6ES7222-1EF22-0XA0参数设置

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一、引言
    隧道窑是一种连续式窑炉，目前广泛应用在陶瓷、卫瓷、瓦之素烧、釉烧工程、核燃料、电子等各个行业，就其结构来讲主要由预热区、高温区、急冷区和缓冷区四部分构成成，隧道窑的控制部分涉及风机的控制、温度的检测和控制、压力的检测和控制，以及其它相关控制。下面以某厂的一条隧道窑为案例，介绍其控制系统的实现过程和系统大致工作原理。

二、系统大概要求
1、温度检测和控制区，采用热电偶和PCL控制
2、温度显示区
3、风机选型指南
风机选型包括排烟风机，助燃风机，急冷风机，抽热风机，快冷风机，轴流风机等种类
4、安全连锁要求
开关量互锁：必须是硬件互锁和软件互锁，在设计时进一步落实工艺互锁要求
5、采用工业级人机界面作为控制系统
     现场设人机界面，所有操作均可在人机界面上完成；相关控制信息能传到计算机，计算机只作信息管理用，不参与控制
计算机画面应含有：现场模拟图、温度实时曲线图、控制设定曲线图、历史趋势曲线图、并完成报表打印功能、历史查询、数据存储等功能

三、系统方框图

四、系统功能说明
    整个系统采用CAN总线进行系统布线，进行实时控制，系统采用研祥智能股 份的IPC-843P作为显示控制的人机界面计算机（12.1英寸，真彩色）和用于监控的工控机IPC-810 P4整机（详细资料可参见研祥公司网站www.），提高了系统可靠性和稳定性。
    温度采集和控制部分，都采用PLC模块，同时还有风机控制PLC，开关量PLC等控制PLC模块。每个模块都有与CAN网连接的现场总线接口，以便于各采集模块相连，都有与人机界连的RS1串口，便于现场监示和操作，都有与计算相连的RS0串口，便于计算机记录管理。
五、系统有点
将现场总线－CAN总线技术应用在隧道窑控制系统，可以很好地满足温度和压力实时控制的要求，系统通信速、稳定性强，同时采用工业级的人机界面控制系统，使得控制系统更加直观化，人性化，易于用户使用和操作。

图1 采用通用变频器控制的切纸机系统

图1中只画出有送纸和切纸相关部分的连接图，放卷控制和传送带控制等无关部分在图中未画出。1# INV采用标准TD3000产品，2# INV采用具有伺服功能的TD3000非标变频器，两台变频器由PLC通过RS485通信来控制。1# 变频器采用闭环矢量速度控制模式，速度精度可以达到0.1%以上，控制送纸辊的转速，同时送纸电机的速度经过X8进入2# 变频器作为同步跟踪控制的脉冲输入源，用来控制切纸辊的转动速度和位置。
三、 工作原理框图

图2 切纸机控制原理框图
1、 原理分析
 INV 1# 工作于闭环矢量控制，K1为送纸机械减速比；INV 2# 工作于伺服控制模式，其中K通过上位机来设定，由切纸长度一确定，K2为切纸机械减速比。闭环矢量控制的速度、电流控制双闭环原理框图在图中未画出。K的推导计算如下：
送纸线速度 

（m/s）  （1）
切纸长度

  （m）  （2）
式中， N1为送纸电机转速，K1为送纸机械减速比，V1为线速度，D1为送纸辊的直径，T2为切纸辊转动一圈的周期。
由式（2）、式（1）得

    （3）
同时我们可以采用切纸辊的转速 ，求出T2

   （4）
由式（3）与式（4）相等，即

整理得

（5）
定义式（5）为跟踪速度增益K

（6）
改变不同的纸的长度L，可根据式（6）求出不同增益K，只要上位机实时地改变K，就可以实时调整切纸的长度。另外，需要注意的一点是，在本文的分析中，隐含了一个前提，那就是切纸辊旋转一周，即完成一次切纸过程。证明过程如下：
切纸线速度  

