西门子6ES7223-1BM22-0XA8量大从优

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1 .交流变频调速的特点   

1 .1 减少功耗降 

     纺织厂离不开空调设备。当空调电机使用变频调速器控制后，降低了功耗，大大节省了用电支出。《据某公司提供的数据，全年 12台空调机可节电24余万元，空调用电单耗平均下降了6、7个百分点。》  

1.2  简化了机构提高了性能  

     通过PLC可编程序控制器或工控机的控制，再经变频调速器实现多电机的同步协调运转。根据生产工艺曲线控制各机构的运动，进而简化了机构。比如粗纱机利用交流变频调速，去掉了锥轮变速机构，从而克服了锥轮变速皮带打滑变速不准的问题。  

    而对于细纱机来说，由于利用变频调速器去掉了成形机构中的成形凸轮，进而克服了由于成形凸轮所造成的桃底有停顿、桃**有冲击的现象，使得细纱卷形状良好。以便于下一道工序的高速退绕。同时利用变频调速器控制主电机的变速来控制锭子的转数，使得细纱在大中小纱时转速在变化，以减少纱的断头率。  

2.  交流变频技术的应用   

    变频器控制的纺织机械所用的交流电机主要分为两类。一类就是常用的Y系列的交流异步电机。这种电机主要应用于调速精度要求不高、调速范围不大的纺机上。而另一类为交流变频调速专用异步电机。主要用于调速精度要求高、调速范围大的机器上。  

    下面介绍一下不同形式的变频器。  

    （1）用变频器开环控制异步电机调速称为V/F形式（ 如四方的E350系列变频器 ）。这种方式电路简单、可靠。但调速范围在10：1范围以内，调速精度较低2% ～ 5%，并且低速性能不理想。因此多用于针织机或要求不高的纺织机械上。  

    （2）采用无速度传感器矢量控制变频器（ 如四方的C320系列变频器 ）。其有优良的低速特性。电路结构简单，可靠性高。同时还具有较好的加减速特性、转矩特性以及电流限制特性等。调速精度可达 0.1%。 调速范围在20：1范围以内。较适合印染机械的调速等。  

    （3）采用带速度反馈的矢量变频控制异步电机，闭环变频调速，又称交流伺服电机。调速范围可达100：1。为了提高变频器开关频率，应用功率绝缘栅双较型晶体管（IGBT）取代一般的大功率管（GTR）。可实现响应、高精度、智能化。适用于调速要求较高且恒张力、恒线速的分条整经机、浆纱机、热定型机以及化纤长丝纺纱设备等。  

    在一些设备上，如巴马格高速的卷绕头以及DLENES高速的热辊等部件，将所需电气元件与变频器及控制面板与卷绕头机械部分合为一体，更是减少了体积，增强了可靠性。  

3.  变频调速器在纺织中的应用实例   

    变频调速器应用于纺纱机械中，可以说几乎各个工序的机械上都应用了。包括开清棉机、梳棉机、条卷机、精梳机、并条机以及粗纱机、细纱机和洛简机等。对于织造机械则有浆纱机、整经机等。另外针织机、无纺布、化纤机械、印染机械上也大量适用了交流变频调速器。下面重点介绍一下粗纱机机浆纱机。 

3.1 FA491高速悬粗纱机  

    此种为我国近年来开发出的新型粗纱机。采用工控机、PLC及变频器控制4台电机，分别转动锭翼、罗拉、简管及龙筋升降，去掉了锥轮变速装置、成型装置等，简化了机构。效、可靠性高，低噪音，便于操作及维护保养。工艺适应性好，减少断头。较高速可达标1500r/min，实现了人机对话、停车翼自动定位等新技术。是一种高水平的粗纱机。  

3.2 GA308型浆纱机  

    本浆纱机为交流分布传动。其中上浆槽、下浆槽及烘筒为交流变频电机传动，而织轴及拖引辊为交流伺服变频电机单独传动。共适用了5台变频器、2台伺服控制器以及压力、温度、回潮率等传感器。由工控机和可编程序控制器PLC控制。构成了一分布控制系统。其中PLC用来整机的动作以及回潮率、烘房及浆槽的温度及压浆辊压力等参数控制。整机受工控机的控制。此机控制精度高，性能稳定，故障率低。是一种高质量、高水平的设备。  

