西门子6ES7222-1HF22-0XA8规格齐全

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在现代机械制造中，多轴运动控制已经越来越普遍，用电子方式来实现机械运动轴之间协调同步，取代了传统的机械凸轮和齿轮，给机械设计制造带来了巨大的灵活性。以往只有通过复杂的机械设计和加工才能实现的运动过程，现在可以通过软件编程实现。而且，使用电子运动控制，精度更高，动态性能更好，没**械损耗，使维护变得方便而简单。用户可以实现更加灵活的，模块化的机械结构。

    在几乎所有的机械制造领域中，特别如纺织机械，印刷机械，包装机械，塑料机械，食品机械等，多轴运动控制的应用已经非常广泛，成为高性能，高品质机械制造的重要标志。

    运动控制的核心是驱动系统，方式也逐渐由模拟量发展成基于总线的数字信号传输。为了有效协调同步各个轴的运动过程，实现高精度的多轴运动控制，一个实时的数字通信网络是的。

    本文将讨论高精度多轴运动控制对通信网络提出了什么样的要求。然后以**一个真正实时的工业以太网ETHERNET Powerbbbb为例，介绍一个完全符合这些要求的运动控制网络。

1. 多轴运动控制的模式和发展趋势

    在多轴运动控制中，各个厂商提供的控制理念和模式不尽相同，各种类型都有其优缺点，用户要根据自己的实际需求来选择方案。

    大体来说，控制模式可以从2个层面上区分：驱动单元和总体架构。从单个驱动单元来看，可以从智能集成度划分等级，从总体控制架构来看，有分布式和集中式2种模式

    不同的解决方案对通信网络的要求也不一样，下面我们先介绍一下上面提到的控制模式，以及它们分别对通信系统的要求。

驱动单元：非智能型和全智能型

    对于单轴的驱动器来说，可以对它内部的智能集成度来进行划分。驱动系统的核心作用是按照控制要求驱动电机。可控的物理量有三个：扭矩，速度，位置。 传感器把这三个物理量反馈到控制系统，由控制系统进行计算和输出，实现对这三个量的闭环控制，从而实现运动控制。众多厂商提供的驱动器按智能集成度大体可以分成三种类型：

1.开环式驱动器
2.自带电流闭环控制，速度闭环控制，有时也带位置闭环控制的驱动器
3.集成运动控制系统的全智能型驱动器

    **种开环式的驱动器是一个单纯的执行机构，它本身只是一个放大器，把控制信号放大输出给相应功率的电机完成运动过程，所有的控制协调功能都由外部控制系统实现，

    第二种驱动器自身集成了较多3层叠加的闭环控制。较底层是电流闭环，用来调制输出扭矩，在此基础上实现速度闭环，较上一层为位置闭环。这里的位置闭环只是相对于电机转子的旋转位置而言。如果要实现某种特定运动过程，比如在设定速度下精确定位，还需要外部的智能设备（运动控制系统）。

    第三种类型是集成运动控制系统的驱动器，系统本身除了有三层闭环控制的功能外，也集成了运动控制系统，具有很高的智能，客户可以直接对其进行编程。机械行业应用中的典型运动过程， 如包装机械，印刷机械，塑料机械中的常见的机械动作，被优化成软件工艺模块集成到驱动器内。用户不需要再对系统进行复杂的编程，直接给相应的工艺模块赋予参数就可以实现这些复杂动作。有些驱动器内甚至还集成PLC功能。这类驱动器不需要外部的控制系就可以单独完成复杂的运动控制，集中式和分布式

本文对高压变频工作原理进行了简要阐述。根据杏南开发区注水系统的实际能耗状况，提出了在杏五注水站采用高压变频器拖动注水机泵，实现注水量的无节流调节，减小泵管压差，降低本站泵水单耗，在保证油田配注要求前提下，通过优化开泵方案，利用高压变频器，依据注水管网需要的压力或流量进行参数设定，降低杏南开发区注水系统的能耗。分析杏南开发区生产运行数据，评**压变频在降低注水系统单耗方面所能发挥的作用和产生的经济效益。指出利用高压变频不但可以降低单站的注水单耗，同时还可以作为一种技术手段，降低注水系统的能耗。

