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产品描述
6ES7322-1BP00-0AA0供应
1 引言
随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的发展，电气传动技术正经历着比较大的革新。工业生产领域大量使用的高压感应异步电动机，已经可以进行直接的电子控制，即由原来的改变其它机械环节的控制方法到直接改变供给的交流电源的频率和幅值的变压变频控制方法，进行速度调节和位移控制，从而可以提高生产工艺水平，降低能源消耗。由于高压感应电动机的耗能比例较大，因而针对它的交流变频调速技术，虽然不如低压系统那么完善，但节能效益显著。特别是在当今面临能源危机的条件下，节能降耗不仅有近期的直接经济效益，有长远的社会效益。
采用新型高压大功率电力电子器件构成的直接“高-高”式变频器，具有结构简单，工作的特点，有很好的调速、起动与制动性能。由于采用不控整流和全控器件进行开关调制，具有输入侧高功率因数、装置优良的控制性能和高的运行效率等特点。特别是通过改变送给电动机的电流的频率，在很宽的转速范围内进行率的转速调节，可以很好的节电效果，在风机和水泵的节能改造上已经得到广泛证实。
2 高压变频器的系统组成和原理
一般直接“高-高”式高压变频器可以采用公用直流母线的三电平或两电平电路结构，也可以采用悬浮供电的级连多单元串联多电平方式。洛阳双源热电有限责任公司送风机变频器就是采用的是悬浮供电的级连多单元串联多电平方式，其电路结构如图1所示。
2.1功率模块的串联
变频器是由多个功率模块串联而成，以6kV每相六模块串联为例,电压叠加如图2所示。每相由六个相同的功率模块串联而成，相电压为3464V。每个功率模块输出有效值Ve＝577V，峰值输出电压Vp= Ve＝816V。
2.2 功率模块的电气原理
功率模块主要由三相桥式整流器、电容器组、IGBT逆变桥构成，同时还包括驱动、保护、监测、通讯等组件组成的控制电路。通过控制IGBT的工作状态，输出PWM电压波形。如图3所示。
各功率模块具有相同的结构，有互换性。将每相N个功率模块的输出电压叠加，产生多重化的相电压波形，使相电压产生出2N+1个电压台阶，图4所示的是六个功率模块输出的PWM波形及叠加之后的相电压波形图。
波形
2.3移相变压器
移相变压器电气原理图如图5所示: 变压器（以6kV变频器输入变压器为例）原边绕组为6kV, 副边共十八个绕组分为三相。每个绕组为延边三角形接法，分别有±5o 、±15o 、±25o 等移相角度，每个绕组接一个功率模块。这种移相接法可以有效地35次以下的谐波。因此，采用移相变压器进行隔离降压，使得输入侧功率因数在0.96以上，不会对电网造成过的谐波干扰。
2.4 IGBT驱动原理
在MLVERT-D变频器的功率模块中，使用、智能化的IGBT驱动模块对主控系统输出的PWM控制信号进行隔离、缓冲处理后，使弱电信号（TTL电平）能够驱动高压回路中的大功率IGBT器件，输出装置需要的SPWM电压。
驱动模块辅助功能还包括：对IGBT进行短路、过流、欠压监测和保护。当负载或功率模块一旦出现短路、过流、欠压等方面故障，驱动模块将故障信号上传到主控系统，主控系统的微处理器将根据故障类型进行辨别处理后，发出命令使驱动模块停止工作，禁止该功率模块的输出。与此同时主机中故障处理控制逻辑还会根据故障类型进行进一步判断，以决定系统是否发生真正的故障，以便系统采取报警停机或继续运行，以保护变频器与配电系统的，不至于造成大的故障和大的经济损失。
2.5 输出电压波形
电压输出波形如图6所示,由波形叠加而成正弦波。
3 控制原理
在变频改造以前，#1炉两台送风机均采用调节风板开度的方式控制锅炉进风量，由于其电机裕量较大，因而电能的浪费特别严重，进行变频改造后，根据实际所需的风压，由DCS系统通过PID调节计算，输出4～20mA模拟电流信号发送给变频器，调节变频器运行频率，从而调节电机转速，由此控制送风量。
