：
(1)开环运行：变频器以设置频率输出。频率(或称速度)的设置方式有本地设置、模拟设置、通讯设置和多档设置；
(2)闭环运行：对一个运行参数(如流量、压力、温度等，简称被控量，此处以压力为例)实现跟踪控制。闭环运行时，实际压力信号来自于现场信号，而压力期望值有3种设置方式，分别为本地设置、模拟设置、通讯设置。
2.11对外接口
(1)模拟量输入：2路，4～20ma或0～5vdc。4～20ma时输入阻抗250ω，0～5vdc电压输入时输入阻抗≥10mω。用于接收速度设置或被控量设置的模拟信号；
(2)模拟量输出：2路，4～20ma或0～5vdc输出。4～20ma输出时大阻抗500ω，0～5vdc电压输出时小阻抗5000ω。以模拟方式输出变频器的运行速度、变频器的输出电流等变量；
(3)数字量输入：32路，光电隔离，隔离电压500vac。接收远程控制信号，速度给定开关信号及各开关状态等；
(4)数字量输出：16路，中间继电器隔离，隔离电压750vac，接点容量5a。输出变频器状态，控制主电源开断等；
(5)通讯接口：rs－485，profi-bus通讯规约，实现与上位系统的通讯。
风光jd-bp系列高压变频器与国内外同类产品比较，在产品功能设计、产品措施、系统设计务方面，具有以下优势和特点：
(1)输入、输出谐波含量低，输入功率因数高。无须滤波器和功率因数补偿，可直接驱动电机；
(2)系统控制电源采用220vac和高压主电源降压隔离后双路供电，系统运行、操作简便。可在无高压电的情况下变频器的输出及各点波形，便于调试、检修及操作人员培训；
(3)冷却风机采用高压主电源降压后直接驱动，风机仅在上高压电且变频器开机后运行，避免了冷却风机启、停时对控制系统的影响；
(4)功率单元工作电源为外部开关电源，避免了高压瞬时掉电时对单元的控制电源的影响，适应于国内电网条件，变频器工作电压范围为un+15～-20%，如6kv系列可稳定运行于6900v电压条件下；
(5)瞬时停电保护功能。当主电源失电后，变频器控制电机处于发电状态运行，为功率单元电容充电，并为其控制电源供电，直至主电源恢复，变频器回到原运行状态。瞬时停电时间典型值为3s(具体时间可以根据用户的系统而定)，过3s变频器则保护，检查停电原因，以免变频器继续运行而引起事故；
(6)限流功能。避免启动或负载突然变化时，使变频器输出电流过大而导致保护动作；
(7)操作平台采用全中文win系统，运行稳定，且易学易用；
(8)结构紧凑；
(9)完善的上位机控制功能。可与dcs系统实现通讯或i/o方式硬连接；
(10)主要器件均采用世界厂商的成熟产品，产品从元器件至半成品及成品，均实现**的严格测试。各系列产品出厂前均完成**72h以上负载测试记录，确保产品的性；
(11)在系统运行性设计方面，我公司拥有享技术,即一种使电解电容延长一倍使用寿命的装置；
(12)有较强的工程设计能力和沟通意识，能根据用户现场条件和控制要求量身定做，及时满足用户的不同需求；
(13)功率单元模块化设计，可以互换，维护简单；
(14)二次接线模块化设计，现场接线简单，安装。
2.5一次回路
一次回路系统原理图如图1所示，由一次回路进线柜(旁路柜)、变压器柜、变频单元柜和操作控制柜组成。旁路柜在变频器维护过程中或变频器出现故障时，将电机投入到工频电网运行，保证生产不受影响。变频运行时，变频器为电机提供的保护。
图1手动旁路柜一次回路图
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2.6手动旁路柜
系统旁路方案采用一拖一方案，保留原系统所有设备,将高压变频器串入高压电机回路。系统变频运行时，改变变频器频率的办法改变电机的转速。采用“星点漂移”技术，若变频器某单元故障，变频器自动将该单元短路，三相输出星点漂移，保三相输出线电压平衡，高压变频器可降频运行；当变频器故障单元大于2时，高压变频器可自动切换到工频运行，保证系统工作的性。
