6ES7222-1BD22-0XA0使用手册

该系统运用SIEMENS的S7—300PLC通过PROFIBUS—DP总线实现变频器网络控制．从而实现了中厚板精整系统的a动化生产。系统调试，维护方便，运行可靠。

    较近几年，随着生产自动化和过程自动化中分散化结构的迅速增长，现场总线系统的应用日益普遍。其原因之一是现场总线系统实现了数字和模拟输入／输出模块、智能信号装置、过程调节装置、可编程序控制器（PLC）和PC之间的，把I／O通道分散到实际需要的现场设备附近，使安装和布线的费用开销减少到较小，从而使成本费用大大节省。原因之二是标准化的现场总线具有“开放”的通信接I：1，允许用户选用不同制造商生产的分散I／O装置和现场设备，同时也可以方便地实现二级及三级网络的连接。济钢中厚板三期工程精整区域由于设备数量较多，同时又分散在较大的范围内，因此特别适合采用现场总线方式实现生产过程的自动化控制。

    系统简介

    中厚板精整区域的主要设备有：冷床输入辊道、输入提升链、滚盘、输出提升链及输出辊道、润滑站及冷床冷却风机，另外还有火焰切割系统、运输辊道、翻板机、电磁起重机等。中厚板厂的原有自动化设备，绝大多数采用SIEMENS公司的产品。为了便于维护和网络连接，精整区域的自动化控制设备也以SIEMENS的产品为主，PLC选用s7—300，其中CPU型号为315—2DP。传动系统全部为SIMOVERTMASTERDRIVERS矢量控制型变频器。

    其中，l#冷床及精整区域PROFIBUS—DP系统中，2#站s7—300为主站，本站的模块均为冷床系统输入输出点。

    3样站，17样站为远程ET一200，其中3样站ET一200是精整系统的远程I／O，17样站ET一200则作为冷床操作台远程I／O。4～8#站是输入输出系统传动变频器，9～16#站是1#冷床系统传动变频器，18～2l样站则是2样冷床系统传动变频器。

    总线连接

    PROFIBUS—DP系统是一个两端有源终端器的线性总线结构，亦称为RS485总线段，在一个总线段上较多可连接32个站。使用9针D型连接器用于总线站与总线的相互连接。

    D型连接器的插座与总线站相连接，而D型连接器的插头与总线电缆相连接。

    与总线连接的每一个站，无论是主站还是从站，都表现为一个RS485电流负载。有源总线终端接有终端电阻，在时防止反射，并且当总线上无站活动时，它确保在数据线上有一个确定的空闲状态电位。本系统中，在一个总线段上共有20个站，2样站和l样站作为总线的2个终端接有终端电阻，终端电阻可以由位于中线插头的开关来实现连接和断开之间的转换。

    PROHBUS—DP协议是为自动化制造工厂中分散I／O和现场设备所需的高速数据通信而设计的。典型的DP配置是单主站结构，DP主站与DP从站间的通信基于主一从原理，也就是说，只有当主站请求时，总线上的DP从站才可能活动。

    DP从站被DP主站按轮询表依次访问。DP主站与DP从站间的用户数据连续地交换，而并不考虑用户数据的内容。中厚板1#冷床及精整区域就是采用这种典型结构，如图1所示。

    变频器的设置

    （1）变频器与主站S7—300的通信是通过在SIMOVERTMASTERDRIVERS上安装CBP通信板来实现的

    装机装柜型变频器有6个槽可用来安装可选板，cBP通信板可以安装在任何一个槽位。通信板安装完毕后就可以起动进行配置，首先要确定站地址，这是通过变频器参数设置完成的。其过程如图2所示。CBP通信板有3个指示灯显示通信状态。这3个指示灯分别是：红色为运行灯；黄色为与变频器进行数据交换灯；绿色为与PROFIBUSDP进行灯。只有当这3个指示灯同时闪烁时，系统通信才正常。

    （2）PROFIBUS—DP的数据通过报文的形式交换

    每个报文传输的数据可分为两组，需要用STEP7进行硬件配置时设定。这两组数据分别是参数PKW和过程数据PZD。PKW数据段是读写变频器参数值以及读参数的全部特性。PZD数据段传输的是变频器的控制信息，也就是变频器的控制参数，由主站的S7—300向变频器发出控制字和设**，变频器则返回状态字和实际值。PKW和PZD的数据长度可根据需要设定，同时可设定的速率。本系统中，PKW和PZD分别设定为4个字和2个字，通信波特率为1．5Mbit／s。