4 . 变频器在纺织行业的应用展望   

    我国纺织业国际化迈进的进程正在加快。但与国际水平比还有一定的差距，为了缩小差距，我们应在纺织机械的机电一体化的水平上不断提高。把交流变频技术更好地应用于纺织机械的控制之中。   四方C320系列无传感电流矢量型变频器和E350系列增通型通用变频器已经可以满足纺织行业 70%～80% 对变频器的使用要求。 四方公司 也会一如既往地努力开发出更多更先进的带纺织功能的 四方变频器 ，为推进中国纺织行业自动化进程做出贡献。

    一是直流可控硅调速，主要用在较大型卷筒纸报刊和书刊印刷设备，目前仍在广泛应用。二是有些设备采用三相交流整流子电动机进行调速，现在已经不再使用。另一种是采用电磁调速电机，即俗称滑差电机调速，这种调速方式在印械设备中应用相当广泛，当然也不排除某些设备采用定速传动。近年来，新开发的产品，只要设备需要变速或无级传动，多数采用了变频器调速，甚至包括较大型的印刷设备。企业普遍已经形成共识，采用变频器调速是印械设备提高技术水平的一种象征，当然也是节约能源的一种选择。

    印械设备不同于其它机械设备，它的加工对象是包括各种厚度的纸张、纸板、薄膜，当然也包括较薄的金属材料等承印物。印刷设备按不同印刷品的要求，采用各种印刷方式（凸、平、凹、孔、特印），将各种颜色按比例准确的印刷在承印物的规定位置上，从而形成包括文字、影像在内的五彩缤纷的彩色印刷品。印刷后的半成品，还要通过大量的印后设备完成书刊的折页、配页、上封皮、装订成为平装、精装书刊。报纸印刷完成以后，还要通过堆积、计数、插页、打捆、发行等设备，才能达到邮发的条件。包装品—纸箱、纸盒、纸袋、不干胶商标等印刷品在印刷完成以后，还要进行模切、开槽、喷码、制盒、制袋等作业，才能成为成品。对于承印物加工机械设备可以将其裁切、分切、横切、模切、烫印、复合、上光、压纹、覆膜、等工艺加工，成为不同尺寸、不同形状、不同装饰、不同材料的半成品或成品。因此印械设备家族之庞大、品种之繁杂、工艺之多样，将是变频器应用的广阔市场。

    2   印械设备的简单分类

    （1） 印前制版设备

    激光照排机、照相机、晒版机、数字直接制版机、胶片输出机、烤版机、自动制版机、雕刻机等。

    （2） 印刷设备

    凸版印:铅印机（已经淘汰）、不干胶印刷机（间歇式）、柔版印（感光树脂版）、移印机、瓦楞纸印刷开槽机等;

    平版印（胶印机）:单张纸印刷机（规格分全张、对开、四开、八开）、卷筒纸印刷机（报纸、书刊、商业）、表格印刷机、名片印刷机等;

    凹版印:单张纸凹版印、卷筒纸凹版印、印钞机、邮票印刷机等;

    孔版印（丝网印刷机）:平型丝网印刷机、滚筒式丝网印刷机、异型丝网印刷机等;

    特种印刷机:喷墨印刷机、热转移印刷机、打印机、静电印刷机、盲文印刷机等;

    数字印刷机:一体机、在机制版印、无版印（电子油墨）、数字印刷机等。

    （3） 印后设备

    书刊装订设备:骑马订书联动机（包括配页机、订书机、三面切书机）、无线胶订联动机、精装联动机、包本机（包括直线、圆盘、椭圆包本机）、制壳机、锁线机、上书壳机、压平机、折页机等;

    报纸印后设备:堆积打捆机、烘干机、报纸发行设备、插页机、给纸机、纸张输送设备（龙骨）等;

