西门子6ES7223-1BL22-0XA8详细使用

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1 引送风系统

在锅炉燃烧调节过程中，要求在不同的负荷条件下，保持蒸汽压力恒定，为此，需要通过调节进入炉膛的煤量、空气量与空气压力，使炉膛热量达到一定值，以保证锅炉的蒸汽产量与供热量相对平衡。空气量的多少，炉膛空气压力的大小，决定着煤层燃烧速度、燃烧效率的高低，影响着锅炉蒸汽产量和主汽压力的恒定。

传统的空气量、空气压力调节由电动执行器调节风门开度来实现，这一方式具有如下缺点。

1）负荷较大时，须将风门开大，增加炉膛空气压力和空气量，加快煤层燃烧速度，以提高单位时间内的蒸汽产量，满足供汽量要求；负荷较小时，须将风门开小。两种状态下，引送风风机一直保持额定转速运行。在负荷较小时，引送风风机产生的巨大风量，都被风门遮挡，仅有一小部分进入风道，从而增加了压差损耗，浪费了电能，增加了生产成本，降低了经济效益和社会效益。

2）引送风风机功率大，在工频供电情况下，还需要庞大的降压起动设备, 为此主电路需要安装大功率的接触器，增加电抗器等降压起动装置，使主电路电气设备增多;在频繁起停的情况下，设备故障率增高，甚至被迫停炉处理故障，不能正常供汽，将造成用户的生产不正常，不仅造成巨大的经济损失，而且影响供热单位的信誉。

3）在起、制动频繁的情况下，产生的起动浪涌电流，将对电网和风机系统造成一定的冲击，直接影响到电网的供电质量和风机系统的安全运行。

4）风门调节需要电动执行器、伺服放大器、操作器等复杂的操作机构，附属设备多，也增加了设备故障率。

采用变频调速控制，由于变频起动是软起动，因而减少了起动过程对电网和风机系统的冲击，减少了起动过程的电耗，故具有效，调速范围大，特性硬，调节精度高，起、制动方便灵活，能耗小，故障率低，操作简单等优点。另外空气压力和空气量的调节，直接由变频器操作面板速度电位器控制引送风风机电机转速来实现。取消了风门及其复杂的操作机构，使风道畅通无阻，降低了压差损耗，减少了风量损失。同时取消了原有庞大的降压起设备，也降低了设备故障率。

本公司引风机调速装置采用德国西门子公司生产的MICROMASTEREco变频器，其原理图如图1所示。它具有如下特点：

1）自动能量优化，实现了电机的充分应用，对泵类和风机速度控制方便，能够对过程进行更好的调节；

2）具有软起动功能，避免了起动过程对电网和风机系统的冲击；

3）内置进线电抗器，允许电机进线电缆长150 m；

4）保护齐全，诸如电机过载、过热保护，接地错误保护、短路保护等；

5）安装调试简单，操作简便，能耗低，运行和维护费用低廉。

2 给水系统

本公司原锅炉给水系统由1台45 kW电机带动水泵长期运行，水量、给水压力调节通过执行器调节给水阀门开度来实现。其缺点是给水泵始终在额定转速运行，浪费电能。另外，给水附属设备复杂，执行机构频繁动作，稳定性差。采用变频调速改造以后，将调节给水阀门的装置全部取掉，将阀门开度开至较大，直接由水位自控表或压力控制器输出4～20 mA电流信号，实现PID闭环控制，调节变频器频率，从而控制给水电机转速，改变给水压力和流量，以满足不同负荷情况下对水量、水压的需要。

本公司采用西门子公司生产的MICROMASTER、Eco 变频器，并使用锅炉上原有的压力传感器、压力控制器，液位自控表构成压力、液位双闭环控制系统。即恒压、恒液位变频供水自控系统，也可将二者设为开环控制。变频调速给水泵电路如图2所示。图中位置1 为恒压供水，位置2 为恒液位供水，位置3为开环控制。运行时通过选择开关选择不同的供水方式，然后调节电位器进行压力或液位值的设定，操作简单。

3 技术改造效果

自从本公司对引送风系统、给水系统实现变频调速技术改造以来，取得了明显的节能节水效果。

根据测量计算，改造后较改造前节电约35％，节水约20％。另外，改造后较大地降低了设备故障率，减少了热停工时间，减少了维修人员工作量，降低了维修费用，总之，技术改造后明显降低了生产成本，提高了经济效益和社会效益。据初步估算，设备投资将会在一年半时间内收回。

0 引言

金堆城钼业集团有限公司百花岭选矿厂0# 磨矿系统所使用的渣浆泵承担着矿浆输送任务，系统采用10/8ST-AH型渣浆泵，具有较厚的承磨件及大型托架，可互换金属内衬或橡胶内衬，适用于输送强腐蚀、高浓度或低浓度、高扬程渣浆。

