西门子6ES7368-3CB01-0AA0详细说明

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一、概述
       水资源是经济发展和社会可持续发展的一个重要因素，城市污水处理率已成为一个地区文明与否的一个重要标志。污水处理已从原始的自然处理、简单的一级处理发展到利用各种先进技术、深度处理污水，并回用。处理工艺也从传统活性污泥法、氧化沟工艺发展到现在多种工艺，以达到不同的出水要求。
 
二、污水处理流程
       一般的污水处理主要采用二级处理方式：**级为机械处理，一般采用格栅等机械设备过滤污水中漂浮物或颗粒较大的物质；*二级为生化处理，根据不同处理要求，处理污水中含有的各种**标的硅物质或金属元素，使处理后的水能满足后续用水设备的要求，如生活用纯净水、工业锅炉软化与除盐水等
 
三、现场工况

       沉淀池内设置有上限、下限水位及上、下限报警水位检测。其控制过程为当水位达到下**，水位检测将信号送给PLC，PLC启动变频器并将频率上升信号输出给变频器，当变频器频率达到50Hz时若此时水位仍处于下限位置，PLC发出切换信号将污水泵1#切换到工频运行，延时一段时间后由变频器启动污水泵2#。相反，当水位达到上限位置时则停止污水泵1，PLC发出变频器频率下降信号，若因水泵或其它原因造成水位低于下限或上限水位报警时，水位检测器将报警信号送给PLC，由PLC输出启动报警电路（报警指灯与响铃），以提示操作人员查看原因。
 
        曝气机和潜水泵是污水处理的核心设备，需要用变频器对曝气机的鼓风机（罗茨风机）和潜水泵速， 鼓风机变频控制：污水处理好氧部分溶解氧浓度对处理结果有很大影响，溶解氧浓度太低，污水不能达标；溶解浓度太高，不仅浪费电能还可能使活性污泥上浮使出水也不能达标，鼓风机加变频器就是为了控制CASS池溶解氧的浓度稳定在恒定值。
 
       五、结论：
       污水处理厂经过变频改造后不仅提高了自动化程度和控制精度，同时在节能降耗上也大大获益，综合节电率达35%，企业效益和社会效益同步大幅提升。

两相的空载转速较高可以达到2000转/分钟以上，不过它只是一个参考值，没有什么实际意义，因为步进电机的转矩随着转速的升高下降很快，转速高到一定程度时力矩几乎为零。步进电机在整步无细分情况下（每200个脉冲转一圈）提高时钟频率，人们往往发现电机在远未达到空载较高速度时即发生堵转，以至于搞不清较高转速到底是多少，甚至怀疑系统是否正常，这就是其中的真正原因所在。

步进电机在低速下的运行性能才有实际意义，一般是每分钟300转到600转，考虑到用户使用机械减速装置带负载，要使电机提供足够的力矩，电机的常态速度常常被选择在每分钟几十转，此时电机供力大、效、噪音低，至于振动问题，则要靠增加驱动器细分的方法加以解决了。