 （m/s）   （7）
式中，D2为切纸辊的直径。
 由式（1）与式（7）相等，可以求出

  （8）
对照式（6）和式（8），可以得到

，即

2、精度分析
a、跟踪误差
 由于INV 2# 采用伺服控制，由于送纸电机的加减程一般比较缓慢，加减速时间可达到30到60秒，甚至更长，因此切纸机位置误差可以做到五个脉冲以内，则整个切纸过程跟踪较大误差 可以控制在式（9）要求的范围内。在稳态过程中，由于TD3000闭环矢量的高精度，可以保证稳态跟踪误差小于两个脉冲，跟踪稳态误差只有动态1/4。

 （9）
式中， 为误差脉冲数， 编码器每转脉冲数。可以看出编码器每转脉冲数增大，可以减小跟踪误差，但是由于编码器接口速度限制，一般不**过50kHz，选用2000P/R的编码器已经到了极限。设D2为400mm，P为2000P/R，K2为14，代入式9，可以求出较大跟踪误差为0.22mm，稳态跟踪误差为0.08mm。
b、速度分辨率误差
 1#1NV变频器频率分辨率为0.01Hz，对应电机转速分辩率为0.3rpm（按照4较电机考虑），经过X8输入对应每分钟脉冲为600个，每秒种则对应10个。根据（a）的计算，速度分辩率造成的误差将小于0.44mm/s，设切纸机的较高线速度为2m/s，速度精度将达到万分之二，完全可以满足高速切纸机的要求。实际上，由于在本方案中，INV 2# 完全跟踪INV 1# 转速和位置，即使有速度分辨率误差，对输出切纸精度也无任何影响。
c、跟踪速度增益K的分辨率对精度的影响
 设切纸长度为550～1350mm，较大车速为2000mm/s，送纸辊的直径为400mm, 送纸机械减速比K1为16，切纸机械减速比K2为14，通过式（6）可以计算出K的变化范围为0.814～1.998。
 增益K的设定范围为0.000～9.999，分辨率为0.001，如果采用2000P/R的编码器，电机较大转速为1440rpm，对应较大脉冲频率为48KHZ，对应较大分辨误差为24P/s（1/2＊0.001＊48KHz）。考虑在较大车速2m/s的情况下，较大**误差应该对应较大切纸长度1.35m/s的时候，即 个脉冲，对应**误差根据式（9）计算为0.717mm。需要说明一点的是，此精度只影响设定长度，并不影响切纸长度的一致性。
四、 调试及注意问题 
 运行调试时，必须保证送纸电机和切纸电机处于完全停机状态，通过上位机或者外部端子，先让切纸电机运行，后再让送纸电机运行，同时给送纸电机设定频率。送纸电机驱动变频器的加减速时间可设定为30～60s，而切纸电机驱动变频器在不过压过流的情况下，可以设定较短的加减速时间，一般小于0.5s，在精度要求较高的场合，需要快速的起制动控制，有必要添加制动电阻或者制动单元（30KW以上变频器）。
 由于位置控制对于编码器的抗干扰和可靠性有较高的要求，必须选用欧姆龙等厂家高可靠性产品，输出电路形式为集电极开路输出，工作电压为24～30VDC，每转脉冲数为2000。但要特别注意，上位机软件在更K的时候，需要设定为不存贮方式，防止常期多次存贮造成EEPROM的损坏。
五、结论
 本文提出的方案具有切纸长度、相对精度与工作车速无关的优点，易于实现PLC通信的分时控制和进行切纸长度的随意调整，可大大降低低速引纸速度，可达到额定车速1/50以下，降低了工人引纸的操作难度和强度，缩短低速引纸时间，提高了生产效率。另外，该方案还可以应用在其他如造纸、起重等需要高精度同步跟踪控制的场合，对于各种需要同步控制的场合有一定的参考价值。

一、普通中央空调工作系统

1、工作简图 

2、工作简述 

⑴、中央空调启动后，冷冻单元工作，蒸发器吸收冷冻水中的热量，使之温度降低；同时，冷凝器释放热量使冷却水温度升高。

⑵、降了温的冷冻水通过冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各个房间由室内风机加速进行热交换，带走房间内的热量使房间内的温度降低后，又流回冷冻水端。