一个输送系统能否正常运行，设备（渣浆泵）的选型尽管非常重要，但用于拖动设备电动机的起动/调速方式也不容忽视。目前，用于电力拖动的起动/调速方式非常多，如：变较调速、串级调速、液力耦合器调速、电磁滑差离合器调速、变频调速等。选择一种调速装置，应在调速性能、调速范围、构造、一次性投资及运行费用等方面综合考虑。在生产过程中，对于关键设备———渣浆泵能否始终处于合理的工作状态，保证生产系统的稳定运行是我们的较终目的。

0#磨矿系统渣浆泵采用的是液力耦合器调速，该调速装置的原理是在电动机轴与负载轴之间加入叶轮，调节叶轮之间液体的压力来达到调节负载转速的目的，属转差功率消耗型调速装置。液力耦合器的优点在于结构简单、价格便宜、无谐波、可空载起动、具有隔振缓冲功能；缺点在于效率低、调速精度与稳定度差、需要断开电动机与负载进行安装，维护工作量大。

由于液力耦合器存在以上诸多缺点，在运行中故障较多，每次故障修复时间长且维修费用高。另外，渣浆泵所配套的电动机号为JS136-8（180 kW）型，属直接起动，起动时对电网冲击较大，按照原变压器保护整定值在该泵启动时曾造成变压器多次跳闸，对磨浮Ⅰ系统浮选生产工艺流程造成了很大影响。为了能使该泵直接启动，已将变压器保护整定值人为调大，但这样又影响了电力系统的安全运行，较易在事故状态下持续时间长，造成事故扩大及越级跳闸故障。因此，选择先进合理的调速装置对磨矿系统渣浆泵进行改造，对满足生产工艺的稳定运行至关重要。

1 变频装置的原理、系统构成与设备选型

在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频器的调速性能较好，调速范围大、调速精度高、运行效、机械特性硬、静态稳定性好、启动/ 制动能耗小、属无级调速。因此，采用变频器对交流异步电动机进行调速控制得到了广泛应用。

变频器一般由整流器、中间直流环节、逆变器和控制电路组成，如图1 所示。整流器把三相交流电变成直流；逆变器利用6 个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路，有规律地控制逆变器中主开关器件的通与断，以得到任意频率的三相交流电输出；由于逆变器的负载为交流异步电动机，属感性负载，其无功能量需要中间直流环节来缓冲，由控制电路实现对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制并完成各种保护功能。

通过对市场调研并综合考虑，改造工程选择了西门子公司MICROMASTER430型变频器。该变频装置具有磁通矢量控制，低频大转矩输出，保实现高性能控制；可实现停机、运行状态的电机参数自整定；内建程序（PLC）运转功能，可实现简单逻辑控制，降。内置优化的PID控制，有闭环预置频率和保持时间设定，P、I 参数完全解耦，方便调节; 多功能输入、输出端口, 可外接编码器和测速发电机，实现高精度的速度和转矩闭环控制;具有人工智能快速稳定的自动节能运行方式和经典的无跳闸连续运行功能，适用于快速启动和冲击性负载；可调载波频率，以改善电压输出特性，防止电机发热；可提供拷贝单元、远距离操作单元、两地控制等丰富的选件，能实现简单、方便的操控；标准配置R485 通讯，可实现现场网络化运行。

变频调速装置控制电路的构成如图2所示。

2 变频器与液力耦合器在渣浆泵上的节能应用比较与分析

渣浆泵是一种平方转矩负载，泵的流量与其转速成正比，泵的扬程与其转速的平方成正比，泵的轴功率与其转速的立方成正比。图3表示了泵的流量Q与扬程H之间的关系曲线。图中曲线①、②分别表示泵在n1下H-Q及P-Q 的特性关系；曲线③表示泵在n2 下H-Q的特性关系。

采用变频器控制，当渣浆泵的转速由n1下降到n2时，在满足同样流量Q2的情况下，泵的扬程下降，泵的轴功率由n1时的BH1OQ2矩形面积变为由n2 时的CH3OQ2矩形面积来决定，泵的轴功率得到明显降低。

采用液力耦合器调速，由于不改变异步电动机同步转速n1，故为转差功率消耗型调速系统。其转速的下调是用加大转差功率消耗来达到的，既浪费电能还加大电机的省耗，不能与变频调速相比的。

液力耦合器与变频器在实践中的对比分析如表1所列。

用变频装置代替液力耦合器对系统进行改造后的节能效益分析如表2和表3所列。

从表2、表3测试计算值可以看出，改造前后功率差值为43.39kW，年运行时间按照350天计算，改造后可节约电能43.39kW×24h×350＝364 476kW·h。可节约电费16.4万元。