图1中k1、k2、k3为电磁锁，变频运行时，k1与k2闭合，k3断开，工频运行时k1与k2断开，k3闭合。二者有严格的机械和电气互锁关系，不能同时闭合，以防止工变频同时送电，造成事故。
旁路柜与上级高压断路器dl连锁，dl合闸时，不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的。
合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号与旁路柜“工频投入”信号并联后，串联于高压开关合闸回路。在变频投入状态下，变频器故障或不就绪时，上级高压开关(断路器dl)合闸不允许；旁路投入状态时，合闸闭锁无效。
故障分闸：将变频器“高压分断”信号与旁路柜“变频投入”信号串联后，并联于高压开关分闸回路。在变频投入状态下，当变频器出现故障时，分断变频器高压输入；旁路投入状态下，变频器故障分闸无效。
保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变。
2.7二次回路及控制
控制系统由控制器，plc和人机界面组成。控制器由三块光纤板，一块信号板，一块主控板和一块电源板组成。各部分之间的联系如图2的变频器控制系统结构图所示。
2.1设备情况
(1)电机参数
额定功率：450kw；
额定电流：29a；
额定电压：10kv；
额定频率：50hz；
功率因数：0.89。
(2)运行参数
启动方式：直接启动；
工作电流区间：24～35a；
全年工作时间：7500h；
工作周期：70～72h；
电价：0.45元/kw·h。
(3)工况细节
工作周期是72h，可根据工艺要求进行调整，以皮带传动，在高速运行时可能会出现打滑现象。搅拌速度约120r/min。在每个工作周期，在头0～48h内，为多调速，转速调整大范围为额定转速的40%。运行频率约为前期的30hz，24h时运行频率为40hz，48h后运行在45hz。
2.2设计方案的确定
为满足高压变频配置中的变频器要求，本着、的方针进行认真的分析，认为采用jd-bp38-450型高压变频器能满足要求，出如下技术方案，此方案具有以下特点：
(1)优良的调速性能，满足负载工艺要求；
(2)良好的节能效果，提高系统运行效率；
(3)实现系统软启动，减小启动冲击，降低维护费用，延长设备使用寿命；
(4)系统、，确保负载连续运行；
(5)控制方便、灵活，自动化水平高。
设计时，根据电机容量，选用高压变频器，对搅拌机系统进行控制，原设计电机容量为10kv/450kw，因此选用山东新风光电子科技发展有限公司生产的jd—bp38—450f高压变频器进行控制。为起见，防止在变频器检修或故障时耽误生产，系统还设计有工频旁路，可以实现工变频自动转换。
2.3主要技术性能指标
额定输入电压：10kv(-20%～+15%)；
输入频率：45～55hz；
输入方式：36脉冲二管全波整流输入；
输出方式：每相10单元载波移相正弦波脉宽调制输出；
输入功率因数：大于0.96(额定负载时)；
效率(含变压器)：大于96%(额定负载时)；
输出频率：0～50hz，连续可调；
频率分辨率：0.01hz；
过载能力：120%连续，150%1min；
控制电源：双路供电，220vac，5kva；
冷却方式：强制风冷；
防护等级：ip20；
模拟量输入：四路，0～5v/4～20ma，任意设定；
模拟量输出：两路，0～5v/4～20ma可选；
开关量输入输出：32入/16出(可按用户要求扩展)；
通讯接口：rs－485接口；
运行环境温度：0～40℃；
贮存/运输温度：-40～70℃；
环境湿度：<(20℃时)，不结露；
安装海拔高度：<1000m(过1000m时，需降额运行)。
运行参数自动记录和输出、自动故障记录、限流功能、输出电压自动调整功能、瞬时停电自动跟踪功能、单元旁路功能等。
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