6ES7214-1BD23-0XB8型号规格

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   1 引言

    DCS（DistributedControlSystem）系统在火电厂发电机组过程控制中的应用已有十多年的历史了，而且正在越来越多地得到应用。当今流行的DCS系统有C＆E的MOD－300，HONEYWELL的TDC－3000，FOXBORO的I／AS，日本横河的CENTUMXL，WESTINGHOUSE的WDPF，BAILEY的INFI－90，SIEMANS的bbbEPERMME／XP。就目前这几家主要DCS厂商所提供的系统来看，在应用上均不同程度地存在一些问题，例如系统可靠性，实时性，系统组态的灵活便捷性等都有待进一步突破。本文对DCS系统在实际应用中存在的一些问题加以分析探讨。

    2 DCS系统推出的初衷

    DCS系统的推出并逐步发展成为过程控制领域的主角是由于以下一些原因：

    （1）现代化的生产工艺系统日趋大型化，复杂化，需要检测和控制的参数大量增加，使得传统的仪表控制系统显得难以胜任，势必得另辟蹊径。

    （2）传统的仪表控制系统通常使用多个生产厂家提供的产品，使得工艺生产所需的备品备件品种繁多，为此而化费大量人力物力，并且工艺生产在相当程度上依赖这些仪表生产厂商。这一状况也希望有所改变。

    （3）数字电路技术的迅猛发展，尤其是大规模集成电路技术的应用，集成度以及成品率大幅度提高，使得在过程控制中大量使用微处理器在成本上成为可能。

    （4）自动化控制理论的发展，特别是连续系统离散化理论，采样理论，这些理论大大地推进了过程控制从传统的仪表控制系统向DCS系统变革的进程。

    （5）通讯理论和技术的发展，在对局域网（LAN）的大量研究过程中，通讯理论和技术得到了极大的发展和完善，这方面对DCS系统发展的影响是举足轻重的。

    （6）计算机应用技术的发展，尤其是微软公司的bbbbbbS－95这样的操作系统软件的推出，为计算机在过程控制系统中的应用奠定了基础，计算机和操作人员之间有了良好的界面，使不具备计算机专门知识的操作人员乐于接受。

    （7）计算机集中控制系统存在固有的一些缺陷如故障集中，因此为了提高可靠性而需要巨大的费用，集中控制系统需要较大规模的计算机，价钱昂贵。相对来说DCS系统所用的微处理器和微机要便宜得多，故障相对分散，并且DCS系统中的微机或微处理器是并行运行的，相对于集中控制系统计算机的串行运行来说处理速度也大大提高，因此具有更高的实时性指标，这些是DCS系统优于集中控制系统而得到迅速发展的关键所在。

    以上列举了足以说明为什么DCS系统会在过程控制领域一显身手的主要原因。现在来看看较初推出DCS系统的一些初衷。

    DCS系统是相对于计算机集中控制系统而言的计算机（或微机）控制系统，它是在对计算机局域网的研究基础上发展起来的，是过程控制*们借用计算机局域网的研究成果，把局域网变成一个实时性、可靠性要求很高的网络型控制系统，运用于过程控制领域。

    矿井提升机在矿山担负着地下和地面之间运送人员、物料以及货物等任务，是一个咽喉设备。在每次运行的过程中，从启动、加速、减速一直到爬行停车整个过程中负载不发生变化，并且运行的过程既可能是负载提升，又可能是负载下放，对电机而言就是位能性负载，并且需要四象限运行。

    目前我国矿井提升机交流电控设备中仍大量沿用传统的在绕线型异步电机转子回路中接入金属电阻，用控制器或磁力站切除电阻的方法进行调速。这种调速方式为有级调速，在不同速度换档切换的过程中，调速特性为跳跃式变化，不仅调速性能不好，并且对系统会产生较大的冲击，对机械设备特别是减速器十分不利。另外，在电机运行在再生制动区域时，所产生的大量能量都不得不人为地消耗在转子电阻上，对能源而言是极大的浪费。

    近年来，随着我国自动化技术的提高，变频器在各行各业中得到了大量而广泛的应用，变频器用于矿井提升机负载也日益增多，本文介绍海利普变频器应用于某煤矿提升机改造的案例。

    2．HLP变频器介绍

    HLP-A采用新型IGBT为主控器件，全数字化设计，以高可靠性、易操作、高性能为设计目标，用于鼠笼式电机或绕线式转子串电阻电机控制，既可用于新矿井安装，也可用于老矿井改造。主要特性如下：