    （3）变频器通信控制参数的设置

    变频器参数设置的基本过程如下：变频器送电后，首先将参数恢复为工厂设置，然后进行CBP板的配置，选择P060=5进行系统设置，较后进行控制字和状态字的连接设置，将矢量控制开关量和矢量控制连接量与PLC中定义的参数值和控制字连接。本系统的主要连接参数如附表所示。

    （4）由于翻板机、辊道等设备需要比较准确的定位，并且生产节奏较快，因此每台传动变频器都有外置的制动单元和制动电阻

    制动单元通过中间回路连接到变频器上，当中间回路电压达到预定值时，制动单元自动接通，阻止中间电压继续升高。与制动有关的参数：P462为从静止加速到参考频率的时间；P463为加速时间的单位；P464为从参考频率减速到静置的时间；P465为减速时间的单位。根据工艺要求的不同，每台变频器设置不同的加减速时间。

    PROFIBUS—DP的电磁干扰问题

    安装PROFIBUS—DP的标准方法是：有接地基准电位，即必须把所有模块机架和负载电流回路与公共的基准电位（地）相连接，从而确保由于不合理的PROFIBUS—DP电缆敷设或设备安装不当而产生的干扰电流能被尽快分流掉。采用这种安装方法时，将各个部件的接地（S7—300、ET200、SIMOVERTMASTERDRIVERS）连接到控制柜的公共接地点。在这种方式下，总线插头连接器将PR0F1BUS—DP电缆的屏蔽与网络中所有的总线站相连接，干扰电流通过连接的地线分流掉，从而防止了由干扰引起的故障。

    由于传动系统需要较大的电功率，因此动力电缆常常输送高电压和电流。如果这种电缆长距离与PROFIBUS—DP电缆并行敷设，则会在PROFIBUS—DP电缆上产生电容性和电感性干扰，从而扰动网络中的数据通信。为避免这种干扰，在敷设PROFIBUS—DP电缆时，要确保PROFIBUS—DP电缆与其他电线电缆之间的距离。在施工中，尽可能地把电力电缆和PROFIBUS电缆分别敷设在相互隔离的电缆桥架上。

    该系统投入使用后，取得了较好的效果：

    1）系统运行稳定可靠，维护检修工作量较少。

    2）变频传动系统响应速度快，定位准确可靠。

    3）可方便地与二级系统联网，为全线自动化奠定基础。

    4）保证了产品质量，取得了较好的经济效益。

一.前言：

    广东南海发电厂位于广东省佛山市，是广东省主要的火力发电厂。在当前竞价上网，燃料价格上涨的严峻形势下，为提高自身的竞争力，创造更好的经济效益。在二期扩建工程中，锅炉水煤浆给料系统采用了先进的变频调速技术，有力地**了主设备的安全、经济、稳定运行，取得了良好的经济和社会效益。

    二.现有调速方式的缺点：

    在火力发电厂给料系统中，一般采用直流调速、滑差调速两种传统的调速方式。

    2.1.直流调速的缺点：

    1.直流电机体积大，造**，安装拆卸不方便。

    2.直流电机故障率高，电刷与换向器之间容易产生接触不良，电刷磨损较快，电枢容易短路，维修麻烦，费用高。

    3.直流调速可靠性不太好，环境适应性差。当环境比较恶劣时，水潮气容易使直流电机接地短路，使电机或调速板烧坏，而调速板维修又很困难。

    4.直流调速系统性能差，调速比小，特别是在低速运行时，满足不了一定的转矩。

    5.调速系统抗干扰性差，直流调速板附近如果有电磁干扰，调速板就不能正常工作。

    2.2.滑差调速的缺点：

    1.上料现场粉尘多，电机常常因粉尘堵塞而烧坏。

    2.滑差电机在运行中容易出现堵转和同步现象，运行维护量大，维修麻烦。

    3.滑差电机调速线性能较差，控制精度差，误差大，难以进行给料量精确计算和控制，从而使燃烧工况不太稳定。

    4.调速系统设备接线复杂，经常出现断线问题，进而影响给料机的正常运行。

    5.滑差电机保护功能单一，经常发生电机因过负载而烧毁电机事件。

    6.调速特性和稳定性较差，影响锅炉机组的正常工作。

    7.滑差调速电机效率低，损耗大，容易发生故障。

    三.变频调速的优点：

    直流调速和滑差调速方式已满足不了现代大型电厂生产发展的需要。随着技术的发展，变频器经过十几年的发展完善，产品性能、可靠性、稳定性都有很大的发展。四方变频器采用了较新的电力电子器件绝缘栅型双极晶体管（IGBT），它克服了大功率晶体管存在的二次击穿现象，充分保了变频器的可靠性。在控制方面采用的数字信号处理器（DSP）运算速度高达16.7MIPS以上，具有32位数点小数运算功能，充分保了变频调速大量控制参数的采集和运算以及对外通讯，控制方法上采用无速度传感器控制，具有很硬的外特性，采用多种优良的控制技术，实现了全面的保护功能，同时整个系统的合理集成和系统的完善设计，基本满足了免维护的要求。这为变频控制装置纳入上料控制系统，对降低系统运行成本，提高系统可靠性具有极大价值。

