西门子6ES7221-1BH22-0XA8量大从优

西门子6ES7221-1BH22-0XA8量大从优

一、概述 

随着国民经济的快速发展，水泥及其制品在基础建设领域中发挥了巨大的作用，其行业呈现出一派朝气勃勃的兴旺景象。但由于该行业设备从国外学习和引进的时间较早，设备国产化的的时间也早，大约在上世纪70年代已经定型。多年来，大部分的设备厂商未调整产品结构，没有进行深入的开发，而且又不继续引进新技术，沿用上世纪70年代的技术进行生产，调速的方式大部分都以电磁调速为主，造成大批能耗高、性能低的水泥制品设备继续进入市场，并且这些能效比很低的设备一直在运行，大量消耗电能。 

水泥管加工容易、原材料来源广泛、价格低、使用寿命长，并且，在建筑、**施工中得到了广泛的应用。水泥管桩因其施工方便快捷，省时、省工且质量可靠，造价相对低廉，大量用于高速公路，桥梁，房屋基础，河堤，码头的基础设施中。 

二、水泥制管的工艺过程 

水泥管桩是众多的水泥制成品之一，它的生产工艺有多种，为保证水泥管管壁厚薄的均匀性、致密性，其中使用较普遍的生产加工工艺是离心成型法。离心成型是将完成配料好的混凝土注入模腔中，首先进行低速搅拌，搅拌均匀后电机升速到中速，在离心力的作用下基本成形，且混凝土逐渐密实，再经过高速成型脱水，整个工艺过程结束。水泥电杆的生产也是用类似的离心浇注法，其生产工艺与此大体相同。 

离心成型法对电气传动设备要求较高，首先要求满载启动，启动力矩应在电机**额定力矩以上；其次低速运转的时间长，要求低速力矩大；最后由于制管机调速范围大，为保水泥管桩的质量，要求在整个工作速度范围内，转速基本稳定。早期的调速方式有机械式分级调速、整流子电机调速、直流调速、电磁调速等。由于电磁调速结构简单，使用简便价格相对较低，因此，近年来在水泥制管设备中，电磁调速用得较多。但电磁调率低，较高转速时效率为85%，速度越低效率也越低。水泥管离心成形工艺低速的时间占50%左右，电磁调速速度低速时耗能相当大。 

水泥制管机负载机械特性为大惯性负载，起动前模腔内需加足一根水泥管桩定量的混凝土，启动后低速运行，显然是重载起动。电磁调速器低速运行时机械特性软，低速转矩较差，要保生产的正常进行，电动机的容量选得较大，这又使耗能进一步增加。一般制管机的电气传动由1台75kW（55kW）的电磁调速电机驱动。电磁调速电机的调速的范围有限，而低速力矩又较差，但混凝土进行低速搅拌要求力矩大，不能满足时转速会出现不稳定现象，甚至可能无法启动。转速的不稳定性对产品质量有一定的影响。另外，4较交流异步电动机的额定转速为1440r/min，但电磁调速器较高只能调到1200r/min。速度高，对水泥管的质量的提高有益。从以上制管机对电气传动的要求上看，用电磁调速器是一种无奈的选择。现在变频器的价格已经下降到合理的水平，以变频器的优异性能完全可满足制管工艺要求，用变频调速代替电磁调速是较佳的选项。

三、水泥制管的变频调速 

根据以上的情况，变频器的机械特性近似为恒转矩，电机在5Hz便可运行，高速50Hz时可达1440r/min，调速比1：10，较大地满足了水泥制管的工艺要求。东莞市大岭山鸿基管桩厂有4台离心浇注机，电机的型号和功率分别为Y260M-4-75KW2台，Y250M-4-55KW2台，全部采用电磁调速。将电磁调速改造为变频调速，简单的方法是用变频器驱动电磁调速电机，将电磁调速器杯型转子的励磁调到较大，如前所述效率为85%。为达到较高的节能效率，将电磁调速电机换为普通Y系列三相鼠笼电机，变频器用菱科SB40S75KW2台，BT40S55KW2台。变频器设置为外控端子操作，电位器调节变频器的频率。加速和减速时间设定比较长，均为120s，降速到变频器的输出频率5Hz时，启用直流制动，操作十分方便。使用了变频器后，转速稳定性好，管桩的成型的质量有了较大的提高。变频调速后，考虑到电机运行在低速的时间比较长，电机的散热受到一些影响，温度会升高。在改造过程中，将电磁调速电机换为Y系列交流异步电动机时，如果是等容量的代换，由于原来电机的容量就选得比较大，改造后电机的温升不会**过额定值，不必加恒速风扇降温；如果是非等容量代换，代换电机的容量比电磁调速电机小时，那就需在电机尾罩上加恒速风机，以利于电机的散热。 

