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产品描述
西门子6GK7342-5DA03-0XE0详细说明
一前言
交流变频调速技术是一项具有八十年代中期国际水平的技术。采用交流电动机变频调速器（以下简称变频器）控制工业过程中的风机、水泵，则是这项技术的具体应用。这项技术在一些行业已得到推广和应用，普遍使用效果较好。我们于九二年及其以后的设计中采用这项技术，解决熔窑助燃风流量的控制问题。经过实际使用，效果比较理想。以下是我们在应用过程中的一些体会。
二变频器应用中的利与弊
以重油为燃料的玻璃熔窑热工控制中，助燃风流量闭环控制系统，是构成炉温、油、风串级比值调节（或双交叉调节）系统的一个重要组成部分。助燃风流量控制就执行装置来说，目前有两种控制方式供选择：一种是采用蝶阀进行截流式控制；另一种是采用变频器，进行变频调速的控制。这两种方式均有应用的实例。在我们设计过的瓶罐玻璃工厂中，有几条引进生产线，自控系统随熔窑引进，其中助燃风流量控制执行装置采用的是调节风门（ReguratedFlap），其结构和动作原理同国内蝶阀，已使用多年。我们自行设计的熔窑控制系统则采用变频器作为助燃风流量控制的执行装置。为什么我们自己设计的助燃风流量控制系统采用变频器呢？这是我们根据玻璃工厂工艺情况和变频器的特点经过分析后得出。下面是我们采用变频器的一些看法。
１有利因素：
（１）采用变频器控制风机、水泵是一项成熟的技术，在别的行业已有应用成功的实例。
（２）节能。据资料介绍，变频器节能效果理论计算高可达50%，平均达41%。由于调节蝶阀是靠压差来调节的，因此约有压差的三分之一的能量作为压力损失消耗，而变频器自身功耗仅占总功率3%左右。采用变频器的控制方案，助燃风风机扬程可以往低选型。
（３）不占用直管段。众所周知，瓶罐玻璃厂熔窑助燃风管路系统特点是
口径大、主管道的直管段较短，主管道要同时满足检测仪表和执行装置的直管
段比较困难。根据我们设计的助燃风管路情况看，送风主管路的管道长短不一。例如长的可达7米，管道内径450mm，约合16D；短的只有1米，管道内径700mm，约合1.4D；一般以2～4米为多，在相应管径下约合4～6D。根据常用的气体流量测量装置对直管段要求情况看，以均速管的要求较低，据产品说明书介绍，较有利的管路结构情况下（同一平面内有一个900弯头或三通），上游侧（以下称前）需7D，下游侧（以下称后）需3D，有的样本给出较低直管段要求为前2D，后2D。从多数的助燃风送风侧管路情况看，均速管需前7D，后3D，否则将达不到均速管所给出1%的测量精度指标。
而涡街流量计，至少需前10D，后5D，才能保证1%的测量精度。对于仅有4～8D直管段情况下，若再安装自身厚度约0.3米的蝶阀的话，相当于插入了一个阻力元件，则连4～8D直管段也没有了，均速管流量计的直管段不能满足要求，则直接影响测量精度，甚至将无法保证测量结果准确性。
在近年来的设计中，采用了在吸风口侧装设吸风管道，将检测元件安装在吸风管道上的做法，直管段比较容易满足。但受到工艺条件的限制，并非每个厂都能做到。采用变频器方案，由于没有管路阻力元件，相对于采用蝶阀的方案来说有利一些。
（４）变频器安装方便，易于操作。由于调节蝶阀是嵌装在助燃风管道的上，一般安装在距地面2米～7米的空间，安装和检修不方便，管径助燃风风量，较大流量18000m3/h，配用电机功率7.5KW。流量通过均速管流量计，测量的差压值经差压变送器转换4～20mA信号，由配电器转换成1～5V信号送微机系统，由微机系统输出4～20mA信号进入变频器，通过变频器去改变助燃风机电机转速，从而达到改变风量目的。