    •功率范围：0.4KW～22KW（单、三相220V）；

    0.75KW～450KW（三相380V）；

    •以大规模电机控制IC＋IGBT为核心，具有多种保护功能，整机可靠性高；

    •对进线电压适应性强，波动可达±20%,特别适用于电网质量较差的国家与地区；

    •软件功能强大，内置有多种控制方式，广泛适应各种工业场合的控制需求；

    •内置PID调节器，可方便地构成闭环控制系统；

    •内置简易PLC，具有牵升、扰动、多段速控制、程序运行等多种功能；

    •高输出扭矩，1HZ时可达150%；频率解析度高达0.01HZ；

    •过载能力强，150%（1分钟），200%（2ms）；

    •具有良好的通讯制界面，极易组成集中控制系统；

    3．HLP变频器在矿井提升设备上的应用

    电机为130KW/380V4对极绕线型异步电机，额定电流250A，减速箱传动比为20:1。轿厢净重750Kg，较大载重量2000Kg，竖井高度300米。原系统采用转子串接电阻分级调速，上行下行调程人工操作，能源浪费严重，乘车舒适性差。经过变频改造采用海利普HLPA018543B型变频器和PLC构成调速系统。   用户按上行按钮则变频器正转牵引轿厢上行，按下行按钮则变频器反转牵引轿厢下行。行程开关分别安装在竖井20m、50m、250m和280m处，作速度切换之用。编码器用于轿厢速度，防止超速。故障端子用于输入越顶等故障信号，用来控制抱闸器起保护作用。

    系统工作流程如下：

    上行：变频器正转启动信号――》5Hz时发出松闸信号――》抱闸器松开―－》运行到行程开关4发中速信号―－》运行到行程开关3发高速信号―－》运行到行程开关2发中速信号―－》运行到行程开关1发停车信号――》5Hz时发出抱闸信号――》变频器停止运行。

    下行：变频器正转启动信号――》延时5S发出松闸信号同时发反转信号――》抱闸器松开―－》运行到行程开关1发中速信号―－》运行到行程开关2发高速信号―－》运行到行程开关3发中速信号―－》运行到行程开关4发停车信号――》5Hz时发出抱闸信号――》变频器停止运行。

    值得注意的是下行开始时先发正转信号，目的是减速箱传动齿轮的间隙，否则下行时轿厢会出现下坠现象。

这样在主机非较大负荷时水泵就必然存在着电能浪费空间。通过变频调速控制使水泵电机的负载曲线符合或接近空调主机的负载曲线。

    3、高压变频控制传动调速控制设备都是在3KV以上大容量电机，一般都在几百KW到几千KW，负载率大于0.5,节电效率较低压变频控制略低，在18—25%左右，电机容量大耗电也多，虽然节电率较低，但用电基数大，也是非常可观，高压变频设备技术复杂设备体积大，成本较高，操作必须专业技术人员，但整体效益还是很可观的。

    五、变频控制技术的显性和隐性效益及利弊分析：

    显性效益就是指节电效益。变频控制传动调速对于负载性质和负载率的不同，节电率也是不同，低压变频控制设备，一般负载率在0.5左右时，节电率在20—47％左右。比如定量泵注塑机、排污填水池电机、给氧风机等等，空调水泵基本上平均节电率都在25—60％左右。低压设备变频调速改造投资少、，期基本上在一年左右。

    隐性效益主要体现：

    1、实现了电机的软启软停，电机启动电流对电网的冲击，减少了启动电流的线路损耗；

    2、了电机因启停所产生的惯动量对设备的机械冲击，大大降低了机械磨损，减少设备的维修，延长了设备的使用寿命；

    3、空调水泵的软启、软停克服了原来停机时的水槌现象。

    除上述的有利一面，同时也存在一些问题。任何事物都不是**的，都要辨证去看去分析，低压变频器输出波型为脉冲形式，会产生一些干扰，实际运行中单台干扰不严重，以30KW容量为例，干扰福射基本在10米之内，在设计电路中加装陷波电路或磁环或陷波线圈就可以将干扰减少到较少，一般使用时尽量远离电脑等怕干扰设备，对于多台集中安装时安装位置要尽量拉开距离，还需专门加装陷波电路屏蔽接地，将干扰减少到较低。