四.应用实例：

    在广东佛山南海发电厂二期工程上料水煤浆系统配用了四方C320无速度传感器矢量型变频器。锅炉给料变频调速系统由PLC、工控机、I/O采集板卡、通讯网络及组件，同操器、操作器、备操器、变频控制柜、IP44变频电动机、螺杆泵等组成。通过控制电动机的转速来实现对螺杆泵上料的控制，系统具有掉电，过压，欠压，过流，缺相及电机过载自动保护等功能。同时根据反馈量及工艺情况可选择就地操作、远程操作、自动操作等手段进行控制，并能与DCS系统实现通讯。

    螺杆泵的工作原理是：螺杆泵工作时，液体被吸入后就进入螺纹与泵壳所围的密封空间，当主动螺杆旋转时，螺杆泵密封容积在螺牙的挤压下提高螺杆泵压力，并沿轴向移动。由于螺杆是等速旋转，所以液体出流流量也是均匀的。螺杆泵特点为：螺杆泵能量损失小，经济性能好，压力高而均匀，流量均匀，转速高，能与电动机直联。螺杆泵流量是稳定的线性流动，具有自吸能力强、吸入高度强，流量与转速正比，借助调速器可以实现量的自动调节，与变频器搭配使用取得了非常好的使用效果。

    参数设置如下：

    F0.0=1F0.1=6F0.4=0001

    F0.5=0F0.7=5F1.15=380

    F1.16=50F1.17=210F1.18=1500

    F1.20=1.F2.13=0010F3.6=0

    F3.8=16

    五.出现的问题及解决措施：

    螺杆泵变频器系统在调试过程中，碰到了机械共振问题。当变频器调速到42Hz运行时，测量该电动机径向振动快速增加到0.6mm，远远超过正常规程范围。变频器电流急剧上升，给泵体运行带来了严重隐患。对该泵进行振动监测和分析，当工频运行时运行正常，单独试电动机时也正常。对电机电气参数重新检查和调整，重新调整磁力中心，调整电机轴承及联轴器上连接螺丝，电机振动故障仍然存在。再对电机进行升速曲线分析，该电机的工作转速和其升速曲线上出现振动峰值的转于接近。每个机械系统都有一个固有的振动频率，就某一个电机而言，其固有频率f和电机系统的支撑刚度k，电机转子质量m有关。当电机和泵体联机时，应将他们视为一个整体系统来看待。这样整个机组系统的固有频率发生了变化，当电机的转频和该系统的固有频率接近时，由于转子不平衡共振将产生异常振动。这样就出现电动机单机试验时正常，而和泵体试车时在某一个速度范围出现强烈共振的现象。把电机转子与泵体作为一个整体系统重新校正其平衡，从而改变其转子质量。对螺杆泵基础进行加固处理，从而改变其支撑刚度。通过以上处理措施后，改变了该整体系统的固有频率，避免在某一个速度范围出现强烈共振。从而了电机机械振动大的故障，机组能够安全的正常运行.

    六.使用效果：

    变频调速系统调节范围宽，灵敏度高，线性度可达0.99，电器控制回路简单可靠。变频调速的电机效率高，节能节电。与滑差调速相比可节能20-30%。电动机只接受频率可调的三相电源，

省去了机械变速齿轮装置。交流电机安装在现场，而控制柜安装在电气控制室，设备运行条件得到了改善，减少了现场维护量，给料均匀，燃烧稳定，系统自投率大大提高。变频器启动时电机从零逐步平稳上升到所需的转速，没有任何冲击，电流从零开始上升，不会超过额定电流，解决了电机启动时的大电流冲击问题，了大启动电流对电机，传动系统和主机的冲击应力，降低了日常维护保养费用，延长了电机、螺杆泵的使用寿命。

    七.结束语：

    锅炉上料变频调速控制系统克服了锅炉常规调节方法的缺点，具有节能、调速线性、运行可靠、经济性好、控制精度高等优点。提高了控制系统的准确率、投入率和利用率，提高了能源利用效率，改善了系统运行工艺和主气压力品质。具备了完善的保护功能和便捷的控制，降低了运行成本，提高了经济效益，是电厂锅炉给料调节系统中较优选的方案之一。