变频器采用日本富士（FUJI）公司产品，型号为FRN7.5G9S-4JE，规格为：装置容量14KVA，配接电机7.5KW，输出频率0～400Hz，较大输出电流18A，输入电压为三相380V，50Hz。这种机型主控板采用双32位CPU，PWM技术，输出功率元件采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）模块。变频器操作面板采用一块键板（KEYPAD），键板通过一个插接口与变频器相连，辅以螺钉紧固。键板上有LED显示、液晶显示及八个软键，LED显示输出电压、电流、频率、电机转速、转矩等运行参数，液晶显示程序步及设定参数。键板亦可以通过变频器上的RS-232C接口，利用选件－电缆将键板远拉至10米处进行远方操作。变频器上除0～10V或4～20mA输入、外部电位器设定输入、频率输出（0～60Hz，脉冲或模拟方式）、报警输出等连接端子外，还有外部制动等连接端子用于其他用途，由于助燃风控制系统上较少采用，故不一一罗列，具体可参考有关说明书。
变频器的安装位置设在风机旁的混凝土立柱上，操作和观察很方便。
为了保证变频器的正常运行，将其置于带门锁、两侧有散热孔的保护箱内。
三变频器产品的目前情况
目前变频器的生产厂家较多，据我们所知，在我国市场的产品有：日本安川（YASKAWA）、富士（FUJI）、日立（HITACHI）、三菱（MITSUBISHI）、三肯（SANKEN）、松下（NATIONAL），美国ABB，丹麦丹佛斯，德国西门子（SIEMENS），韩国（GLOGSTAR，有译为高士达），中国台湾台达、普传、北京比莱恩（北京电机总厂引进日本三菱电机公司技术生产）、西安西普（采用中国台湾普传PI90系列技术）、北京北茂、深圳华为等公司产品。
市场上的产品从操作面板上的设定方式看可分为两类：一类是电位器设定（模拟）方式，早期的产品采用这种方式，另一类是软键设定（数字）方式，为目前的主品所采用。
面板上采用电位器设定频率的变频器，其外部设定输入信号有0～10V.DC或4～20mA.DC信号，也可以通过外部电位器进行设定。
输出频率采用模拟仪表指示或LED数字显示。主控板采用8位或位16CPU，PWM技术。功率输出元件采用GTR模块。
面板上采用软键设定频率的变频器，其外部设定输入信号亦有0～10V.DC或4～20mA。
DC信号，亦可以通过外部电位器进行设定。输出频率采用LED数字显示，显示功能比较丰富，除了显示频率外，电压、电流、转速等主要参数可手动切换显示。主控板采用16位或32位CPU，采用全数字矢量PWM技术。功率元件采用IGBT模块。更进一步的元件采用IPM（InbbbligentPowerModuleadoptingIGBT，采用IGBT的智能功率模块），这是一种内置保护电路的功率输出模块。
数字设定变频器是近年来新产品。这种产品除了继承以往产品功能外，新增了不少功能，尤其是采用了磁通矢量控制实现低速高转矩（高达150%）以及采用IGBT功率输出模块，在一定程度上解决了低频低转矩以及低频产生电磁噪音的问题，通用性更好，性能价格比高。
以下是目前较先进的变频器产品具有的一些基本特点。
（１）采用32位CPU。例如日本日立J300系列、富士FRNG9S系列（采用双32位CPU），日本三肯公司IF系列产品等。
（２）通信接口功能。
（３）多种设定方式：
数字式频率给定，
模拟量给定（4～20mA），
电位器给定（0～1K），
固定频率给定，
遥控。
（４）丰富的数字显示。
（５）丰富的内部功能。
（６）适应各种场合。
（７）采用IGBT模块。
（８）各种保护功能，例如过电流、过电压、欠电压、过载、接地短路、变频器过热、瞬时停电等基本保护功能均具备。
（９）匹配电机容量范围广：三相380V，50Hz，0.2～220KW。
（１０）输出频率准确度：0.2～0.5级。
目前市场上还有一种产品，自带PID功能，只需将检测信号接入，在变频器上进行PID参数设定，则可控制电机，例如美国ABB公司生产的变频器。这种产品适合于分散的单参数调节的场合，同时可省去一个PID调节器。