较高空载转速的计算公式为：

空载转速（转/分）=60 乘以 时钟频率 / 200乘以 细分数 (m是细分数）

如m=16，时钟频率=150khz

则较高空载转速约等于2800转/分钟

即60乘以150000，再除以200与16的积，得出的。

一、引言 
    大力推广电机调速节能技术早已列入《人民共和国节约能源法》有关条文中，而变频器调速技术以其体积小、重量轻、安装操作简单、数据可靠、性能稳定、节电效果明显等优点，在各种调速技术中。因此，大量风机、泵类、空压机等可调节流量的负载采用变频调速技术进行改造均取得了显而易见的效果。作为世界五大变频器供应商之一，丹佛斯早在1968年推出了电子变频器、时至今日VTL变频器一直是高品质变频器的标志，大家广为熟知的VLT5000变频器以其**的控制性能、灵活的操作方式、强大的软件功能，正越来越多地应用各个行业的传动机械上，提高了劳动生产率，改善了工艺控制过程，深得广大用户的信赖，与此同时丹佛斯针对供热通风空调（HVAC）、恒压供水、水工业以及其他行业的风机、泵类、空压机等可调流量负载，分别推出了VLT6000HVAC、VLT7000Booster和VLT8000Aqua变频器及其**软件。它们以其可靠的制造质量、*有的能优化功能（AEO）、较强的抑制谐波能力正迅速得到广泛应用，越来越方便地为用户提供合理的解决方案，继而较大限度地节能降耗。
二、恒压供水系统
    在一些新建及改造项目中，变频恒压供水已经替代了高位水箱，其节能性、方便性、卫生性是有目共睹的。变频恒压供水优点是不仅可以保证足够的水压，同时又不会因为室外空气和温度的变化影响水的质量。以丹佛斯VLT7000变频器和MCT10软件为主组成的变频恒压供水系统内置了多泵控制器,节省了人们常规使用PLC，可在8种固定变频泵控制模式下同时控制7台水泵，又可在6种循环变频泵控制模式下控制4台水泵。变频器的能量优化功能（AEO）可以更节能，使效率达到较高；同时还有防止电磁干扰、抑制高次谐波的作用；还具有休眠模式/辅助泵功能;因为具有加强涂层，可抵抗恶劣环境。控制功率从2.2KW—55KW，能满足绝大多数恒压供水场合的需要。MCT10软件可以对变频器的所有参数进行合理的设置，简单易用，界面类似于Explorer，只用一个指令就可以更新变频器网络，具备在线——离线调试功能，可将变频器的参数设置与项目文件设置进行比较，并能存储警报和预警信息；支持RS485、RS232、USB、Profibus等协议，可在大多数32位bbbbbbs操作系统中运行、此系统现已全面推向中国市场，可更好地为水泵生产商、恒压供水系统集成商等用户进行服务。
三、水工业
    人类对纯净水需求的不断增加，以及**纯净水资源的短缺和污水处理及回收利用的压力不断加重，节约能源越来越成为人们关注的焦点，这就需要**的共同努力来保护水和能源这些宝贵的自然资源。几十年的经验证明，在水资源管理控制和节能方面对交流电机实现变频调速控制是行之有效的手段。
    Danfoss公司，一直在为提高人类生活质量和环境保护方面投入巨大的精力。该公司利用其在对可用水和污水利用方面的应用广泛的知识基础上把较先进的可用水和污水工业的技术奉献给客户，并帮助他们较优化地应用这些技术。从饮用水到污水处理，Danfoss公司都有成熟的技术和让您信赖的产品，可使可用水和污水处理过程较优化，而且可节约大量的能源。
    （一）饮用水
    在饮用水的处理和配给过程中有很多地方如用水泵抽水，混和水及一些机械过程中都受益于变频器 ，他们利用变频器来控制电机速度，节省能源和较优化处理过程。用变频器控制水泵抽水到水处理厂可以减少系统水流过况的出现，从而可以改善整个系统的处理过程；另外机器的起停次数也减少了很多，变频器技术提供的“软起动”既节省了能源也减少了机器的损耗。
    在泵站上采用变频器也给配水系统运作效率潜在的提升空间。当把变频器应用于泵站时，就不需要储水池，配水管道也始终处于正确的压力下，同时也避免了管道漏水情况。
    （二）污水处理