4 变频改造后的节能效果分析
以甲送风机为例，风机传动电机功率为710kW、额定电压6kV。其变频改造后的具体节能效果分析如附表所示：
附表 变频改造后的具体节能效果分析
5 结束语
大唐洛阳双源热电有限公司#1炉送风机采用广东明阳龙源电力电子有限公司生产的MLVERT-D高压变频器进行了技术改造，了很好的应用效果，节约了电能，降低了运行成本，有较好的经济效益和社会效益。
锅炉主要的控制技术在於煤效率及用电效率，传统方法使用风门档板及阀门控制鼓风机、泵、循环泵的流量，其设计上并未考虑节能目的，同时，生产工艺及生产任务不同，蒸汽需求量变化时，需改变给煤（喷降）量，以达到率燃烧，传统的控制方式采用人工操作、耗电高、控制精度代，且需非常熟练的技术人员操作，烟囱才会冒烟。锅炉常因一台不够用，需再开一台并联使用，便当蒸汽压力需求量不足两台时，常需排空放汽，以降低蒸汽压力，既浪费能源又污染环境。
二、锅炉供水控制系统的改造
传统的锅炉水位控制系统中，给水泵是连续恒速运行的，并且流量的控制是通过调节水管道中调节阀和回流支路实现的。这两种方法都存在明显的缺陷。采用调节阀调节时，由于阀门的开度的减小，水泵出口的压力会上升阀门两边的压差将增大。当增大到很大时不但会造成水泵的能量的浪费，而且使该水泵的振动和磨损加大，进而寿命缩短。采用回流支路调整时，大量的水回流也同样造成能量的消耗。
水泵的工作原理
由水泵的工作原理可知流量与转速N成正比，扬程H与转速N的平方成正比，轴功率P与转速N三次方成正比，电机的转速与电源频率F成正比，因此改变电源频率，可改变电动机即给水泵的转速，从而达到调节给水流量的目的。
系统组成及原理
本系统主要由一单片机和一台变频器组成，这里汽包水位是被控变量，给水量与蒸发量是两个辅助的冲量，这三个变量是由电动差压变送器进行检测，然后经过单电机的计算输出4～20mA的电流信号控制变频器以实现给水泵转速的调节。
在设计系统时，应确定变频器的输出频率，因为这一参数的选择关系到整个系统的控制效果，应根据水泵流量，扬程等参数和大用水量和小用水量确定。
变频器的工作状态
变频器通过与外部电路相连的输入输出端子设置。手动和自动两种工作状态，手动工作状态通过调节电位器来给定变频器输出频率，这种工作状态是在单电机因某种情况停用时进行操作的，自动工作状态时由单片机的输出信号进行控制。
在实际应用中，该系统较传统调节阀控制方式实出的优点是同期节电达近20%并且水泵磨损严重的问题得到解决，维修率明显降低，延长设备的使用寿命而且能好地提高系统的自动化水平。
三、锅炉鼓(引)风控制系统的改造
锅炉的鼓（引）风机的风量也是经常变动的，由于汽量变化是经常变化的，所以风 量就需要经常调节如由阀门调节，锅炉的控制室到阀门的距离较远，操作十分不便，也不可能调节得当，风量调节过大，空气含氧量标，浪费了热能，风量调节过小，煤渣残留碳份标又浪费了煤，因此为了提高控制水平，保证空气含氧量和煤渣残留的碳份达标，对风量进行有效的调节，调节的方式，方便、灵敏、。
为了提高锅炉风量的控制水平，又能达到节能的效果，采用变频调速方式对风量进行调节，是的方案。由于应用变频调速技术可根据用汽量的变化，随时调整鼓引风机的转速，减少了噪音对环境的污染（电机均运行于额定转速以下，风的噪音随之下降）对提高工业卫生水平起到一定的作用，由于鼓引风机长期额定转速的状态之下运行电机及风机的轴承不易损坏，延长了使用寿命，电机的发热量也减少了，维修量下降。停机时间减少，节约了大量的维修费用。
应用变频器的节能效果
一般使用的风机、水泵设备额定的风量、，通常都过实际需要的风量流量，又因为工艺要求需要在运行中变风量、流量，而目前，采用档板或阀门来调节风量和流量的调节方式较为普遍，虽然方法简单，但实际上是通过人为增加阻力的办法达到调节的目的，这种节流调节方法浪费大量电能，回收这部分电能损耗会收到很大的节能效果。