3 结语

以变频装置代替液力耦合器，通过对0#磨矿系统渣浆泵调速方式的改造，达到了下列效果:

1)采用变频调速装置解决了电动机直接起动时对电网的冲击，保持了渣浆泵电动机良好的启动力矩，使系统运行更加稳定、可靠；

2）具有明显的节电效果，年节约电量364 476 kW·h；

3）降低了备件消耗，保证了生产工艺的连续性。

随着变频技术的日趋成熟，变频装置在调速与节能方面的优势尤为**，因此，在电力拖动中变频装置的作用将会越来越大。从西门子公司变频装置在我厂0#磨矿系统渣浆泵上安装应用的运行效果表明：较大地改善了渣浆泵的工况，取得了明显的节能效果，降低了备件消耗。该项目的成功实施，为变频装置在我厂其它设备上的推广应用积累了丰富的经验

0 引言
三电平电压型逆变器（VSI）以其输出电压谐波含量小，dv/dt 小等特点而非常适合于高电压、大容量的交流调速场合。目**电平逆变器供电的交流电机调速控制系统在轧钢，水厂、电厂的风机、泵类负载以及电气化铁路牵引系统得到了实际的应用[1]。
由于三电平逆变器的变频调速系统一般工作电压比较高，逆变器输出电压跳变幅度比较大，必然产生很高的dv/dt，同时由于开关频率低，其电流的谐波畸变不容忽视[6]，因此在调制中要尽量减少谐波含量，以提高逆变器的输出波形质量和电机的使用寿命。文献[2]分析了三电平逆变器带非线性负载时奇次谐波引起低频振荡，但不会使中点电位不平衡，而偶次谐波引起中点电位的漂移和不稳定；文献[3][4]以三角载波法生成非线性方程组，通过开关时刻的优化选择，选定的低频次谐波，计算量较大；文献[5]分析了偶次谐波产生的原因，没有结合逆变器的调制方式分析结果。本文主要讨论逆变器的运行模式，合理选取各矢量的作用顺序以达到消去偶次谐波和维持直流侧电容电压平衡的效果，结果和实验结果证明了此方法的有效性。
1 三电平逆变器空间矢量调制的三种模式
图1 为二极管中点箝位（NPC）三电平逆变器电路原理图，每一个桥臂由四个开关管组成，同时每一个桥臂具有三种输出状态。以U相电路为例，当S1u、S2u 导通时U 相的输出电压为Vdc/2；S2u、S3u 导通时U相的输出电压为0；S3u、S4u导通时U相的输出电压为-Vdc/2。于是U 相可以得到三个电压值：Vdc/2、0 和
-Vdc/2，其各相开关状态和输出电压可以由表1 表示（x分别表示u、v、w）。 一般的塑件的生产过程中有下面几个环节：锁模、射胶、熔胶、保压、冷却、开模。注塑机在不同工序下需要的流量和压力不同，须依靠比例流量阀和比例压力阀调节不同工序所须的流量和压力，在某些过程，需要的压力和流量不是较大值，油泵供油量大于执行元件所需的油量，多余的处于高压状态下的液压油全部经溢流阀回流，大量的能量通过油的温升消耗掉。这样既加剧了各种阀门的磨损，又造成油温过高，而且为了降低油温，往往还需要额外的冷却水循环，造成能量的进一步浪费。

二、变频器节能的原理：
    介绍说定量泵可以通过调节转速来调节流量，使用变频器来进行调节油泵马达的转速进而调节流量是目前较理想的节能调节方式。变频器控制原理就是跟随比例流量阀和比例压力阀的信号，实时控制油泵马达转速来调节油量，满足各个动作环节的需要，可以将溢流量控制在较小状态，从而节约了能源。
    利用注塑机本身的比例流量阀和比例压力阀的电流信号来控制变频器，使得变频器自动跟踪注塑机的工作状态、工作压力及流量。即通过变频器准确地调节油泵的转速，使油泵的实际供油量满足塑机需要的工作流量，既满足生产需要，又达到节能目的，。通常能达到油泵马达节电30%—60%的效果。
    因此推广交流变频调速装置在注塑机上的应用，对于减少能源浪费具有重要意义。