⑶、而升了温的冷却水通过冷却泵压入冷却塔，由冷却塔风机加速将冷却水中的热量散发到大气中，使水温降低后，流回冷却水端。

⑷、冷冻机组工作一段时间后，达到设定温度，由温度传感器出来，并通过中间继电器及接触器控制冷冻机停止工作，温度回升到一定值后又控制其运行。 

二、普通中央空调存在的问题

1、冷冻水，冷却水循环泵不能根据实际需求来调整循环量，电机工作效率低下，造成大量电力浪费，并加速机组磨损；

2、 其控制接触器等电器动作频繁，导致使用寿命短，维修量大；而对于大容量系统，传统的控制线路复杂，可靠性差，需专人负责；

3、 整个系统运行噪音大、控制性能差、耗电量大、使用寿命短;在维护管理，检修调整方面工作量大，维护费用高。

三、节能原理概述

由流体水泵、风机的工作原理可知：水泵、风机的流量（风量）与其转速成正比；水泵、风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的三次方成正比）根据上述原理可知：改变水泵、风机的转速就可改变水泵、风机的功率。例如:将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50（P为电机轴功率）；将供电频率由50Hz降为40Hz，则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50（P为电机轴功率）。
  

由以上内容可以看出，用变频器进行流量（风量）控制时，可节约大量电能。中央空调系统在设计时是按现场较大冷量需求量来考虑的，其冷却泵，冷冻泵按单台设备的较大工况来考虑的，在实际使用中有多的时间，冷却泵、冷冻泵都工作在非满载状态下。而用阀门、自动阀调节不仅增大了系统节流损失，而且由于对空调的调节是阶段性的，造成整个空调系统工作在波动状态；而通过在冷却泵、冷冻泵上加装变频器则可一劳永逸地解决该问题，还可实现自动控制，并可通过变频节能收回投资。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对系统的平稳调节，使系统工作状态稳定，并延长机组及网管的使用寿命。 四 普通中央空调改造方案

根据该中央空调系统的配置情况可对冷却水系统，冷冻水系统及冷却塔风机系统进行变频改造。采用变频器配合可编程控制器组成控制单元，其中冷却水泵，冷冻水泵均采用温度自动闭环调节即用温度传感器对冷却水、冷冻水的水温进行采样，并转换成电信号（一般为4—20mA，0—10V等）后送至 PLC ,PLC 将该信号与设定

值进行比较运算后决定变频器输出频率，以达到改变冷冻水泵、冷却水泵转速从而

达到节能目的。冷却塔风机变频驱动：可编程控制器根据回水温度信号控制变频器驱动风机，使风机工作在较经济状态而节约大量电能。

注：可对其中一部分进行变频节能改造，也可对全部进行变频节能改造，改造部分越多，节能效果越佳。

在冷却水，冷冻水循环系统，各装设一套变频器，其中冷却变频器供2台冷却水泵切换使用；冷冻变频器供2台冷冻水泵切换使用。（如图4） 

其中冷却水循环系统，回水与出水温度之差，反应了需要进行交换的热量；根据

回水和出水温度之差，通过控制循环水的速度来控制热交换的速度，在满足系统冷却需要的前提下，达到节电的目的。温差大说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷却泵的转速，增大循环速度，加速冷却水的降温；温差小，说明冷冻机组产生的热量小，可降低冷却泵的循环速度，以节约电能。采用变频调速器驱动，两台冷却泵互为备用，可编程控制器（PLC）根据传感器检测到的温差信号，同设定温差比较后控制变频器驱动电机运转。（PLC）先控制变频器软启动电动机M1，当M1到达额定转速时，仍未达到设定温差值时，（PLC）控制M1切换到工频电网运行，然后再启动M2，经控制变频器调节电机M2运转，从而控制冷却水的循环速度；当电机M2工作在下限转速值时，如果值大于设定值，（PLC）控制电机M1停机，同时控制变频器调节电机M2转速从而达到设定要求。 

