西门子6ES7368-3BB01-0AA0详细说明

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一、回转窑变频控制 

    在我国水泥行业中，回转窑是主要的大型设备，其调速系统的好坏，将直接影响回转窑的使用寿命、产品质量。回转窑内的物料流是通过改变回转窑转速来控制的，物料流的烧成带温度又与回转窑转速有一相应的关系。当喂料量增加时，回转窑转速也增加；当回转窑烧成带温度有显著上升时，回转窑转速加快。实际上，尽量稳定生料量，燃料量，适当调整转速，使系统稳定。该设备多年来一直沿用直流电机及其直流调速系统。水泥厂环境恶劣，粉尘大，直流电机长期工作在高热辐射的环境中，其碳刷、整流子损坏严重，这不仅需要大量的维修费用，而且对生产造成了较为严重的影响；回转窑属特殊负载，低速启动力矩大，在窑体大修烘炉期间，直流电机长时间低速运行，需要较大的励磁电流，致使低速运行系统不稳。

    对回转窑这种大惯性负载生产设备，采用交流变频器控制，一旦变频器驱动电机克服了这种大惯性负载起动起来以后，其维持正常运转所需要的驱动能量就会变得很小。解决起动和正常运行的合理分配将是回转窑变频控制的关键。 

    由于回转窑的这种负载特点，在变频器和电机的选择上就较其他负载要复杂得多。功率选择过大，起动和运行虽然都没有问题，但一次性投资加大，能耗增加，出现了长期运行大马拉小马的现象；功率按实际运行情况选择，虽然效，投资小，但在起动时会时常出现过载现象而无法正常起动。因此，变频器功率的选择非常重要。

    回转窑采用直流控制时不能在很低的速度下运行，直流电机转速为80r/min，起动过程中设备振动很大；采用交流电机及变频调速，电机是从零速开始起动，初始起动力矩小，渐渐平滑升速，减小了对设备的冲击，从而降低了设备的故障率，为稳定回转窑的热工参数创造了必要的条件。

二. 森兰变频器在水泥回转窑窑中主传动上的应用

    云南省华坪水泥厂有两条回转窑水泥生产线，回转窑窑中主传动采用电磁调速。电磁调速的特性较软，为保证正常起动，电动机的功率已经加大，另外，回转窑窑中主传动电动机的工作环境温度较高，其允许温升下降，为保证电动机正常运行，在设计时也要适当加大容量。在上述两种因素下，两条回转窑水泥生产线的回转窑窑中主传动电动机的功率均为55kW。回转窑长度50米，直径2.42米的圆筒，重量有数百吨重，属恒转距大惯性负载，起动力矩要求很大。由于电磁调速转矩特性不是很好，特别是低速转矩较差，虽然设计时电动机已加大了容量，但是回转窑不能调到低速80r/min时运行，而且在满载时起动仍然困难。

1、系统拖动方案：

    考虑到回转窑的惯性很大，起动电流较大。变频调速起动时，回转窑开始缓缓旋转，窑内的物料随着回转窑的转动带到一侧，由于重力的作用，窑内的物料与窑壁之间作相对运动，产生磨檫力。随着回转窑转速的增高，但还未达到工作转速，窑内的物料与窑壁之间的相对运动幅度更大，产生磨檫力也更大，这时电机电流显著增加，到相当于变频器调到10～13Hz时，电流达到电机额定电流的2倍。回转窑转速再增高，离心力增大，物料被带到窑内的较高点，因为重力的作用，物料从较高点往下“泻落“，电机电流下降到额定电流以下。考虑到变频器有150%的过载率，不必选用2倍电机电流的变频器，而选用森兰SB61G90kW变频器即可，这既可保证正常启动，又不致使投资增大。改造时既可用原来的电磁调速电动机，须将电磁调速的转差离合器换为机械弹性联轴器；也可换一台功率容量与原来电动机相同且较数也相同异步鼠笼电动机，机械减速器等*改变。

2、.配置方案：

（1.）回转窑技术数据

回转窑： 2.42m＊50m

窑中主传动电机：YTSP 315S-8 55kW

转速： （50Hz）750r/min

较大转矩： 2.5TN

过载能力： 160% TN 60s

（2.）配置方案

    回转窑低速启动力矩大，属大惯性负载生产设备，采用交流变频器控制，一旦变频器驱动电机克服了这种大惯性负载起动起来以后，其维持正常运转所需要的驱动能量就会变得较小，一般在额定功率以下，解决起动和正常运行的合理分配将是回转窑变频控制的关键。 

