6ES7222-1BD22-0XA0接线方式

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    变频调速是一种的调速方式，它调速精度高、调速范围宽和操作方便，并且可利用变频器上自带的RS485串行通讯口实现和控制系统的通讯，以便于随时监控系统的工作情况，有利于生产正常进行。2002年我公司对炼油厂丙烷压缩机液化气的提取系统进行自动化改造，改造后除提高工艺操作水平外，而且节能20%左右，经济效益也十分显著。  

2  森兰SB61变频器的主要特点 

    丙烷压缩机是该系统的关键设备，对变频器的可靠性、起动转矩和动态响应都有一定的要求。由于变频器是该自动化系统的一部分，为减少干扰，要求输出波形中有较低的谐波含量，因此，选用我公司生产的SB61**王变频器。该变频器采用先进的矢量控制算法，功能齐全，在各种行业中应用自如。可以选择V/f开环、V/f闭环、无PG矢量控制和有PG矢量控制方式;可选用键盘和外部端子，功能端子的操作方式，并有RS485串行通讯口，便于与计算机组网控制。在设计中进行可靠性设计，电磁兼容设计，稳定性分析等。考虑到人性化因素，SB61系列变频器美观大方，虽然功能齐全，但参数设定简单，操作非常方便，是一款性价比很高的产品。 

3  工艺过程 
3.1 液化气的提取工艺系统 

    液化气的提取工艺系统如图1所示。  

    图1中: 
    P0—入口压力，外部供气压力; 
    P1—进气口压力，进气阀调节后压力,要求<0.6Mpa; 
    P2—压缩机出口压力,要求1.2Mpa～1.7Mpa;  
    P3—分离塔压力,要求1.08Mpa; 
    L1—入口流量,压缩机吸气量; 
    L2—出口流量,压缩机排气量; 
    阀门开度:生产要求进气阀开度30%～50%。 
    出口阀开度80%～**。 
    工艺过程: 
    炼油产生的气体，经过压缩机加压后凝为液态进入分离塔，经过吸收等其他加工工艺，提取出石油液化气。进气口压力P1要求小于0.6MPa，压缩机出口压力P2可达到1.2MPa～1.7MPa之间，经出口阀调节后离塔压力P3在1.05MPa。如果某种原因使分离塔压力升高，为安全起见则将泄压阀打开，将分离塔内的液体经管道回流进气口。 
    调节阀门的开度使P1指示压力小于0.6MPa，P3压力在1.08MPa左右。操作操作人员根据P1、P2、P3上的指示值进行调节。进气的压力P0一般来说不是很稳定，为使控制准确，需知道P0与P1、P2、P3的变化的关系如表1所示。 
    

    P0不变时调节进口阀的开度与P1，P2，P3变化关系如表2所示。 

4  系统的构成 

    由表1和表2所反映的在P0改变时和进口阀开度改变时，P1、P2、P3和L1、L2的变化可见，进气P0的升高或降低，使P1，L1和L2发生相应的改变。如果要使流量L1和L2不变,可调节进口阀的开度往P0增加的相反方向变化，即P0增大，进口阀开度减少，或P0降低，进口阀开度增大。 
    为保证生产的稳定性，希望进入分离塔的丙烷流量不要太大的波动。为此控制方式可有两种选择，一种采用流量控制方式，用流量变送器采集的流量信号回馈到控制系统上，使系统组成为*量闭环系统，这样不论P0如何变化，都可保证基本不变。另一种方式是用P1信号作为反馈信号，只要使P1保持稳定流量就基本不变。因此，在进气压力P0波动时，使压缩机转速发生改变，使P1不变，即可使流量基本不变。于是以压力信号P1作为反馈信号组成压力闭环系统。这里P1信号在压缩机输入管道上，但是P1的变化是压缩机调速后的，作为闭环系统的反馈信号是可行的。由此可见，调节压缩机的转速和调节进口阀的开度在工艺上可达到相同的效果。本系统的压缩机电机功率为160KW，工频运行时，流量的改变靠阀门节流调节，浪费了大量的能源，机械的磨损未能减低，影响机组的使用寿命。为实现生产过程的自动化，采用一台SB61系列160kW变频器与压力变送器P1构成恒压控制。系统如图2所示。  