在冷冻循环系统中，由于出水温度比较稳定，因此仅回水温度就足以反应了房间的温度，所以PLC可根据回水温度进行控制。回水温度高，说明房间温度高，应提高冷冻泵转速，加快冷冻水的循环；反之回水温度低说明房间温度低，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度，以节约能源（其控制过程同冷却泵循环系统类似）

工频/变频切换简图
   

本方案在保留原工频系统的基础上加装，与原工频系统之间仅设置连锁以确保系统工作安全。

五 、 普通中央空调改造后的性能

（1）、供水压力的**

冷却（冷冻）水循环系统的变频节能在实际使用中要考虑水泵的转速与扬程的平方成正比的关系及水泵的转速与管损平方成正比的关系；在水泵的扬程随转速的降低而降低的同时管道损失也在降低，因此，系统对水泵扬程的实际需求一样要降低；而通过设定变频器下限频率的方法又可保证系统对水泵扬程的较低需求；

（2）、控制性能的提高

系统设备运行稳定，抗干扰能力强，软启动，节能，保护功能完善，可逻辑控制，操作简单安装方便，可实现工频、变频双回路控制，可自动切换，安全运行有保证，低噪音，环保效果显著等； （3）、节电效果显著

改造后的系统一般节电率在30%左右。

六 中央空调系统节电改造主要配置：

变频器 水温传感器 

控制系统三菱可编程控制器； A/D、D/A扩展功能模块

主断路器 交流接触器 

热过载继电器 电气柜

指示灯/转换开关/按钮 交流电压表、交流电流表、互感器

数码LED显示器 高稳定度开关电源

控制电源滤波器 

    一、节能原理简介
    1.变频节能功能
    通常在设计中，用户水泵设计扬程比实际需要的扬程高出很多，这样容易形成了人们常说的“大马拉小车”的现象，造成电能的浪费，而且无计可施，利用变频器可以通过适当降低水泵电机的运行频率，恰到好处地满足供水扬程的需求，从而轻易地将此部分电能节约下来。
    2.动态功率补偿功能
    无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低，降低了电网的有功功率，S2=P2+Q2，当Ф≈1时，Q=S×sinФ≈0,此时有功功率P≈S。变频器的动态功率因数补偿功能可使无功功率近似为0，从而增大电网的有功功率，减少了无功损耗。另外，功率因数的改善还可节省很大一部分电网容量，直观的体现在水泵电机温升降低、噪音降低，供电发电机机组温升降低、噪音降低，大大地延长设备维修周期及使用寿命。
    3、软启动器节电功能
    由于电机全压启动时，启动电流等于（7～8）倍额定电流，因此通常在电机启动时，会对电机和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动对设备的使用寿命较为不利。因变频器的软启动功能将使得启动电流远远低于额定电流，实现电机真正意义上的软启动，不但减少了对电网的冲击和对供电容量的要求，更对设备的使用将有明显改善。

    二、恒压供水系统可行性分析
    水泵是贵公司的用电量大的设备。其扬程同压力成正比关系。水泵全速运转，扬程大，压力高。不能根据需要准确调节扬程，造成电能大量的消耗。
    根据水泵机械定理：
    P（功率）=Q（流量）×H（水压）（水压和扬程成正比关系）
    当水泵转速从n度到n’时，流量Q，水压H，及轴功率P的变化关系如下：Q’=Q（n/n），H’=H（n/n）2，P’= P（n/n）3。由此可见，当水泵转速从n变到n’时，其功率成立方的比例下降。

