西门子模块6ES7212-1AB23-0XB8技术参数

西门子模块6ES7212-1AB23-0XB8技术参数

 随着我国经济的发展，制浆造纸业已经成为我国工业经济增长的重要支柱，早期的造纸生产产量较低，对电控没有太高要求，随着造纸规模的扩大，对造纸机的产量及速度要求越来越高，从而对纸机配套电控系统的要求也越来越高。

    本文采用森兰SB80系列变频器和西门子S7-200PLC组成一套文化纸机传动控制系统。通过可编程逻辑控制器（PLC）和变频器之间的通信，控制传动点的启动、停止、增速、减速、紧纸等操作，由软件自动实现负荷分配、速度链等功能，充分满足造纸工艺及电控的需要。

    1 纸机对电气传动控制系统的要求

    1．1该机结构简图如图1示。纸机为1760/250m/min长网多缸文化纸机，生产40~65g/m2高级文化用纸，稳态精度≤0.01%。

    1.2为了能生产出质量标准较高的产品，纸机对电气传动系统提出如下的要求：

    （1）纸机工作速度要有较大的调节范围，为了使造纸机具有较强的产品、原料的适应性（如打浆度、浆料配比与种类、定量、纸种等），纸机传动可在较大的范围内均匀的调节速度，调节范围为1:8；

    （2）车速要有较高的稳定裕度，总车速提升、下降要平稳。为了稳定纸页的定量和和质量、减少纸幅断头，要求纸机稳速精度为±0.05～0.01%；

    （3）速差控制，速比可调、稳定。纸幅在网部和压榨部时，其纵向伸长横向收缩，而在烘干部时，两向都收缩，因此纸机各分部的线速度稍有差异，即速差。速差在一定范围内变化不引起纸页质量的突变。此时的速差对成纸来说，主要影响纸页的克重。误差应控制在0.1%以内保持纸张不被拉断。纸机各分部的速比的较大波动值与浆料配比、定量、车速、生产工艺、纸页收缩率及分部之间的纸幅无承托引段的张力等因素有关。因此，造纸机各相邻分部间应有适当的速差来形成良好的纸页。纸机各分部的速度必须是可以调节的，为±10~15%。利于工作时调整。为了生产较高质量的纸幅和减少断头率，还要保持各分部间速比的稳定；

    （4）各分部点具有速度微升、微降功能，引纸操作时的紧纸、松纸功能。具有刚性联结或软联结的传动分部，如网部、压榨部、施胶部，能进行负荷动态调节。防止某点的速度发生变化而引起负荷在分部内动态转移，如不及时进行自动的调节（因为现在使用的变频器基本上都不具备长期四象限运行能力），有的传动点负载可能超过它自身的功率范围引起过流发生，有的传动点被拖动而引起过高的泵升电压，导致变频器过压而保护跳闸，甚至损坏变频器和损坏毛布。同时在这些分部中，应具有单动、联动功能，并可以同时起动、停止。必要的显示功能，如线速度、电流或转矩、运行信号、故障信号等；

   2.2设备选型

    引水一号机组技改配置水泵扬程45m，流量8600m3/h，配套电机1600kw/10kv，配套一台北京利德华福电气技术有限公司1600kw/10kv高压变频调速系统，变频系统安装、调试在2004年7月份完成并开始运行。

    自水站引水通水以来，管路特性不断恶化，后采用前加氯，管道特性开始好转，但未达到设计值，选型时水泵扬程只有根据实际情况计算，水厂根据运行情况将水泵扬程设计值由50m降到45m，现实际运行时，额**扬程45m，流量8600m3/h，保证了水泵在较区的运行。

    3、改造后系统运行情况

    3.1变频试运情况

    试运行时，电机在频率24～26hz之间存在机械共振，后设置变频跳跃频率点，避开共振区，供水泵组稳定运行;实际调速时，水泵转速可降到额定的40%，即198r/min稳定运行，各种参数符合其特性曲线。

    3.2变频操作及节能情况

    这次技改，通过变频可以减少工作人员的工作量、保护管道、节省电耗，在选型及可行性论证中水站投入了比较大的精力，引水变频的使用属于采用调速且管路特性不变的情况，水泵运行时单泵走单管，不属于变频和工频水泵并联运行的情况，应该算是比较简单并且较省电的情况，但实际上，由于峰谷电价、调节池的水位调节、水厂用水量变化较大（水厂取水只可用开关水泵调节）等因素，不能单纯地按流量来调节，需要建立一个有效的数学模型进行变频的控制，现将变频的控制做一个说明:

    （1）变频的数据采集是通过变频本身的plc模块实现，plc模块和工控机通过rs-485卡通讯，水站通过原有控制系统即ab的plc和变频器中的西门子的plc进行modbus通讯，通讯成功后信号非常稳定。

    （2）变频控制分开环和闭环控制（恒压供水）两种，水站的运行方式为开环运行，即在ab的plc内计算数值输送到变频进行控制，泵站控制系统上位机的控制分为手动和自动两种，手动即手动输入频率，自动为ab的plc根据调节池水位、峰谷电价、总用水量的情况计算出变频输出频率以控制变频器，自动方式受影响方式较多，为了实现自动控制，水站先对中控调度主机进行软件，稳定了数据传送，并在调节池增加了水位信号。