四、节能分析 

水泥制管机是采用55kW或75kW的电磁调速电机，转速通常控制在300-1200r/min，这是根据离心制管工艺情况，对电机速度进行控制。实践证明，采用变频调速的方法取代电磁调速平均节能量50%左右

与所有小型机一样，CPM1A系列PLC采用整体式结构， 内部由基本单元、电源、系统程序区、用户程序区、输入/输出接口、I/O扩展单元、编程器接口及其它外部设备组成。
1．基本单元
CPM1A系列整体式PLC的基本单元又称主机单元，内含CPU，可以单独使用，是PLC控制系统不可缺少的部分，其外部连接口主要有I/O接线端子、各种外连插座或插槽，以及各种运行信号指示灯等部分。I/O接线端子可直接用来连接控制现场的输入信号（开关、按钮等）和被控执行部件（接触器、电磁阀等），总的I/O端子数量就称I/O点数，CPM1A系列整体式CPU可分作10点、20点、30点、40点。
在CPM1A系列PLC主机面板上有两个隐藏式插槽。一个是通讯编程器插槽，插接手持式编程器即可进行编程和现场调试，或配接一个专用适配器RS-232即可与个人计算机（PC机）连接，在bbbbbbs系统平台下可直接用梯形图进行编程操作，大大改进了编程环境，并可以进行实时监控和调试。另一个是I/O扩展插槽，可用于连接I/O扩展单元。
CPU主机面板上设有若干LED指示灯，其灯亮、闪烁表示单元状态见表4-1：
表4-1   CPU主机面板LED指示灯状态指示
LED
显示
状态
POWER（绿）
亮
电源接上
灭
电源切断
RUN（绿）
亮
运行/监视模式
灭
编程模式或停止异常过程中
ERROR/ALARM（红）
亮
发生故障
闪烁
发生警告
灭
正常时
COMM（橙）
闪烁
与外设端口通信中
灭
上述以外
2．I/O扩展单元
I/O扩展单元主要用于增加PLC系统的I/O点数以满足实际应用的需要，I/O扩展单元与CPU单元相似，体积稍小。它没有CPU，不能单独使用，只有I/O扩展插槽而没有通信编程器插槽。在它的左右两侧设有I/O连接插座，当CPU单元需要扩展I/O点数时，可直接采用带扁平电缆的插头连接即可。输入、输出端子分别连接输入或输出电路，其对应LED显示灯亮、灭分别表示输入或输出的接通状态。扩展单元的I/O点数分别为12点/8点，只有I/O为30点和40点的CPU单元才能扩展，且较多连接3个I/O扩展单元。
3．编程器
CPM1A系列小型机可采用多种编程设备进行编程，在现场调试和编程比较常用的是手持式编程器。这种编程器体积小、结构紧凑、便于携带。它通过连接电缆直接插入编程器槽，在距主机一定距离处即可进行编程。利用手持式编程器可进行用户程序的输入，修改，调试以及对系统运行情况进行监控等操作。手持式编程器只能用助记符号指令输入程序，而不能直接显示梯形图。

CPM1A系列PLC也可以采用计算机进行编程和实时监控，OMRON公司SYSMAC C系列PLC配备专用编程软件CX-Programmer

一． 概述

    变频高速器的出现为交流异步电动机的调速方式带来了一场。随着近十几年变频技术的不断完善、发展，变频调速性能日趋完美，已被不同学科、不**业的工程技术人员广泛应用于不同领域的调速。为企业带来了可观的经济效益，推动了工业生产的自动化进程。水泥制造业是建材业中的能耗大户，降低能源消耗，提高产品质量是提高企业竞争能力和经济效益的重要措施。节能降耗已成为每个企业管理者所关心的重点。

    我公司的工程技术人员针对中小型水泥厂机立窑供风系统、机立窑卸料系统、水泥选粉系统进行了长期跟踪专门研究，开发出的变频调速控制成套装置通过几十条水泥生产线实际应用，以其设计合理、结构紧凑、安装调试方便、保护功能完善、运行稳定可靠、节电效果明显、生产工艺可得到明显改善等优点赢得广泛赞誉。

二． 立窑螺茨风机变频改造

1．工况分析

    以恩平君堂水泥厂为例，该厂罗茨鼓风机有两台，一台电机的功率为215KW、额定电压380V、额定电流415A；另一台为185KW、额定电压380V、额定电流367A。立窑罗茨风机在设计时一般考虑到较大生产量时需要的风量，且留有一定的裕量，一般在20％左右，以延长风机及电机的使用寿命。又在生产工艺过程中的不同阶段立窑所需供风量也不同，因此在生产时就常会出现风量过大，风压过高。目前操作工人一般根据生产工艺的不同阶段来调节进风量，调节风量的措施是在风机出风管上开一放风的风门，调节放风风门的开度即可调节供风量的大小，这样大量的多余风量被排入大气中，造成能源的浪费，且在放风过程中，噪声很大。