主题词：高压变频  泵水单耗 经济效益 评价
 
1 高压变频应用系统概述
    目前，杏南开发区注水系统已建成注水站8座，安装注水泵23台（D300-150型8台，D280-160型4台，D250-150型8台，D200-150型3台）,注水能力75000 m3 /d，注水井1599（基础井855口，调整注水井692口,三次加密井52口）。
    分析杏南开发区注水系统实际状况，除了存在正常注水与测试、洗井、钻关等用水之间的矛盾之外，还存在正常注水与水源供水量不足之间的矛盾。上述两种矛盾使注水系统的注水量波动较大，运行工况十分复杂。为了适应注水量的波动，只能通过调节注水泵出口阀门来控制，人为的增加了管网阻力，造成相当大的能量浪费在阀门上，从而导致注水泵管网与系统注水方案之间匹配不合理，泵管压差较高，注水单耗较大。调查结果表明，杏南油田注水系统平均泵压为15.6Mpa，管压为14.8Mpa，泵管压差为0.8MPa，平均泵水单耗5.70kWh/m3。个别站的泵管压差在1.4MPa以上。由此可见，泵管压差大是造成杏南油田注水系统能耗的主要因素。
    杏五注水站建有 D300-150×11注水泵2台，电机功率2240kW，日平均注水量8500m3。注水单耗在5.70kWh/m3。杏南开发区注水管网相互联通，杏五注水站处于注水管网的中枢位置,对整个注水系统影响较大，在这里安装高压变频，可以实现泵的无节流调节，降低泵管压差，而且可以利用高压变频调节灵活的优势，较大限度发挥其系统节能效率。

2 高压变频装置应用与节能原理
（1）高压变频应用方案
    杏五注水站采用PowerFlex7000型变频器，是AB公司的第三代电流源型高压变频器，采用风冷散热，满负荷变频系统效率98%（不包括隔离变压器），输出额定电压6.5kV，额定电流250A，变频器进线侧采用18脉冲整流器，安装隔离变压器根据移相原理来衰减低次谐波。符合IEEE 519-1992规范要求，不会对电机或电源产生谐波影响。逆变侧采用SGCT（带集成门极驱动器的可关断晶闸管）作为功率元件，与传统的功率元件相比，开关频率更高，提高了变频器性能和性价比，减小了变频器体积。变频器采用了PowerCage设计方式，将主要功率器件以紧凑的模块化形式集成于一体。先进的散热器设计，确保了的热传递且降低了热损伤，使得维护更加便捷。
    杏五注水站两台注水泵采用一用一备的运行方案.电力主回路如图1所示，变频采用单电源一拖二结构，任何时候只能有一台电机由变频拖动，另一台为备用状态或工频运行。工频与变频切换采用手动的方式，变频器采用就地和远程两种启动和调节方式。

1 前言 

随着社会的进步，科技高速的发展，大家都知道，霓虹灯在各大商场里得到广泛的应用，为提高它的质量，其中电子式镇流器是一个核心部件，因此磁心组件选择必须符合电子式镇流器的特点和要求。 

2 外观构造形状 

电子式镇流器中的磁心部件包括电感器与脉冲变压器两大类，所以必须合理选择它的磁心组件。经常用于脉冲变压器的磁心结构为环形较多些，常用规格如：T12＊6＊4，T9＊5＊3，10＊6＊4，T8＊4＊4等等； 在半桥电路中当选用MOSFET管作开关时，磁环的内径要稍大些，以能缠绕足够的圈数以得到足够的电压来驱动栅极。EMI滤波电感、PFC升压电感以及阻流器所用的磁心主要采用UU，EE，EI，PQ 等，适用35～100W电子式镇流器使用的磁心型号较多，如EE19/16，E25，EF20，EF25，PQ26/20等等。当今国内已有很多家合资或独资生产磁心材料的企业，品种型号也比较繁杂。在选用磁心时，应把磁心的结构与材料的材质结合在一起考虑。规格型号相同但材质不同的磁心，其特性差异相当大。当磁心材料材质选定之后，结构尺寸的大小则由灯管功率及电感值等参数来决定。 

3 磁心材料材质的选择 

不同的磁性材料有着不同的特性和不同的适用范围。大体上软磁铁氧体可分为：锰锌铁氧体，镍锌铁氧体，非晶及合金类，通常适用开关电源的软磁铁氧体有PC40，PC30，PC44等。由于镍锌铁氧体材料初始磁导率较低（一般μi<1000）但是它的居里温度较高，工作频率0.1MHz以上。如FERRITE KING的FK1 TC达400℃，工作频率达10-150MHz，而μi仅为10-20；相反N10J材料的μi达10000，但是TC约120℃，工作频率也较低仅为100KHz，即使同是锰锌（Mn-Zn）的材料，不同的材质其性能也是相差很大，如表1列出了几种常用锰锌铁氧体标准电气特性。 

当电子镇流器采用双极型晶体管作为开关时，工作频率达到55KHz；当采用MOSFET管作为开关时，工作频率较高可达150 KHz，绝大多数磁心材料都可以达到电子镇流器的要求，电子镇流器磁心材料的选择应重点考虑对磁心材料下列几点方面的要求： 

（1）居里温度TC应足够高。因为电子镇流器特别是荧光灯罩壳内温度常达到80℃以上，磁心本身温度可在90℃以上，如果磁心的居里温度偏低，必然会使磁心自身的温度接近居里温度，导致初始磁导率μi、饱和磁通密度BS和电感值急剧下降及灯管的功率的猛增，致使电子镇流器寿命缩短，因此为确保电子镇流器罩壳内的温度远远低于磁心的居里温度，较好选用居里温度TC>180℃的磁心材料。 
 