    高压变频设备干扰性很小，控制技术较高，输出电压波形近似正弦波形，但设备体积较大，安装调试都比较复杂。

    六、变频技术目前市场应用情况

    经市场调查，2000年前变频器使用率不足10％，到二零零七年上半年增加过35%，很多生产商生产的风机、水泵类的电机控制系统都配装了变频启动系统，说明这项节能技术越来越被人们所认识。随着市场占有率的不断提高，成本价格较前些年大幅下降。低压变频器分国产、合资、原装三大种类，完全是一个通用的工控产品。合资产品相对价格低质量好，性价比合理。从使用情况看，只要不超负荷运行，很少发生故障。从设计使用上看，节能改造设计水平参差不齐，要想将节能改造工程做好，需要专业技术人员把关。用电设备能否节电，不能不分情况一概而论，不是所有用电设备都有节电空间，具体情况必须具体分析，注意那些将某一特殊用电设备的节电率说成普遍的所有用电设备都能达到的情况出现。节电率在节电工程中是一项非常重要的指标，但**不是一的指标。工程改造前后电机的功率因数、温升及效率等都是不可忽略的运行数据。不同的节电设备节电率、使用寿命、性能都有不同，要科学分析，科学运用。

    我国工业技术虽然有了较大的发展，但目前仍是处于一个工业化中期社会，技术发展还不平衡，在很多企业生产中，表现出来较明显的特征依旧是能源消耗多，生产效率较低，产品质量参差不齐；能效比不高，陈、旧、老设备在国民生产中仍旧占较大的比重。变频调速的应用，就是要改造这些设备，以达到节约能源的目的。有国家、省、市**的大力，有成熟的技术基础理论，纵观节能改造市场，潜力巨大。节约能源，保护环境，造福子孙，利国利民。

    计4台对开风机靠调节挡风板可满足冷却要求，但对电机来讲，浪费电能。风板全开时，运行电流24A，全关闭时22A，输入功率从17.0KW—18.5KW变化，节电率不足8％。针对这一特殊要求制定方案，对其中两台对开电机进行开环变频调速控制，配合两台全速风机，即满足不同材料的温控要求，又能节约电能。按照这一方案进行改造后，节电效果非常明显。针对其中一种材料需固定频率控制进行冷却,几个月才换一次，设定频率在25—35之间，完全满足冷却要求。工频下运行时一台18.5KW风机（经变频器输出），每小时耗电为11.9度/小时，日耗电量为：285.6度/24小时。在正常运行时根据不同材料的温度要求，设定频率分别为：25Hz、30Hz、35Hz、40Hz和45Hz。运行测定参数如下：

    设定频率（Hz）运行电流(A)负载率输入功率(Pin[1])24小时耗电量

    (KWh)与工频下输入功率比较：节电率

    258.00.251.0324.72(285.6-24.72)/285.6Ⅹ**=91.34%

    3010.60.302.1351.12(285.6-51.12)/285.6Ⅹ**=82%

    3514.20.374.096.00(285.6-96)/285.6Ⅹ**=66.4%

    4017.40.406.4153.60(285.6-153.6)/285.6Ⅹ**=46.22%

    45

    20.00.459.0216.00(285.6-216)/285.6Ⅹ**=0.244%

    5024.00.5511.9285.60(285.6-285.6)/285.6Ⅹ**=0

    需要指出的是：变频器当输出频率降低时，输出电压也相应降低，输入功率明显减少，对应频率降低时电压降低电机不会有温升，若频率不变时电压降低至浮动电压下限值时，电机就会有温升。

    2、水泵节电：同风机原理很相近。以某酒店750TRT中央空调冷水机组水系统90KW冷冻泵和55KW冷却泵为例：主机制冷是根据温度的变化而工作，是非线性负荷，而水泵电机基本上是线性恒功率输出。1台55KW冷却水泵靠调整阀门来改变流量，虽然能满足主机运行要求，但对于电机来讲节电意义不大，阀门的全开和全闭，电流从107A—97A之间变化，平均节电不足7％。通过改造采用温度控制为主，压力控制为铺进行闭环变频控制水泵电机，水泵电机平均节电率都在30％以上；90KW冷冻水泵电机靠调节阀门电流在163—148A之间变化，平均节电不足6％，经闭环控制变频调速改造后，节电率平均也在30％以上。为什么会有这么大节电空间呢，因为中央空调系统设计时的较大容量是以人流、气温、空间散热三项极限指标为依据计算的（即人流较大、气温较高、空间散热较差），平时出现这种情况的概率极低，从经验上讲不到10%，空调系统大部分运行时间都在中、低负荷状态，空调主机的负荷曲线是非线性的，而水系统的水泵负荷是线性恒功率的，以满足主机的较大负荷为标准