    污水处理是一个相对复杂的过程，其中涉及很多不同类型的设备，这些设备的运行都可以通过采用变频器来提高运行效率。和饮用水处理类似，应用于泵站系统的变频器可以控制污水流入污水处理厂以及各过程的流量。这就减少了对水泵的维护，因为水泵的电机起停和软启动的次数减少了，同时也节省了能源，优化了处理过程并提高了工作效率。
    没有了因为过多阀门而引起的能量损失，反向的活性污泥流动速度也可以更好的被控制了。混凝和凝聚过程的搅拌速度也可以被很好的控制，这就相当得到了更好的过程控制和节省能源。应用变频器于鼓风机和水泵上可以减小水流的过程减少能量损失，因为没有了发生在管道系统中节流阀引起的能量损失。同样把变频器应用于离心污泥脱水机这样的设备也可以很显著的节省能源，因为这些设备会因为污泥湿度的降低或污泥脱水率的增加而需要改变离心机的转速。
    在大量的废水处理设备和处理工艺中，VLT8000 Aqua 和软启动 MCD 3000组成的系统具有可以较大程度的节省能源，减少维护费用，降低投资费用和改善对处理过程的控制。
    另外，在其他应用场合，丹佛斯公司推出的VLT8000变频器针对介于纯恒转矩负载和纯变转矩负载之间的多类负载如重载型离心机、变容真空泵、污水用倾泻器、重型固体污泥泵、深井潜水泵、搅拌机、空压机、罗茨风机等，此类设备若用同档风机水泵**变频器，价格固然便宜，但启动较为困难，有时出现过载；若用同档恒转矩变频器，工艺性能虽然能达到要求，但价格偏高。VLT8000变频器恰好弥补了上述不足，以较优性价比满足此类负载变频节能降耗之需要。
四、供热通风空调
    变频传动装置由于其强大的过程控制能力，已在工业领域使用了多年；它同时具有精确控制和大幅度节能的特点，因此也成为供热、通风、空调系统的标准控制手段。
    （一）在中央空调系统中加装变频器时要考虑的问题完全不同于工业应用，一般来说，在装有中央空调的高档公共设施里有大型电子敏感设备如：计算机系统、电视接收系统和电信网络系统。这就要对变频传动装置提出工业环境中不需要考虑的特殊要求，而丹佛斯VLT6000HVAC变频器正好具备了解决这些问题的诸多优点。
    以VLT6000HVAC为主组成的中央空调绿色智能控制系统，可实现温度、温差、压力、压差、湿度、流量等多种参数集中控制，*有的自动能量优化功能（AEO）可使暖通空调系统中的综合节电率达50%左右，比传统变频器运用于暖通空调系统多节电3%—10%。同时由于电磁兼容性好，能减少对周边电路仪器的干扰并降低噪音，内置直流电抗器可有效抑制谐波，并提高功率因数。这在机场、广楼、医院、地铁等高档场合得到广泛应用。该系统集数据传感、双PID控制和控制执行于一体，反馈值及给定值可直接按单位设定，内置RS485通讯协议，可直接接收John Son Control N2和Landis & Staefa的FLN协议，并留有Profibus和Lon Works选件接口，成功解决了传统变频器运用于暖通空调系统设备配置庞杂的问题。能实现春夏秋冬四种运行模式转换，具有一机远程控制和现场控制多重控制功能，既能满足楼宇自控对风机水泵的要求，又不失楼宇自控系统出现故障时现场独立操作的灵活性。风机水泵具有软启动软停止，多级密码保护，消防联锁自动关闭风机等功能，允许长达300米的电机电缆线联接，并具有用电量、故障现象运行时间记录器，大大简化了中央空调系统辅助功能设计工作和传统设计模式的设备初投入。
    （二）在供热系统中丹佛斯VLT6000HVAC变频器可用于热力站循环泵、泵和锅炉房的鼓引风机、循环泵等耗能负载的水量、风量调节，可使热网供热质量稳定，能有效避免局部热网过冷过热问题，还能鼓引风机风门产生的噪音，减轻了工人的劳动强度，较大幅度地降低了系统的维护费用。由于VLT变频器内置直流电抗器能使功率因数接近于1，并可有效抑制谐波，避免对周围设备的电磁干扰，更为重要的是具有自动能量优化功能，可大量节约能源。
五、结束语
    我国幅员辽阔、人口众多，水电资源较为匮乏，由于历史和经济的原因，多数水工业系统和暖通空调系统不具备经济运行条件，能源浪费十分严重，这些系统急需改造。我们将充分利用现有的变频调速技术，并不断学习新技术，致力于节约能源和保护环境，为我国的经济建设做出应有的贡献。