三、节电原理分析
1、工艺过程节能分析
    注塑机成型工艺是一个按照预定的周期性动作过程，即以合模——射嘴前进——射胶——保压——溶胶、冷却——开模——**出制品——**杆退回—合模等加工工序达到某件产品成型。注塑机通常采用液压传动，其结构包含装置、开合模装置、液压传动装置和电气控制装置，后者的作用是保证注塑机按工艺过程以预定每个工序的要求（压力、速度、温度、时间、位置）和动作程序准确有效地工作。在传统的注塑机中，液压传动装置主要由油泵、液压控制阀、压力电磁比例阀、流量电磁比例阀、各种不同的动作油缸、油泵电机及其它液压附件和管道组成，其中，油泵是定量油泵，电动机通常提供额定功率和转速，油泵将电动机所输入的机械能转变为压力能，然后向液压系统的液压元件输送具有一定压力和流量的液压油，满足液压执行机构驱动负载所需能量的要求。
2、使用节电和市电前后对比

四、目前注塑机行业变频器使用存在的主要问题及对变频器性能的要求：
    自从认知了变频器在注塑机行业改造后，近几年在此行业不断地进行了技术改造。但通过现场改造后，发现存在如下几个方面的问题：
    1、由于变频器存在加、减程，导致注塑过程经常处于加、减速的过程中，注塑产品是一个对工艺比较敏感的过程，往往加程会使产品产生严重缺陷。所以要求加程要非常快，即要求动态响应非常快，否则会造成成品率下降的情况。
    2、变频器控制的注塑机产品周期会有所加长，使得产能下降。这是目前很多变频器在注塑机行业的技术瓶颈。要求变频器有很好的动态响应特性。
    3、注塑机在合模时需要很大的力，变频器控制时经常会出现过流的情况，所以要求变频器有强的过载能力。
    4、变频器作为一个干扰源经常对注塑机的温度板、动作顺序会有一定程度的干扰。要求变频器一定要作抗干扰处理。

五、易能注塑机变频器介绍：
    EDS2800系列和EDS2860系列变频器是易能电气推出的工程专用型高性能变频器。实现了高转矩、高精度的高性能调速要求。由于采用了*创的电流矢量控制算法，输出转矩大，在瞬时过载能力为200％，150％的过载可以维持3分钟，完全满足了注塑机的工况要求。
    本系列变频器设计了专用的注塑机信号通道，可以直接输入0～1A电流信号或0～10V电压信号，方便客户信号的处理，不需另外增加信号处理单元。

六、易能变频器用于注塑机时的线路图：

七、易能变频器在注塑机的技术优势：
1、 注塑机专用变频器为电流矢量方式，起动转矩大，0.5HZ可以达到150%的额定转矩；动态响应快，适合注塑机快速变化现场。
2、 变频器模拟量输入与对应频率的对应关系可以设为折线式，可设置两个拐点，便于满足锁模时所需要的强大的力。
3、 可直接接常受0～1A的电流信号和0～10V的电压信号，可直接从比例流量阀获取转速控制信号，并且为两路独立信号，方便压力和流量信号的叠加，特别适应比较特殊的场合。
4、采用两路信号单独隔离供电，保证了信号的安全性，减少了互相干扰。
5、为了适应客户需要，特别设计生产注塑机一体化控制柜（EDS2860系列），内置了市电和节电转换系统，在变频器发生故障时，可以转换到市电运行，不会影响正常生产。
6、EDS2860系列注塑机一体化控制柜，合理地结构设计，可以就近安装在注塑机旁边，不占用工厂内的空间；美观的外形设计，和注塑机很好的融为一体。

八、注塑机使用变频器时的注意事项：
    变频器的选型：在对变频器的选型时应根据负荷的性质和要求来定。因注塑机的负载性质是恒转矩类，机械特性较硬，动态特性要求较高，所以应选用高性能变频器（如：EDS2080系列和EDS2860系列）。
    变频器容量的选择：在选配变频器容量前，应实测一塑机在各个工序过程中，油泵电机工频状态运行的较大负荷电流，作为选择变频器容量的依据。变频器的额定电流较好为控制电机额定电流的1.1-1.5倍，且电压等级与控制电机相符，对于易能注塑机专用型变频器，由于其输出转矩较大，一般情况下不需要放大一个规格，可以根据功率进行匹配。
    变频器的安装环境：因为塑胶厂环境温度高，塑料粉尘多，因此节能装置的柜体要设计合理，柜内变频器周围应留足够的空间，保证良好的通风渠道，并加装冷却风扇以强迫风冷。现场需安装在通风良好，远离热源和尘埃多的地方。
    变频器对注塑机工作的干扰处理：变频器的输入和输出电流中都会有一定量高次谐波成份，传出来便形成了干扰注塑机正常工作的信号。应采取以下措施：
1、不要将变频器的输入、输出电缆与变频器的控制信号（包括其它设备的控制信号线）平行走或捆扎在一起；
2、在变频器的输入、输出侧加装磁环（抗共模干扰零相电抗器）减小高次谐波电流， 
3、变频器的外壳和注塑机外壳都必须可靠接地
4、对于温度干扰的，可以考虑单独对温度检测进行