    在信号稳定之前，变频控制采用手动控制，电价谷值开1、3号机，其余开1、2号机，峰值时变频器频率调在30hz，平值根据水位手动调节，这样整个供水系统可年省100万元以上（日供30万吨），但手动调节存在不能合理地分配平值电价时的流量及时间控制上的误差以及对日供水量的估计不足等因素，因此，水站在日供水为27.5～31万吨时建立一模型，和手动调节的一不同在平值电价时的频率根据调节池水位及总用水量（山兜取水量+20万吨取水量）进行调节，调节池水位设定在3.3m，运行一星期，和手动调节相比，千吨水的耗电量由112kwh降到105kwh（日供30万吨），以平均电价0.51元/kwh计算，日省1071元，年省38万元，自动运行后，到晚上11:00调节池水位保持在3.28～3.38之间，达到设计理想值，若将保持水位降到3.3m以下，则省电效果更加明显。   在日供水流量低于27.5万吨或大于31万吨时，要达到较佳省电效果就要调节工频机（2#、3#机组）的运行时间，更加复杂，现水厂正在努力进行计算，争取可以拿出一个较佳的方案。可见，建立一个可行有效的模型是省电的关键，在做好日常维护的同时，需时时根据管道参数及水泵运行参数完善运行模型，使之可以让变频发挥较大的作用。

    2、变频改造方案

    经过考察及研究，变频调速在节能、调速精度、调速范围等方面具有同其它调速装置无法比拟的优越性，以及可以方便实现同自动化控制系统（如dcs系统等）的通讯，决定使用北京利德华福电气技术有限公司变频装置带#1泵组运行。

    并同时对#2、#3泵组进行增加软启动技改项目。

    2.1harsvert-a10/120型高压变频装置原理

    harsvert高压变频调速系统采用直接“高-高”变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，主体结构由多组功率模块串联而成，从而由各组低压叠加而产生需要的高压输出，它对电网谐波污染小，总体谐波畸变thd小于4%，直接满足ieee519-1992的谐波抑制标准，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置;输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt问题、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机。

    变频装置10kv系统结构由移相变压器、功率单元和控制器组成。10kv系列有24个功率单元，每8个功率单元串联构成一相。

    每个功率单元结构以及电气性能完全一致，可以互换，其电路结构如图2所示，它为基本的交-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。

    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48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，每个功率单元等效为一台单相低压变频器。

    输出侧由每个单元的u、v输出端子相互串接成星型接法直接给高压电机供电，通过对每个单元的pwm波形进行重组，可得到如图4所示的阶梯正弦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延长，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，了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

    当某一个单元出现故障时，通过使图2中的软开关节点k导通，可将此单元旁路出系统而不影响其他单元的运行，变频器可持续降额运行，可减少很多场合下停机造成的损失。

大冶特钢四炼钢厂电炉除尘风机采用HARSVERT-A06/220变频器进行调速控制，外加工频旁路开关柜，变频器为直接高-高方式的电压源型，变频器的主要性能指标如下：变频器容量2250KVA，额定输出电流220A，输入频率45Hz到55Hz，额定输入电压6000V，允许电压波动±10%，输入功率因数≥0.96（大于20%负载时），输出频率范围按五级速度，0Hz到50Hz范围内调整（即：调速范围0～**），变频器效率≥98%（不含输入变压器），输出频率分辨率0.01Hz，无级调速，过载能力120%一分钟，150%立即保护。加速时间可按工艺要求设定，减速时问可按工艺要求设定。

    变频器与四炼钢厂PLC控制系统接口：四炼钢厂PLC为西门子S7-300，变频器内置PLC为西门子S7-200，通讯时以四炼钢厂PLC作为主站，变频器PLC作为从站，实现数据通讯；变频器需上传到四炼钢厂PLC的信息包括：故障报警（综合）、高压合闸允许、高压紧急分断、模拟量信号：变频器运行频率、变频器输入电流（4-20mA电流源，带载能力大于500Ω）。

    变频器与四炼钢厂现场接口：变频器与四炼钢厂电动机就地操作箱以硬线连接方式实现，四炼钢厂就地操作箱上应包括：按钮类：启动按钮（带指示）、停止按钮（带指示）；指示灯类：变频正常运行指示、工频运行指示；变频器与四炼钢厂炉前操作台以硬线连接方式实现，四炼钢厂炉前操作台上应包括：按钮类：高速按钮（带指示）、低速1（较低速）按钮（带指示）、低速2按钮（带指示）、低速3按钮（带指示）、低速4按钮（带指示）、低速5（较高速）按钮（带指示）；变频器向就地操作箱提供的信号为：状态信号：变频器正常运行、工频运行；就地操作箱向变频器提供的信号为：远控指令：启动、停止；炉前操作台向变频器提供的信号为：工况转速指令：高速指令、低速1指令、低速2指令、低速3指令、低速4指令、低速5指令；变频器与高压开关柜的连锁信号：高压紧急分断。以上开关量均采用无源接点输出，定义为接点闭合时有效，接点容量均为AC220V/3A。

    变频器远程/近程控制选择，当变频器远程/近程控制选择开关打到远程位置时，控制权交给电动机就地操作箱，当变频器远程/近程控制选择开关打到近程位置时，控制权交给变频器。

    除尘风机运行测试情况

    电炉除尘风机未上变频以前，在各种工况下的电机工作电流为180A，采用变频调速后在除尘风机低速段平均节电率在47.5%以上

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