    根据回转窑的这种特性，选择变频器时，适当增大变频器的容量是必要的，仅从过载能力考虑，用75kW变频器就可以了，但是回转窑起动时要求的转矩较大，还应将变频器的容量再增大一些，因此选用具有恒转矩特性的 SB61G90KW变频器。如需对变频器进行联网控制，可利用SB61G90KW变频器的RS-485端口，用Modbus协议予以实现。

3、运行状况：

    回转窑使用变频调速后，运转稳定平稳，两年来未发生过任何问题。电机运行在615r/min，变频器的输出频率为32.5Hz，节能显著。 

三、节能计算 

    回转窑窑中主传动改为变频器驱动后，启动非常容易且平稳。在回转窑调到低速80r/min时也能安全的运行。电机主电机电磁轴输出功率和损耗功率，可用下列公式计算，

即电动机轴输出功率：

P1=T1n1 （1）

式中：T1—电动机的输出转矩

n1 –-电动机的输出轴转速

转差离合器轴输出功率

P2=T2n2 （2）

式中：T2—转差离合器的输出转矩

n2 –-转差离合器的输出轴转速

是一种感应电机，它的工作原理是利用电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。还可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。

如步进电机产生位移现象有以下几点解决方法：

1、一般的步进电机驱动器对方向和脉冲信号都有一定的要求，如：方向信号在**个脉冲上升沿或下降沿（不同的驱动器要求不一样）到来前数微秒被确定，否则会有一个脉冲所运转的角度与实际需要的转向相反，最后故障现象表现为越走越偏，细分越小越明显，解决办法主要用软件变发脉冲的逻辑或加延时。

2、由于步进电机特点决定初速度不能太高，尤其带的负载惯量较大情况下建议初速度在1r/s以下，这样冲击较小，同样加速度太大对系统冲击也大，过冲，导致定位不准电机正转和反转之间应有一定的暂停时间若没有就会因反向加速度太大引起过冲。

3、根据实际情况调整被偿参数值，（因为同步带弹性形变较大，所以改变方向时需加一定的补偿）。

4、适当地增大马达电流，提高驱动器电压（注意选配步进电机驱动器）选扭矩大一些的马达。

5、系统的干扰引起控制器或驱动器的误动作，我们只能想办法找出干扰源，降低其干扰能力（如屏蔽，加大间隔距离等），切断传播途径，提高自身的抗干扰能力，常见措施：

1）用双纹屏蔽线代替普通导线，系统中信号线与大电流或大电压变化导线分开布线，降低电磁干扰能力。

2）用滤波器把来自电网的干扰波滤掉，在条件许可下各大用电设备的输入端加电源滤波器，降低系统内各设备之间的干扰。

3）设备之间较好用光电隔离器件进行信号传送，在条件许可下，脉冲和方向信号较好用差分方式加光电隔离进行信号传送。在感性负载（如电磁、电磁阀）两端加阻容吸收或快速泄放电路，感性负载在开头瞬间能产生10~100倍的尖峰电压，如果工作频率在20khz以上。

6、软件做一些容错处理，把干扰带来影响。

交流的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。

目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。

1、接线

将控制卡断电，连接控制卡与伺服之间的信号线。以下的线是必须要接的：控制卡的模拟量输出线、使能信号线、伺服输出的编码器信号线。复查接线没有错误后，电机和控制卡（以及pc）上电。此时电机应该不动，而且可以用外力轻松转动，如果不是这样，检查使能信号的设置与接线。用外力转动电机，检查控制卡是否可以正确检测到电机位置的变化，否则检查编码器信号的接线和设置。

2、试方向

对于一个闭环控制系统，如果反馈信号的方向不正确，后果肯定是灾难性的。通过控制卡打开伺服的使能信号。这是伺服应该以一个较低的速度转动，这就是传说中的“零漂”。一般控制卡上都会有抑制零漂的指令或参数。使用这个指令或参数，看电机的转速和方向是否可以通过这个指令（参数）控制。如果不能控制，检查模拟量接线及控制方式的参数设置。确认给出正数，电机正转，编码器计数增加；给出负数，电机反转转，编码器计数减小。如果电机带有负载，行程有限，不要采用这种方式。测试不要给过大的电压，建议在1v以下。如果方向不一致，可以修改控制卡或电机上的参数，使其一致。

3、抑制零漂

在闭环控制过程中，零漂的存在会对控制效果有一定的影响，较好将其抑制住。使用控制卡或伺服上抑制零飘的参数，仔细调整，使电机的转速趋近于零。由于零漂本身也有一定的随机性，所以，不必要求电机转速**为零。

伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。

直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

1、 雕刻机的功能需求
  控制方式选择用VF控制，多段VF曲线。
  需要端子控制作为命令源，二线式端子控制：只需一个正转命令FWD（DI1输入）。
  频率源为模拟量设定（电脑控制板输出0～10VDC），只需要从AI1口输入频率指令即可。
  较高运行转速一般在24000r/min，换算变频器的运行频率为400Hz（2级的高速电机），较低的切削转速为2000r/min，我们用650Hz的非标可以很好的满足其要求。
  加速和减速时间根据客户自身需求，一般在20～30s，因运行的转速比较高，所以需要带制动单元的变频器。
  需要故障信号输出信号和故障复位信号（DI3输入）。
2、 2、   雕刻机的性能需求
 全速度范围内速度波动小。
 低速力矩大，可以保低转速切削。
 加减速的时间尽量短。
    我们较低的切削转速可以在500r/min以下。我司的MD320变频器可以做多段VF曲线，可以很好的控制高低速的不同转矩提升，因此能很好的满足高速雕刻机上的要求。单从功能上讲，我司的MD300也可以满足其要求，跟MD320相比低转速的切削效果要差一点。一、引言
自从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。
二、传统的变频调速恒压供水设备设计方案
传统的变频调速恒压供水设备往往采用图1所示的设计方案。

图1中变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。传感器的任务是检测管网水压，压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由PID回路调节器在调节器内部进行运算后，输出给变频器一个转速调节信号，如图1中虚线所示。一般的供水设备控制1~3台水泵，1~2台工作，1台备用。在这些水泵中，一般只有一台变频泵。当供水设备供电开始工作时，先起动变频泵，管网水压达到设定值时，变频器的输出频率则稳定在一定的数值上。而当用水量增加，水压降低时，传感器将这一信号送入可编程控制器或PID回路调节器，可编程控制器或PID回路调节器则送出一个较用水量增加前大的信号，使变频器的输出频率上升，水泵的转速提高，水压上升。如果用水量增加很多，使变频器的输出频率达到较大值，仍不能使管网水压达到设定值时，可编程控制器或PID回路调节器就发出控制信号，起动一台工频泵，其他泵依次类推。反之，当用水量减少，变频器的输出频率达到较小值时，则发出减少一台工频电机的命令。图1中M1~M3为电机，P1~P3为水泵，JC1~JC6为电机起、停、互相切换的交流接触器。
由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所以对可编程控制器来讲，既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输入/输出接口的可编程控制器价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。若采用带有模拟量输入/数字量输出的可编程控制器，则要在可编程控制器的数字量输出口另接一块PWM调制板，将可编程控制器输出的数字量信号转变为控制变频器转速的模拟信号，造成可编程控制器的成本没有降低，还增加了连线和附加设备，降低了整套设备的可靠性。如果采用一个开关量输入/输出的可编程控制器和一个PID回路调节器，其成本也和带模拟量输入/输出的可编程控制器差不多。所以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。
三、新型变频调速供水设备的解决方案
针对传统的变频调速供水设备的不足之处，国外不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新型产品，如ABB公司的ACS600、ACS400系列产品，富士公司的G11S/P11S系列产品。这些产品将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。这类变频器的价格仅比通用变频器略微高一点，但功能却强很多，所以我们在山东文登曲轴厂新建的生活小区中就采用了这种新型的设计方案。在这套给水设备中，我们采用了ABB公司的ACS601-0011-3带内置PID功能的变频器，可编程控制器选用西门子S7-214-1BC10-0XB0型，具体原理框图如图2所以示。图2中M1~M2为电机，P1~P2为水泵，JC1~JC4为电机起、停、互相切换的交流接触器。

该给水设备采用2台水泵，一用一备，由可编程控制器定时切换。若用水量大，变频器也可以通过可编程接口向可编程控制器发出信号，由可编程控制器控制两台泵同时工作，一台变频运行，一台工频运行。图2中传感器反馈的水压信号直接送入变频器自带的PID调节器输入口AI2+、AI2-，而压力设定既可以使用变频器的键盘以数字量的形式设定，也可以采用一只电位器以模拟量的形式送入AI1+、AI1-。这样通过变频器的控制面板，在变频器的PID选项中选择合适的PID参数，并经过现场调试校正，设备就可以正常运行了。
由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。该设备自1997年10月在该生活小区运行以来，一直保持良好的运行状态，管网水压非常稳定，受到了小区用户的一致**。