（2）磁心的初始磁导率μi应适中。磁心的初始导率μi有许多规格，从100～10000以上，对磁心组件初始磁导率的选取，必须满足居里温度TC的要求，一般磁导率μi在4000以上的材料，其居里温度大多低于150℃，甚至低于130℃，而磁导率μi低于3000的材料居里温度一般可达到180℃以上。因此选用μi2000～3000的磁心制作阻流圈等电感器是比较合适的。而对于脉冲变压器磁环自身发热较少，环境温度一般会达到90℃，因而磁环的居里温度适当可以低些，磁导率尽可能要高些，以获得足够高的驱动信号以能推动晶体管迅速达到饱和。同时初始磁导率μi高些还可以减小绕组圈数，从而减小漏感和分布电容,有利于改善驱动信号波形。 
 
（3）电阻率ρ应比较高。当工作频率一定时，磁心材料的涡流损耗与电阻率成比反。为降低磁心组件的损耗，宜选用电阻率ρ高一些的磁心。磁心材料的电阻率大多在0.15～108Ω.m  之间，其中锰锌铁氧体材料的电阻率ρ一般在0.1～100Ω.m 之间。选用磁心材料的电阻率并非越高越好，而必须兼顾材料的其它特性。如镍锌N3L材料ρ虽然达到1＊107Ω.m，但居里温度太低（TC100℃），这样的材料是不适合在电子镇流器中使用的，对于表1中几种材质的锰锌铁氧体材料当只考虑到μi，TC，BS几个参数指标要求时，N2J，N3J材质都可以选用，材料的电阻率较高（p6.5Ω.m）因而有较小的功率损耗。 
 
（4）合适的温度系数。 电子镇流器中不同用途的磁性组件中要求有不同的温度系数，对于脉冲变压器磁环，要求具有负温度系数，亦即其磁导率或线圈电感量随温度升高而下降。在从室温到100℃变化时，功率开关晶体管的电流增益Hef随温度升高约增加10%～15%，集电极电流也随着增大。在此温度范围内只要磁环具有负温度系数的磁导率，刚好与晶体管Hef的正温度系数相抵消或大部份抵消，基本上保持平衡，从而则可保证电子镇流器稳定工作。 

EMI滤波器中电感器的磁心组件，磁心线圈电感量受温升影响应尽可能小些，使L-T特性曲线在总体保持平直，否则，如果电感值随温度升高变化比较大，那么在室温下已调试好的滤波效果也就会变差。 
高频扼流圈磁心，其磁导率μi较好具有正温度系数，也就是说扼流圈的电感随着温度升高而增加，从而节能灯的功率随温度升高而减少，R2K的材料就具有这种温度特性。毫无疑问，不论是扼流圈还是APFC升压电感都较好选用负温度系数的磁心。像μi R2.5k材料其功耗从25℃到80℃随着温度升高而减小，并且在80℃左右功耗较小，这类材料就比较符合要求。 

对于磁性材料温度系数即使不能完全满意，至少应能保证电感量和功耗 
等参数随温度升高变化量尽可能小一些。 

（5）饱和磁通密度BS与磁滞回线。电子镇流器中磁性组件应具有较高的饱和磁通密度，一般要求BS ：450-550mT，以保证脉冲变压器有足够的驱动功率，防止高频扼流圈或升压电感因易进入磁饱和而温升加剧，若BS值选取过低就不能保证足够高的居里温度。 

由于磁心的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比，所以磁滞回线比较狭小的磁心对降低功耗是有利的，脉冲变压器磁环必须具有近似矩形的磁滞回线，为保证在半桥逆变器的两个晶体管能产生对称的电流波形，要求磁环磁滞回线有较好的对称性。 

（6）磁心组件的测试，筛选和分档。由于磁性组件出炉一段时间内参数退化与衰减是比较严重的，如果马上安装在电子镇流器，在过段时间之后就有可能不能正常工作。一般在磁心出炉一个月内其自然减落比规格书的减落系数要大得多。只要保证磁心组件有不少于一个月的出炉存放时间，再对其进行测试分档，参数退化就较小。磁性组件在受震动，冲击和压挤之后也会引起特性参数的减落，所以对测试分档好后的磁心应避免加压，冲击和跌落，在搬运和组装过程中应轻拿轻放。 

当今国产磁心的一致性较差，同一家同一批生产批次的产品，参数的离散也较大。因此对磁心必须进行**检测筛选和分档。例如一个脉冲变压器磁环，在批量生产中如不进行检测筛选和分档就装机使用，有的电子镇流器则不能产生振荡，有的虽然可以启动但很快就会出现故障。由于批量生产中磁心线圈数是固定的，因而对磁心的测试筛选和分档工作是不可少的环节。

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