四结束语
对助燃风实行开环控制或闭环控制的应用实践证明，采用变频器作为执行装置完全可以满足控制质量要求。选用变频器作为熔窑助燃风控制系统的一个执行环节，具有调节性能好，系统的稳定性高，体积小、易安装、易维护等特点，对窑炉热工制度比较有利，值得推广。
实际选用在满足基本功能情况下，应**考虑产品质量可靠，价格合理。新一代变频器保护功能及低频运行性能较好，质量相对来说较优，价格也还合理，对于使用台数不多、可靠性要求较高的助燃风控制系统来说，值得选型时**考虑。由于变频器具有节能、控制特性好、易操作的特点以及随着产品不断改进，价格逐步降低，应用范围在逐步扩大。瓶罐玻璃行业的窑炉加料系统、供油系统、窑炉冷却系统等场合风机、水泵、电磁线圈都适于采用变频器控制。
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，恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今先进、合理的节能型供水系统。
在针织布生产工艺设备中，供热供气，漂染，后整理三大系统均是应用变频调速技术的重要领域。
1、在供热供气系统上的应用
针织布在印染和后整理工艺中都离不开热能和压缩空气。热能主要有蒸汽热能和导热油作介质的热能两种。蒸汽热能供应印染工艺设备如漂染工艺的高温高压染色机、常温染色机、拉缸等。导热油作介质的热能供应烘干设备，如后整理工艺的印花机、烘干机、树脂定型机等设备。
蒸汽供热锅炉在燃油价格较高的情况下，大多数采用燃煤锅炉。燃煤锅炉中的引风机、鼓风机，以往调节风量都用风门来调节，采用变频调速技术后，可以通过调节电机的转速达到调节风机风量的目的。同样对锅炉的给水泵，利用变频器调节给水泵的流量达到恒水位连续供水。以15吨燃煤链条锅炉为例，引风机90KW，变频器的运行频率在40Hz左右；鼓风机45KW，变频器运行频率在45-55Hz左右；给水泵30KW，变频器的运行频率在40Hz左右。锅炉的供气压力可以稳定在1MPa左右。这样就能保证染色机所需的0.5-0.7Mpa压力的蒸汽热能，日染40-50t针织布生产的需要。
以导热油作介质供热的燃煤锅炉（又叫**热载体炉），对导热油循环泵采用变频调速技术，通过调节循环泵的转速来调节导热油的供油压力。同样对鼓引风机也可装上变频器，控制风量，把导热油的供热温度控制在设定范围之内。以400万大卡**热载体炉为例，循环泵电机功率75kW，变频器运行频率40～50Hz；引风机功率30kW，运行频率30Hz左右；鼓风机功率15kW，运行频率45～50Hz：导热油工作温度250℃一260℃，工作压力0．4MPa，可以供应4～5部树脂定型机或印花机，烘干机所需的热能。
织布机，染色机，定型机都要求有一定压力的压缩空气来推动汽缸或阀门工作。通常采用集中供气的方式，根据生产需要，用气量的大小，开—台或两台压缩机。过去在开—台压缩机不够气用，开两台又有多时，压缩空气有相当—部分要经安全阀放掉，浪费很大。采用变频调速技术之后，利用变频器内置的P1D功能，在总供气口装上压力变送器，能很好地解决这个问题。在够气压时，变频器自动调低频率驱动电机运转，一旦供气不足，低于设定压力，变频器自动上升频率驱动电机运转，从而保供气压力不变。
2、在漂染系统上的应用
染色工艺是客户对针织布产品质量要求较高的关键工艺，其产品质量的奸坏直接关系到企业的声誉。染色机自动化程度的高低，对控制产品质量有很大关系。20世纪80年代的染色机，对染液的温度用简单的温控器控制，染液喷嘴压力用手动阀门来调节，导布棍的转速用滑差调速电机或用机械式无级凋速器凋速，这种控制方式，不节能，机械磨损严重，产品质量不稳定。日前国产染色机，特别是高温高压染色机，采用PLC（PC）可编程控制，配置变频器，利用可编程控制器控制染液按设定的速率升温，降温，保温。还可以对导布棍，循环泵的转速实现定时，定速控制，控制原理方框图。