    为提升整个系统的自动化水平，引入工控机进行监控，监控系统框图如图3。  

    本系统数据卡采集压力，流量,阀门开度等模拟量，输出模拟量调节电动阀开度;采集报警，和其他开关信号，输出备用系统起动信号，停止信号等。工控机通过RS485实现对变频器进行控制，P1压力通过数据卡采集，经工控机处理后,由RS485将控制信号送到变频器,控制变频器的频率的升降，达到恒定P1的目的，较终使流量基本不变.当然还要控制变频器的起停，同时电机的运行参数也要送工控机进行监控。工控机为一台CPU PⅢ，内存128M，硬盘20G的研祥工控机，配置数据采集卡，温度信号处理卡，开关信号接线板，RS485通讯卡，RS485通讯模块等。 
    模拟量数据采集卡将压力、流量、阀门开度、电机温度和管道温度等模拟信号转换成12位的数字信号，每一路信号占用数据采集卡上一个模拟通道，互不影响，采样周期为300ms。SB61变频器支持RS485半双工串行通讯方式，通过在工控机上用IP函数或VB的MSCDMM通讯控件编制串行通讯程序，即可实现工控机与变频器之间的通讯，本系统用VB的通讯控件编制。将采集到的数据信号，经实时分析处理后，通过组态王监控画面，监测现场传输的实时数据和历史数据及设备的运行状况，历史曲线的分析，实时报表，历史报表的打印，声光报警等。  

5  结束语 

    原系统是在人为观察P1压力的情况下，改变进口阀的开度来满足工艺上的要求，在P0波动比较频繁时，人工劳动强度大。控制系统投入运行后一般不需要人工干预，可在远离现场的地方进行监控。压缩机用变频器驱动后节能效果明显,据用户测算可节能18%～22%。电动机的起动电流和运行电流均在额定电流以下，减少了对电网的冲击。电机速度不总是在工频工作，延长了设备的使用寿命，系统的安全性也有所提高。

   引言 

    数字控制机床，简称数控机床（NC ， Numerical Control）,是三十年来综合应用集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品，在现代机床生产中，一般采用多电机拖动，主轴和各进给系统分别由各自的电机来拖动。由于机床加工范围较广，不同的工件，不同的工序，使用不同的，要求机床执行部件具有不同的运动速度，因此机床的主运动应能进行调速，主轴调速系统一般采用交流主轴系统，随着变频调速技术的发展，数控机床的主轴的交流拖动，同样能够很好满足需要。主驱动电机通过皮带传动带动主轴旋转，或通过皮带传动和主轴箱内的减速齿轮（以获得更大的转矩）带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广，又可无级调速，使得主轴箱的结构大为简化。

    █ 数控机床对应用技术的要求

    1、电机要求

    通常要求用变频电机，或者普通电机加风扇以满足电机在低频的散热要求、并且要求电机调速范围广。

    2、变频器的技术要求

    1）要求低频力矩大

    选用矢量变频器，低频时（1～10Hz）能出来150%额定转矩。

    2）转矩动态响应速度快，稳速精度高

    选用矢量变频器，能实现很好的动态响应效果，依据负载的变化，通过输出转矩的变化很快做出响应，从而实现转轴速度的稳定。

    3）减速停车速度快

    通常数控机床的加减速时间都是比较短的，加速时间靠变频器的性能保，减速时间则依靠外加制动电阻或制动单元。

    4）进行电机参数自学习

    选用矢量变频器后，要达到很好的控制性能通常都需要对电机进行参数自学习，其目的是获取准确的电机内部参数，以用于矢量控制计算。参数自学习所需要的电机铭牌参数有：电机额定功率、电机额定频率、电机额定转速、电机额定电压、电机额定电流。有的变频电机的铭牌上可能没标额定转速值，可以根据经验值估计一下额定转速。在进行参数自学习时，务必要在空载（电机轴上不接负载）的时候进行。只有在空载的时候才能保自学习出来的电机参数的准确性。