    三、系统介绍
    我司设计的变频给水设备控制器采用较新微电脑处理设计制造，配备液晶中文显示器，应用简单方便，其主要特点有：
    1、外部接线简单。控制器已将各种复杂的逻辑控制软件化，用户只需通过菜单设置，可使控制器适用于不同的供水控制系统特别是当要求改变控制方式时在大多数情况下，只需在显示器上改变菜单的设置，即可达到目的，而*改变外部复杂的外部接线。
    2、可靠性高。由于控制器已将各种功能模块集成于内部，外部配件少、使用低压控制电源（+24V）及接口连线简单，进一步降低了整个系统出现故障的机会。
    3、调试简单方便（见6.3节“控制柜的整体调试”）。根据使用经验，大多数控制系统在完成外部接线后，在泵组及管网正常的情况下，较短时间内（小于半小时）即可调整完毕。
    4、丰富而**的汉字提示，使一般的操作人员*经过复杂的培训，也能对各项操作应用自如。汉字直接显示系统的运行工况，使操作者能够清楚地了解设备当前的运行状态，减少了人为的，因操作失误所造成的故障。
    5、水压设定控制直观、准确、操作方便简单。内置多种水压设置方式（包括分时动态设定及定时启动、停止控制器运行等），以适应于不同的控制系统，同时可采用开关信号自动转换水压控制值，而且水压控制准确、稳定在所需压力范围之内。
    6、同步、准确、无误的压力显示。控制器内部采用查表法求取实际压力，就算采用一般误差较大的远程压力表，也能使水压显示值与管网压力表的指针保持一致；使操作者能够准确无误地了解管网的实际压力情况，使系统设备显得更加先进及精密靠。
    7、系统功能完善。与目前国内同类设备比较，本设备更显示出其*特的优点。在设备工作现场，工程人员可根据泵组的实际情况在显示屏的提示下，随时改变各种控制参数，由此保证泵组处于较优化的运行状态；而一般的可编程控制器必须通过改变程序，才能达到，对于现场作业，带来很大的麻烦。
    8、系统保护功能齐全。除具有一般的电器保护功能外，在系统的技术参数设置方面，对已设定完毕的参数具有二级密码保护，非操作人员无法随意改变，使系统的正常运行更加可靠。
    9、控制精度高。本控制程序中所有的模拟量均为数码处理。改良的PID字控制系统能够避免一般PID死区（对水泵控制而言）所带来的控制误差，使系统的供水压力更加稳定。
    10、有的机组睡眠功能的较新应用。可使机组在每天的零的区域中自动启、停、间歇型的供水方式，使节电效果更佳，使控制系统更加受直接用户欢迎。
    11、控制功能先进。控制系统可在汉字显示屏上明确显示其工频、变频、转换的运行工况。以较先进的控制技术、较优化的运行方式使泵组自动“交替循环”运行。本系统还具有锁泵功能，用户可根据情况任意选择泵组参与运行，或锁住需要停止运行的泵组。在任何受控水泵出现故障的情况下，可运行的泵组正常循环运行，不影响系统的正常工作，同时，系统采用了较优化的循环运行方式。
    12、维修简单方便。*有的系统故障检测、明确的故障部位（中文）提示，使工程人员能够清楚地了解故障所在。同时，可以在显示屏上直接查看外部接线端子的输入输出状态，帮助维修人员检查故障发生的部位和原因。

    四、系统运行原理
    系统采用目前世界上较新变频调速的技术，对水泵电机进行无级调速；通过压力传感器反馈管网压力的信号，根据用水量的变化，由控制器和变频器配合控制两台水泵的运行，以实现管网水压的恒定供水。
    １．当用水量增加时，7.5KW水泵的转速也跟随加快，当7.5KW的变频器工作于较大转速（50Hz运行）仍然无法满足用水泵要求时，7.5KW变频泵切换为工频运行。（主回路切换至三相工频电源），１１ＫＷ泵随即进入变频运行，以增加供水量，此过程称为加泵；当用水量减少时，１１ＫＷ变频泵的转速也跟随降低，当１１ＫＷ变频泵进行于较低频率时，由于管网存在一定的水压，变频泵实际上已不能向水管注入供水，此时减少7.5KW泵组的运行数量。当水量不足时，１１ＫＷ泵组又变为工频运行。7.5KW变为变频运行。这样就达到了循环恒压供水．节能的目的。
    ２．控制保压管网的２.２KW水泵用一台变频器控制，原理同上。

    五．总结
    总之，节能降耗，降，不仅给贵公司带来明显的经济效益，而且还可以给贵公司显著的社会效益，如此利国、利民又利己，一举多得之事，何乐而不为之！深圳市森海实业发展有限公司愿与贵公司携手共进，在节能领域*创美好未来