如一台AMSA632型高温高压染色机，用PLC可编程控制器，再利用变频器内置的多段速输入端子（X1—X4），可以使得染色机的循环泵和导布棍电机的运行频率自动的设置在进布时20Hz升温，保温时30Hz，降温时35Hz，溢洗时50Hz，等不同的频段上运行。对工艺上色花、色差等质量问题能达到很好的控制效果。
3、在后整理系统上的应用
后整理是针织布的最后一套工序，对工艺质量要求严格，需要自动化程度较高的控制手段。后整理工艺设备有开幅机和树脂定型机等设备，一般定型机长度都在40m以卜，烘箱工作温度在200℃左右。是除印花机外，控制技术较为复杂的设备。过去此类设备人部分用直流电机控制主传动，缩码装置作同步运转；用二速或三速电机、控制烘箱的循环风机；效果并不理想。目前国外和中国台湾产的定性机，大多采用数字式同步控制器带变频控制异步电机作同步运转，使得针织布在定型机上匀几十米长的烘箱，对控制布的克重，厚薄均匀、条花、色差等质量问题，基本能达到要求。如中国台湾产的皇吉公司定型机，用一台速度控制器同时控制6台以上变频器带动循环风机运转，电机的运行频率可在30～60Hz范围内凋节。用DSC—316D型数字式同步控制器配变频器可以同时控制主传动、缩码装置、起布、摆布等多台异步电机作同步运行。
这种DSC一316D同步控制器具有综合各种类比信号进行数字化处理的系统功能，可作单机定速，也可作多机串并联使用。此装置采用闭环控制模式，以电机上的编码器（PG），作为速度反馈信号；这样可以解决因温度等其他外界因素变化而产生的速度误差，提高同步系统的控制精度，因而此类同步控制是目前针织布定型机采用变频调速技术、整机自动化程度较高的机型之—。
4、应用效果
单位原有设备由两台500kVA、1台240kVA变压器供电，负荷率达70％左右。由于使用30kW以上电机较多，特别是锅炉房的引风机，功率达90kW，工频启动时，经常造成供电房开关跳闸；加上工频启动时，对设备的机械，电器装置瞬时冲击力大，磨损严重，故障多，维修，工人的劳动强度大；对企业的产品质量和产量造成很大影响。针对这种情况，从1998年开始，推广使用变频调速技术，四年间，共安装变频器107台，合计功率1736kW，价值100多万元。在引进新设备时，选用自动化程度较高，速变频调速的配套设备。到目前为止，企业拥有变频器140多台，合计功率2100kW。四年的实践证明，推广使用变频调速技术确实给企业收到良好的效果。
1）节能省电。安装变频器后，设备的平均节电率在20％以上。特别是在风机、水泵、空气压缩机等地方使用变频调速技术后，收到了很好的节电效果，初步测算，每年为企业节电在54万kwh以上。
2）变频器节电的直接效应是使企业的用电电流下降，变压器负载减轻。为企业的发展，增加新设备打了基础。四年来，在不增加变压器容量的情况下共新增设备24台套，合计电机功率740kW。
3）变频器又是一种软启动装置，它的启动电流很小。大功率电机装上变频器后，再也未发生过因设备启动过电流掉闸现象。
4）变频器对缺相，过电压，过电流等电机的故障都能得到很好的保护，并能在变频器显示出来，使维修人员能及时排除故障，不影响生产。
5）变频调速技术的应用，促使生产自动化程度的提高，管理操作维修人员只有很好的熟悉和掌握它的性能，才能发挥它应用的作用，相应地促进了企业职工的技术水平和人员素质的提高。
总之，随着变频调速技术的日益成熟及变频器成本的下降，该技术在针织行业的应用将越来越广泛。有理由相信，变频凋速技术在节能和经控制方面将会发挥更大的效能，必将给针织带来高的经济效益
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