详细介绍：  
一、 水泵节能改造的必要性
中央空调是大厦里的耗户，每年的电费中空调耗电占 60% 左右，因此中央空调的节能改造显得尤为重要。
由于设计时，中央空调系统必须按天气较热、负荷较大时设计，并且留 10-20% 设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大的富余，所以节能的潜力就较大，其中，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调节，存在很大的浪费。
水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调较末端达不到合理效果的情况。为了解决这些问题需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。
再因水泵采用的是 Y- △起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的 3 ～ 4 倍，一台 90KW 的电动机其起动电流将达到 500A ，在如此大的电流冲击下，接触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水锤现象，容易对机械部件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。
综上，为了节约能源和费用，需对水泵系统进行改造，经市场调查与了解采用成熟的变频器来实现，以便达到节能和延长电机、接触器及机械部件、轴承、阀门、管道的使用寿命。
这是因为变频器能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机的转速，在满足中央空调系统正常工作的情况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节，以达到节能目的。水泵电机转速下降，电机从电网吸收的电能就会大大减少。
其减少的功耗 △ P=P0 〔 1-(N1/N0)3 〕 （ 1 ）式 
减少的流量 △ Q=Q0 〔 1-(N1/N0) 〕 （ 2 ）式 
其中 N1 为改变后的转速， N0 为电机原来的转速， P0 为原电机转速下的电机消耗功率， Q0 为原电机转速下所产生的水泵流量。
由上式可以看出流量的减少与转速减少的一次方成正比，但功耗的减少却与转速减少的三次方成正比。如：设原流量为 100 个单位，耗能也为 100 个单位，如果转速降低 10 个单位，由（ 2 ）式△ Q=Q0 〔 1-(N1/N0) 〕 =100 ＊〔 1-(90/100) 〕 =10 可得出流量改变了 10 个单位，但功耗由（ 1 ）式△ P=P0[1-(N1/N0)3]=100 ＊〔 1-(90/100)3 〕 =27.1 可以得出，功率将减少 27.1 个单位，即比原来减少 27.1% 。
再因变频器是软启动方式，采用变频器控制电机后，电机在起动时及运转过程中均无冲击电流，而冲击电流是影响接触器、电机使用寿命较主要、较直接的因素，同时采用变频器控制电机后还可避免水垂现象，因此可大大延长电机、接触器及机械部件、轴承、阀门、管道的使用寿命。 
二、 水泵节能改造的方案
中央空调系统通常分为冷冻（媒）水和冷却水两个系统（如下图，左半部分为冷冻（媒）水系统，右半部分为冷却水系统）。根据国内外较新资料介绍，并多处通过对在中央空调水泵系统进行闭环控制改造的成功范例进行考察，现在水泵系统节能改造的方案大都采用变频器来实现。
1 、 冷冻（媒）水泵系统的闭环控制
1、制冷模式下冷冻水泵系统的闭环控制 
该方案在保证较末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的较小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减，控制方式是：冷冻回水温度大于设定温度时频率无级上调。
2、制热模式下冷冻水泵系统的闭环控制 
该模式是在中中央空调中热泵运行（即制热）时冷冻水泵系统的控制方案。同制冷模式控制方案一样，在保证较末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的较小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减。不同的是：冷冻回水温度小于设定温度时频率无级上调，当温度传感检测到的冷冻水回水温越高，变频器的输出频率越低。 
深圳市创杰电气有限公司生产的系列智能变频器都具有以上功能，通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器来检测冷冻水的回水温度，并可直接通过设定变频器参数使系统温度调控在需要的范围内。
另外，针对已往改造的方案中**运行时温度交换不充分的缺陷，增加了**起动全速运行功能，通过设定变频器参数可使冷冻水系统充分交换一段时间，然后再根据冷冻回水温度对频率进行无级调速，并且变频器输出频率是通过回水温度信号及温度设定值经PID运算而得出的。 
2 、 冷却水系统的闭环控制
目前，在冷却水系统进行改造的方案较为常见，节电效果也较为显著。该方案同样在保证冷却塔有一定的冷却水流出的情况下，通过控制变频器的输出频率来调节冷却水流量，当中中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量；当中中央空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量，从而达到在保证中中央空调机组正常工作的前提下达到节能增效的目的。 
现有的控制方式大都先确定一个冷却泵变频器工作的较小工作频率，将其设定为：
下限频率并锁定，变频冷却水泵的频率是取冷却管进、出水温度差和出水温度信号来调节，当进、出水温差大于设定值时，频率无级上调，当进、出水温差小于设定值时，频率无级下调，同时当冷却水出水温度**设定值时，频率**无级上调，当冷却水出水温度低于设定值时，按温差变化来调节频率，进、出水温差越大，变频器的输出频率越高；进、出水温差越小，变频器的输出频率越低。 
现用于冷却水系统闭环控制的系列智能变频器采用同制冷模式下冷冻水泵系统闭环控制一样的控制方式。 
与其他厂家的控制方式相比，其优点有：
1 、 只需在中中央空调冷却管出水端安装一个温度传感器，简单可靠。
2 、 当冷却水出水温度**温度上限设定值时，频率直接**上调至上限频率。
3 、 当冷却水出水温度低于温度下限设定值时，频率直接**下调至下限频率。而采用冷却管进、出水温度差来调节很难达到这点。
4 、 当冷却水出水温度介于温度下限设定值与温度上限设定值时，通过对冷却水出水温度及温度上、下限设定值进行PID计算，从而达到对频率进行无级调速，闭环控制迅速准确。
5 、 节能效果更为明显。当冷却水出水温度低于温度上限设定值时，采用冷却管进、出水温度差来调节方式没有将出水温度低这一因素加入节能考虑范围，而仅仅由温度差来对频率进行无级调速，而采用上、下限温度来调节方式充分考虑这一因素，因而节能效果更为明显，通过对多家用户市场调查，平均节电率要提高 5 ％以上，节电率达到 20 ％以上