    包装印后设备:模切机（包括平压平、圆压圆、圆压平三种模切方式）、切纸机、分切机、横切机、制盒机、上光机、覆膜机、压光机、信封机、烫金机等。

    （4） 辅助设备:数控弯机、磨机、打孔机、弯版机、给纸机、烘干机、冷却机等。

    （5） 配套产品:磁粉制动器、离合器、印专用轴承（带偏心，中心可调）、温控器、张力控制系统、调偏装置、墨色遥控装置、自动套准装置、测速电机、红外线加热器、紫外线加热器、自动套准装置、数控驱动系统、伺服电机（包括微型伺服电机）、变频器、PLC可编程序控制器、触摸屏、号码机、光电开关、CCD摄像头等。

    3  印械设备的主要运动特点

    印刷机械的主要运动特点:加工对象是各种柔性承印材料，在加工过程中，既要保证承印材料按规定要求运动，又要在承印材料的行进中，完成各种颜色的印刷或对承印物的加工，从而产生了印刷机械的传纸运动和印刷运动两条运动链，而且是相互协调的运动链。以卷筒纸平版印为例，这种设备为保变速操作和印刷的需要，当前不少设备仍然采用直流调速的拖动方式，控制整台机器的两条运动链。为完成印刷品的制作，还有多项运动需要完成，如:保证操作点动（上印版、清洗滚筒、穿纸）工艺要求，与直流电机同轴还有一套交流电动机和摆线针轮减速器，以完成低速、点动的工艺要求。另外，在印刷过程中，水、墨供给量与印刷速度有直接关系，因此出水、出墨辊有两个单独的直流伺服电动机带动。其它还有若干定速传动的电动机，负责印版滚筒的调偏、上纸及纸卷左右位置的调整等操作。为了保证印刷质量，承印材料需要用磁粉制动器控制送纸张力、需要测速电机指导水墨的供应、需要调偏装置控制纸张的走纸路线等，这些机构中也有不同形式的电机参与工作。其它印刷机和印刷机械也存在相同或专有的工艺特点。

    对以各种印刷方式的印而言，设备的运动首先是变速运动的方式，在工作中包括:

    （1） 在出厂前设备需要进行空运转试验，这种运转试验包括工作运转试验、高速额定运转速度试验;

    （2） 印刷机是一种光电一体化的设备，在装配中要进行多种功能匹配性的调整，如:走纸双张红外线控制、输纸定位装置的调整、纸张自动升降的调整、纸张交接的调整、张力控制的调整、气动装置的调整等等，都需要设备的低速运行;

    （3） 设备投入使用以后，在印刷工作中需要装印刷版、擦印刷版和擦橡皮布等作业的点动运转;

    （4） 设备需要在正式全速印刷之前，要完成慢速走纸、印刷套准和水墨平衡等功能的调整，在印刷品达到各项质量要求以后，才能进行全速印刷;

    （5） 根据印刷品的颜色多寡要求，运动链的长度也需要某些调整。
对于印以外的设备，同样也存在不同的工艺、不同的变速要求。

    4  目前变频器应用的主要产品

    印械设备采用变频调速器开始在20世纪80年代初，当时国内主要印械企业开发的新产品，以提高技术水平为目的开始采用变频器调速装置，采用变频器的产品有单张纸平版印、卷筒纸平版印，尔后向各种印刷方式和不同印刷开本的设备拓展。后来又到印后的装订机械、包装机械等设备。主要应用产品有:

    （1） 各种规格的单张纸平版印及印后装订设备。
    单张纸平版印以印刷品纸张的大小可以分为全张、对开、四开和八开的印刷机，分别用于包装、书刊、广告、快印行业，尤其彩色印刷机是印刷业的骨干设备，设备的调速系统多年来一直采用电磁调速电机，近年来采用变频调速已经成为时尚。但高档的多色印有的国外企业已经推出，传纸系统由变频电机驱动，印刷滚筒的运转由伺服电机分别带动，两种运动之间的协调关系，由伺服电机跟踪匹配。这种设备的功能机组，如输纸机也采用独立驱动。印后装订设备由只配备一个变频器的独立单机，如三面切书机、单头或双头订书机、圆盘包本机等。还有的印后设备要配备两个以上的变频器，如十个夹子的椭圆包本机需要一个变频器控制闯页振动台，另一个变频器控制设备的主运动。另一种骑马装订生产线同样也需要两个变频器控制配页、装订和裁切成书的装订全过程。