2． 解决方案

    针对以上的工况，我公司认为可以采用以下的改造方案：

（1）将原拖动系改造为变频调速拖动系统，两套变频调速拖动系统选       用的变频器分别为SY6000-220G、SY6000-3200G型，两套系统原理一样。变频改造后的供风系统是在保留原降压启动控制系统的基础上增加一套变频调速系统与原控制系统并联，形成的双回路控制系统。其特点是双控制回路互为备用可靠性高，设备检修时不用停机，保障了生产的连续进行。关闭放风门，通过改变电机的转速来改变系统供风量，从而达到节能降耗的目的。系统图如下：

（2）  为方便窑面操作人员控制风量，将变频器设置为端子控制，控制信号引至窑面，在窑面装一操作面板，通过操作面板便可控制风机的启停、调节供风量，操作人员根据煅烧工况，可随意调节风量大小。操作面板上安装有一转速表，可指示风机电机转速。

3． 改造后用户受益

（1） 改善生产工艺。改造后可根据生产的不同阶段平滑地调节供风量，使保证了产品的质量。

（2） 改善生产环境。由于变频器可任意调节风机电机转速，因此可按所需风量准确调节风量，无须旁路放风，大大降低因排风引起的噪音，减少水泥粉尘污染。

（3）  减少设备维护工作量。由于变频器具有软起动功能，电机启动时，无大电流冲击，延长设备使用寿命，维护工作量大为减少。

（4）  节能降耗。改造后节电效显著，根据原设备及生产工艺状况，节电率可达15%-40%，一般6～12个月可收回全部投资，投资回收，综合效益可观。

4． 螺茨风机变频器参数设定:

1．工况分析

    为使水泥烧结过程“三平衡”（即加料、供风、卸料三平衡）机立窑生产者普遍选用滑差电机作为盘塔式卸料装置的动力。该电机在同等条件下运行较普通Y系统列电机多耗电20%而且调整特性软，带载能力差，在粉尘严重的水泥行业滑差头故障频频，维修困难，以多耗20%的电能，换来调整特性软，是很不合适的。目前该厂有卸料机2台，功率为22KW,转速1460转/r，额定电流为45A的滑差调速电机，实际运行的转速为400转/r，滑差调速电机属典型的通过转差率来调速的，随着转速的降低，转差率增大，由此引起的内转子转差功率增加部分，全部转变为热能损耗，系统效率显著下降。

2．  改造方案

    将22KW的滑差调速电机的滑差头钻孔装配螺丝，使电机轴与负载轴作硬性连接，如滑差电机快到使用寿命可更换成普通的笼形电机，改造后的电机通过变频器来启动和调度。盘塔式卸料装置属典型的恒转矩负载，用变频调速代替原来的滑差调速系统效率大大提高，下图为两种交流调速系统拖动恒转矩负载所需的功率随转速变化的曲线，图中斜线部分为两系统所需功率之差，由下图可知负载转速越低，变频系统节能效果越显著。

3．用户受益

（1） 系统经变频改造之后，节电率可达35%以上，效益显著；

（2） 系统使用更方便。变频改造后调速性能远优于滑差调速，调速特性硬，带载能力提高。

（3）大大减少设备维护工作量，维修费用节约50%以上，保证了生产的连续进行。

4．卸料机变频器

1.  工况分析

    根据水泥标号的不同，要求水泥成品选粉细度不同，而老式选粉机要改变选粉细度，其过程相当麻烦，不单要停产，而且要将选粉机拆开，调整同轴上的每组扇叶的数量和角度。这个过程又没有一定的标准，只能按照经验一次一次对比试验，每次都重复这样过程：开机组调整扇叶 装上机组 试选 检验细度——直到选出的粉达到要求的细度为止。

2． 改造方案

    将选粉机电机采用变频器拖动，根据水泥标号的不同，逐号试验出电机所需转速，将这些转速预置为变频器的多段速。在机旁设置一选号面板，面板上有变频器启停按扭，水泥选号按钮。变频器由端子控制，多段速所需的开关量由选号面板的按钮给出。

3．造粉机变频器参数设定：

（1） 提高了使用的方便性。变频改造后只须按下提前预置的不同标号细度按钮，选粉机选出的粉粒就是您所需要的细度。

（2） 优化了生产工艺。变频改造后，可平滑调速，这样就可根据水泥标号及实际选粉细度的不同方便地调速电机，使选粉精度更高。做到了连续化、自动化生产，既节约了宝贵的时间又提率，