    通过与系统集成商的合作，芬兰瓦萨控制系统有限公司（Vacon Plc）为该新纸机项目提供了约300台NX系列变频器。这些变频器的功率范围分别为0.75-45kW（400V）和5.5-630kW（690V），安装在开关柜中。
调速控制的优越性
    新纸机项目的建设同样涉及到UPM常熟纸厂其它设备的改造。Vacon NX变频器主要用于该厂大量风机、水泵以及传送带的驱动控制，包括泵站、备料、水处理设备以及纸张涂饰。
    以风机、泵驱动为例，根据实际需要进行速度控制将带来显著的节能效果。而在传送带控制中，调速控制将利用采集到的测试及管理信息，明显改善过程控制的效果。
精确控制带来高质量的工艺效果
    此项目中，Vacon NXP变频器还被应用于许多要求更加苛刻的场合，例如纸卷包装机的控制。在准确位置带有标记的纸张表面精整中，对于放卷机构、移动中的定位，以及纸卷定心和拖动的精确控制是十分重要的。精确的转矩控制对于防止纸张出现折皱具有决定性意义。
    在新纸机（PM1）传动系统的卷曲和压光部中，用于位置控制的变频器均由Vacon提供。
利用Profibus提高系统运行可靠性
    UPM常熟纸厂新纸机（PM1）项目由芬兰美卓造纸机械有限公司（Metso Paper）承建，其自动化和现场总线系统方案由Metso Automation提供。
    Vacon变频器通过Profibus现场总线联网。
    Profibus总线可监控多种信号，同时，其联网接线也并不复杂，并十分经济。
    另外，通过Profibus联网明显降低了安装、调试和维护费用，并使系统的抗干扰性显著增强。
立足于中国的本地化服务
    UPM常熟纸厂新纸机（PM1）项目与2004年10月开始调试，并于2005年5月完成测试和系统升级。300台Vacon变频器的调试工作主要由Vacon苏州工厂的技术人员完成。
    芬兰瓦萨控制系统有限公司主管销售、市场及服务的副总裁Heikki Hiltunen先生表示：“获得此次与UPM常熟纸厂合作的机会，除了Vacon本身具有的专有技术优势和出色的合作意识以外，还得益于中国技术服务中心的建立。”
    UPM常熟纸厂新纸机项目自动化、电气及IT技术总监Kari Aho先生表示：“UPM在此次项目扩建中选择Vacon作为合作伙伴，主要是出于对Vacon产品的产品质量和技术性能的信任。根据其自身的计划，Vacon在此次项目启动的同时，开始了其苏州服务中心的建立。对于UPM而言，获得本地化的维护和技术支持服务是非常关键的。”
中国市场对纸产品的需求增长显著
    自1999年常熟纸厂**台纸机投产以来，中国的经济一直快速稳定增长。对办公用纸和印刷用纸的需求不断增加。
    UPM常熟纸厂新纸机的年产能将达到45万吨高档未涂布印刷用纸和办公用纸，整个常熟纸厂的年产能将达到80万吨高级纸。这个增资扩建项目的建成投产使UPM成为中国大的未涂布胶版纸生产商。
UPM简介：
    UPM是世界良好的印刷用纸和杂志用纸制造商。2004年销售收入接近100亿欧元，并拥有33000多名员工。UPM的主要产品包括印刷用纸、纸加工材料和木制品。
    该集团在16个国家建有生产线，其主要市场为欧洲和北美。UPM分别在赫尔辛基和纽约上市。该公司其它信息可浏览其网站www.upm-。
Vacon简介：
    芬兰瓦萨控制系统有限公司 （Vacon PLC） 致力于通过研发，制造和销售高品质变频驱动产品，为**用户提供高性能，高可靠性的交流驱动控制解决方案。 迄今为止， Vacon 产品已通过各种渠道广泛行销到世界 100 多个国家和地区， 2004 年销售额达到 1.3 亿欧元。 
    Vacon 于 1999 年进入中国，迄今为止，已在全国范围内建立起完善的销售务网络，业务领域遍及造纸，机床，矿山，船舶，石油石化等行业。年销售额达 1 亿人民币。该公司其它信息可浏览其网站www..cn。
    Vacon与UPM的紧密合作，使UPM常熟纸厂新纸机项目中Vacon变频器的调试顺利完成，并促使该项目的正式投产比计划提前了4周。