    如果现场条件没办法进行空载运行，可以考虑用变频器出厂的电机参数试运行。

    5）频率指令和运行指令

    数控机床上使用的变频器其频率指令和运行指令都来源于CNC控制器，一般给定的的通道有两种，一种是模拟量给定，另一种是多段速给定，或者两者同时给定，以多段速**。模拟量给定以电压型模拟量为主，也有电流型的。变频器对这两种类型的模拟量都可以采集。

    3、抗干扰问题

    变频器在出厂的时候作了很好的抗干扰试验，具有很强的抗干扰能力，但变频器同时也是一个干扰源，在使用中很难避免不对其它设备进行干扰，在数控机床上较容易被干扰的设备是CNC控制器。一旦CNC控制器受干扰后，系统将不能正常工作。特别是变频器的频率指令和运行指令也可能会受到干扰，干扰严重的会造成频率指令不稳定，变频器误动作等。解决此类问题的办法是在变频器的输出线上加磁环以减少高频辐射。一般进口的CNC的抗干扰能力较强。

    下面以ECOM系列高性能矢量变频器在沈阳某数控机床厂的应用为例，讲述数控机床的变频调速控制技术。

    █ 系统构成

    EACON变频器 制动电阻100Ω/520W    5.5KW调速电机   CNC数控系统和性能指标： 

    5.5kW数控车床，电动机参数：

    额定功率：5.5kW，     额定频率：50Hz, 

    额定电压：380V，      额定电流：11A，

    额定转速：1440r/min   机械传动比：1：1.5

    加工材料：45#钢

    实际测试性能指标：（进性能及速度）

    1、主轴转速：200r/min（变频器运行频率9～10Hz）

    2、主轴转速：450r/min（变频器运行频率22Hz左右） 

    █ EC3000系列变频器的特点

    EC3000系列高性能矢量变频器采用先进磁通控制技术，电机在低速时转矩大，速度精度高，价格合理，功能齐全，具有瞬停电处理及速度跟踪再启动功能，确保系统实现连续运行机制，以保电机运转在较率状态，因此，采用EC3000系列高性能矢量变频器代替主轴交流伺服系统，是机床行业较佳的选择。EC3000系列变频器具有以下特点
    （1）采用先进的磁通控制算法，实现了真正的无速度传感器矢量控制，在控制性能上比传统的V/F控制方式有很大的改善。

    （2）起动转矩大，0.5Hz/150%,0Hz/180%

    （3）载波频率范围0～15KHz；可根据温度和负载的特性自适应调整

    （4）提供标准的0～10V模拟量接口，能够与大多数数控系统接口兼容，通用性强

    （5）过负载能力强，150%额定输出电流一分钟；

    （6）提供多功能的输出端子信号，例如故障输出信号，运行中信号，速度到达等输出信号，能够很好的满足系统对于主轴速度状态的监控；

    █ 调试结果

    事实证明采用EC3000系列高性能矢量变频器完**够满足机床主轴控制的要求。ECOM采用的良好的磁通算法，即使在低转速（低频）运行下也能平稳输出150%的转矩，以满足不同零件的加工需要，完全可以取代传统的滚动轴承主轴结构，并且此主轴结构简单、紧凑、可以实现真正的无级调速。此主轴的转速由外部模拟量信号来控制输出频率，在不同的加工工艺（如；粗加工、精加工等）需要不同的转速，此时可由数控系统输出不同的模拟量电压信号给变频器，实现不同的转速，同时启停信号也由数控系统控制，提高了自动化程度、延长了的使用寿命。

    █ 结束语
    
    数控机床主轴一般交流伺服系统、进口品牌矢量控制变频器以及变频**电机，购置费用很高；EC3000系列变频器以其*特的性能（启动电流小、调速平滑、调速范围大、节能环保、运行稳定、精度高、低频转矩大、保护功能齐全、可靠性高、操作维护简便等）和优越的性价比，在数控机床的应用上迅速。