    （2） 各种规格的卷筒纸平版印及印后计数打捆设备。
卷筒纸平版印是我国报纸和书刊印刷骨干设备。这种设备本身就是一条大规模的印刷生产线，他在完成印刷过程的同时，还可以连续完成裁切、折页、计数、打捆等多项功能。随着设备科技发展，卷筒纸印刷机还增加了自动给纸、烘干、上光等功能。然而这种设备从诞生以来一直采用直流可控硅整流调速，通过一根长轴带动各功能机组完成印刷品的制作过程。除老产品外，新开发的产品已经完成变频器调速的改造，还有的新产品彻底取消了长轴，由伺服电机、驱动系统和数控系统独立驱动各功能机组，从而把这种设备带入一个新的境界。变频器在这些设备上，仅用于一些次要的功能，如上水、上墨的调速。

    （3） 各种规格的卷筒纸凹版印及印后包装设备。
    这种设备与卷筒纸平版印有相同的工作方式，不同的地方是凹版印结构比前者简单，承印材料范围较广，可以印刷各种聚酯薄膜，设备采用变频调速和独立驱动的进程是相同的。这种印后设备有复卷机、分切机、复合机、裁单张机、模切机等设备，可以连线、也可以用单独的设备去完成印后的加工。

    （4） 柔性版印。
    这种设备是一种有多种印刷方式和印后加工组成的一种名副其实的生产线，但主要的印刷机组由感光树脂版（凸版）为主要印刷功能。它的调速发展过程与卷筒纸印刷机基本相同。

总之，原来采用直流调速、电磁电机调速、齿轮箱有级调速和其他无级调速的设备基本上都可以改造为变频调速。

    要求变频器要有高可靠性，长期运行无故障。
    要求变频器有旁路功能，一旦出现故障，可使电机切换到工频运行。
    调速范围要大，效率要高。
    具有逻辑控制能力，可以自动按照吹氧周期升降速。
    有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，让风机不喘震。
    经过多方调研、比较，最后新抚钢同北京利德华福电气技术有限公司合作，共同制定了1号转炉除尘风机的变频改造方案，改造方案如下： 
 
    1、设备配置

    KM：变频器供电的高压真空断路器
  KG1、KG2、KG3： 真空接触器
  BPQ：HARSVERT-A06/080变频器
  DJ： 440KW/6KV异步电动机。
  KM为原有高压开关，KG1、KG2、KG3。
    DJ为原有异步电机，如果将来扩容到630KW/6KV普通三相异步电机，变频器必须具备驱动能力。　 
    风机高速运行时，如果变频器出现严重故障，应将电机自动切换到工频电网运行，当前吹炼周期结束后，自动断开KG3，检修变频器，变频器检修完毕后，通过复位按钮，自动返回原变频调速状态。如果在低速运行，则立即断开KG3，开始检修。这样，在变频器出现严重故障时，系统能够自动转入工频电网中，负载不用停机，满足现场不能停机的要求。
 
    2、电机及风机参数
 
    电机参数： 　　　　　　　　　　 风机参数：
  型 号： JK134-2　　　　　　　　 型号：D700-13-2
  额定功率： 440KW　　　　　　　  进气容积流量：700m3/min（混合煤气）
  额定电压： 6KV　　　　　　　　  压力增加值： 2600mmH2O
  额定频率： 50Hz　　　　　　　　 进气温度： 35℃
  额定电流： 50A　　　　　　　　  主轴转速： 2975rpm
  额定功率因数：0.89　　　　　　   轴功率： 370kw
  额定效率： 92.5% 
  额定转速： 2970rpm
 
    3、除尘风机工艺要求
 
    1）吹炼工艺周期 

   A到B为兑铁加废钢时间。
 B到C为风机升速时间，可以调节。
 C到D为吹氧时间。
 D点风机开始减速。
 D到E为倒炉测温取样时间。
 E到F为出钢时间。
 F到G为溅渣时间。
 