（3） 提高生产效率。变频改造后自动化程度、生产的连续性提高，降低了生产人员的劳动强度，综合效益明显。

  英威腾CHV180系列矢量变频器用于起重行业，控制提升以及大小车电机，采用闭环矢量控制，S曲线加减速，无溜钩，保系统运行的稳定性、方便性。多电机参数辨识。单台变频器通过参数切换实现多组电机控制。

关键字：CHV180，闭环矢量，参数切换

一、系统概述：

    门吊机是起重行业当中的一种典型设备，广泛应用于室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。一般系统有提升、大车、小车三种工艺需要控制。现均可采用变频调速实现。其中提升机对变频器的要求较高，上、下行不能产生“溜钩”现象，性能上零速时需要输出至少150%以上的额定转矩；功能上需有可靠的抱闸时序控制。大、小车共用一台变频器控制，能实现两组参数辨识及切换。以降低设备整体成本。

    根据上述特点，我司开发了专用软、硬件，配置于CHV180系列产品中。实现对吊机的精确控制。

    对于提升机械，采用闭环矢量控制，增加抱闸控制功能。有效地实现不溜钩；内设S曲线加减速模式，保重物提升过程中的稳定性。对于大小车单变频器切换控制，除拥有提升机械的性能功能外，还增加特殊功能，单台变频器可辨识多台电机，采用并联的方式。同时单台变频器控制两组电机，哪组电机需要控制运行时，变频器自动切换到哪组电机参数。

系统优点：
1. 可靠的抱闸逻辑控制，同时抱闸时间可调，在保证不溜钩的同时，也避免了电机的大冲击电流。
2. 高性能的闭环矢量控制，在零速时可输出180%的额定转矩长达10S。增加了系统的可靠性。
3.加减速按照S曲线模式，增加了工作的稳定性，减小了机械冲击。延长设备使用寿命。
4.多电机并联后，变频器自动辨识参数，建立有效的数学模型。控制精度非常高。
5.单台变频器切换控制2组电机，自动辨识并存储两组电机参数。降低了设备的整机成本，较大提高了整机的竞争力。
6.可调转矩补偿，实现精确控制。

二、系统框图：

三、控制原理：
    主提升电机由单台变频器控制，做矢量闭环运行，其中抱闸控制由变频器发出信号给PLC控制柜，控制柜接收到信号后，控制抱闸的松合。提升变频器外接制动单元DBU（配制动电阻）或回馈单元RBU，直接将能量反馈至电网。本系统中使用DBU。

    大小车控制，通过专用参数组实现。运行过程中，接收到控制柜发出的切换信号后，变频器通过一定的延时（可参数设定），自动切换到控制组电机，同时将编码器参数切换，实现单台变频器控制两组电机的目的。

四、调试过程：
1. 提升调试过程：
1）电机参数辨识：辨识电机参数在电机轴与负载脱开的情况下进行，具体过程如下：
a） 首先设定电机参数，见下表：电机参数输入P2.00,P2.04-P2.08,

2.大、小车调试过程：
    大、小车共用一台变频器控制，其中大车六台7.5KW电机组成，其中一台电机安装好编码器；小车由两台22KW电机组成，其中一台电机安装好编码器；具体过程如下：
1）参数切换控制设定的参数见下表：

2） 参数辨识：在脱离电机轴与负载的情况下，分别学习好两组电机的参数
a）参数辨识过程与提升电机参数辨识过程一样，现在通过手动控制，使变频器分别拖动大小车两组电机，大车电机将6个电机作为一个整体控制对象来看，这时设定的电机参数中电流与功率为6个电机之和。同理小车亦采用同样方法处理，如下表：

大小车设定的参数：
大车：

c） 设定编码器参数P4.00-P4.01,

d）根据客户提出的电机加减速时间，计算出S曲线的加速、减速、停机的时间P1.08-P1.13,

e）分别进行电机参数自学习，学习出参数见下表：

3）闭环运行：
    参数学习好后，通过增加的参数组（见五），由操作台控制大小车切换动作，变频器自动切换两组参数拖动两组电机分别闭环运行。

五、参数简表：

结束语
    起重机行业对变频器的性能、功能有着非常高的要求。目前国产变频器几乎没有在这一行业中的主流设备使用，通过对市场的调研，西门子、ABB、GE、安川等国外品牌统领着这个市场。在这种情况下，英威腾公司通过深入的市场分析，开发出起重行业专用变频器系列产品CHV180系列，通过现场是实际运行，取得了良好的效果。