    整个吹炼工艺周期约21分钟，其中高速时间（C到D）12分钟。高速定为45Hz,可以调节；低速定为5Hz,可以调节。
 
    2）变频器和现场接口
 
    在B点，由现场提供一对闭合节点（氮氧转换点），变频器从低速向高速启动。在C点，变频器到达高速后，给现场提供一对闭合节点（高速状态节点），以便现场操作工进行下氧工作。在D点，现场向变频器提供另一对闭合节点（风机减速点），变频器开始降速，降速时间不作具体要求，但在减程中如果需要提速，变频器应能满足提速要求。
    风机转速、氮氧切换节点、氧位置节点三者满足如下关系：

    现场提供给变频器的两对节点（氮氧转换点、风机减速点）及变频器提供给现场的高速状态节点均为无源节点，具有2A/30VDC或0.8A/230VAC的容量。
 
    3）变频器技术指标
 
 输入电压 　　　　　　　　　　三相交流有效值 6.3KV±10％
 输入频率 　　　　　　　　　　50±5Hz
 输出电压 　　　　　　　　　　三相正弦波电压0-6KV
 输出频率 　　　　　　　　　　0-50Hz
 频率分辨率 　　　　　　　　　0.01HZ
 加速时间 　　　　　　　　　　可按工艺要求设定
 减速时问 　　　　　　　　　　可按工艺要求设定
 频率设定方式 　　　　　　　　高低两级速度，可在0-50Hz范围内调整
 故障诊断及检测 　　　　　　　自动检测，自动定位
 网侧功率因数 　　　　　　　　0．95（高速时）
 过载保护 　　　　　　　　　　120％l分种（每10分钟）、150％立即保护
 防护等级 　　　　　　　　　　IP20
 环境温度 　　　　　　　　　　0-40℃
 环境湿度 　　　　　　　　　　,无凝结
 海拔高度 　　　　　　　　　　1000米以下
 
    三、设备运行情况
 
    2001年底我公司向北京利德华福电气技术有限公司定购了一台高压变频器，型号为HARSVERT-A06/080，2002年3月14日变频器正式投入使用，我们认为该变频器的生产、安装、调试周期都很短，总共仅有3个多月的时间，为1号转炉按时投产提供了有力的保。
    1、 同原来使用液力耦合器比较，北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频器有以下优点：运行稳定，。原来使用液力耦合器大概40天左右就必须更换轴承，每次需停炉半天左右，带来的巨大的经济损失。HARSVERT-A变频器具有免维护的特点，只需定期更换柜门上的通风滤网，不用停机，保证了生产的连续性。
    2、节能效果显著，大大降低了吨钢电耗。
    3、电动机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，降低了电机的故障次数。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机长期在共振点运行，使风机工作平稳，风机轴承磨损减少，延长了电机、风机的使用寿命和维修周期，提高了风机的利用时率。
    4、变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，大大加强了对电机的保护。在变频器调试期间，变频器自动保护，报电机过流。经检查发现电动机有一相线鼻子发生断裂，电机缺相运行，造成过流。我们及时进行了检修，避免了事故的扩大化。
    5、变频器同现场信号无缝接口，满足生产的需要。变频器内置PLC，现场信号接入灵活。转炉为变频器提供一对高速、低速节点，变频器按照节点的状态自动高速、低速往复运行；将以前仪表柜中的转炉的烟气流量、烟气温度信号接入变频器，把仪表柜拆除，大大节约了场地。变频器自带转速测定，原来同电机相连的测速器也被取消，由变频器为现场直接提供电机转速指示。
    6、适应电网电压波动能力强，有时电网电压高达6.9KV，变频器仍能正常运行。
    7、同液力耦合器比较，在加速期间大大减小了噪声，削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承，减少了机油对环境的污染，使风机房的现场环境有了较大改善。

    四、节能分析

    改造之前，1＃2＃3＃转炉的工况均相同，改造后1＃转炉可以同2＃、3＃转炉作对比，较终以吨钢除尘电耗来分析节能数据。 

    同液力耦合器比较，吨钢除尘电耗平均减少2.76度/吨；1＃转炉年产钢量今年预计为35万吨，电价为0.44元/度；年节电总额为：35万吨×2.76×0.44＝425040元，节电率为39.2%。同时由于HARSVERT-A变频器的可靠性，避免了原来液力耦合器发生故障时，转炉停炉造成高炉甩铁的情况发生，其经济效益、社会效益也是是巨大的。