从流体力学原理知道，风机风量与转速及电机功率的关系，用下述关系式表示：
式中，Q－风量(流量)Ｈ－风压（扬程）P－轴功率n－转速
当风量减少风机转速下降时，其电动机输入功率降低，例如风量下降到80%，转速(n)也下降到80%时其轴功率则下降到额定功率的51%；若风量下降到50%，轴功率将下降到额定功率的13%，其节电潜力非常大，下图两条曲线之间的阴影部分表示了采用变频调速方式的节电效果。
上述的原理也基本适用于水泵，因此对风量流量调节范围较大的风机水泵，采用调速控制来代替风门或阀门调节，是实现节能的有效途径。
驱动风机，水泵，大多数为交流异步电机，（大功率的多数为同步电机），异步电动机或同步电动机的转速与电源的频率f成正比，改变定子供电频率就改变了电动机的转速，变频调速装置，是将电网50Hz的交流电，变成频率可调电压可调的交流电去驱动交流电动机实现调速的。
变频调速的特点是效，没有因调速带来的附加转差损耗，调速的范围大，精度高、无级调速。实现协调控制和闭环控制，由于可以利用原鼠笼式电动机，所以特别适合于对旧设备的技术改造，它既保持了原电动机结构简单、、维护方便的优点，又能达到节电的显著效果，是风机水泵节能的较理想的方法。
采用变频器调速，可取代风门档板阀门控制流量，并控制给煤机，给煤量改造效果如下：
1、节省用电约30%-80%，约6-9个月即回收投资。
2、提高燃烧效率，节省用煤10%左右。
3、降低排烟浓度，避免冒黑烟的环境污染。
4、不必依赖有经验的操作人员，可以数据化控制。
5、可以开环或闭环控制，也可选用RS-485通讯接口作电脑集中控制。
6、多台锅炉并联运转时控制方便。
7、驱动电机软起动，没有起动的冲击流。
1．概述
塑料封切机是用于加工塑料包装袋的机械设备，其精度和稳定性直接影响到所制胶袋的质量和效率。用PLC及伺服电机等取代刹车离合器等控制机构 ，实现了以下功能：
（1） 效率提高；（2）良品率提高；（3）封切精度提高；（4）方便调机；（5）运行平稳
2．控制系统简图
3．工作过程
（1）上电后，温控器控制封处加热器进行加热。
（2）自动起动后，送料变频器驱动送料电机以设定的速度输送塑料薄膜，送料。感应器检测到送料端放卷的塑料薄膜足够时，送料电机停止送料。
（3）温度到达，温度信号导通，主变频器驱动主电机通过机械传动装置控制切和封的上下往复运动。
（4）切每向上运动一次，伺服信号导通一次，伺服电机驱动出料辊夹着塑料薄膜带转动一次，切和封下切，胶袋形成。
（5）设定个数到达或按停止键时，当前胶袋形成后停机，切和封停在高位停车处。
4．工艺要求
（1）300-900mm长胶袋，生产约120-60个/分钟。
（2）长度误差在0.5mm内。
（3）胶袋封口处温度线，需结实耐拉。
（4）既可定长封切，又可追色封切。
（5）追色封切时，连续三次检测不到色标信号，要自动停机报警
（6）要有预警功能（即生产快到设定批量时，要提示警报）
（7）主电机调速，送料电机调速，伺服电机调速功能
（8）自动运行/手动调试功能
5．处理措施与调试方法
（1）机械设计时，主电机传动比要满足主变频器频率工作在60Hz时，切与封来回往复运动达120次/分钟。在满足伺服电机的实际连续运行转速要小于或等于其额定转速及其它特性的要求下，伺服机构的传动比及出料辊的外径的合理设计是满足工艺要求的关键。
（2）伺服传动机构采用同步带传动，伺服编码器脉冲数为2000P/R，故其本身误差远远小于0.5mm，引起定位误差较大的真正原因是由于伺服电机起停不够平滑，或者由于送料端的送料速度小于出料辊的出料速度，造成出料辊与塑料薄膜之间的相对滑动，故要根据伺服电机的起停速度调整合适的加减速时间，调整送料变频器频率使其送料速度要大于出料辊的出料速度，调整要以出料辊与塑料薄膜之间不发生相对滑动为准。
（3）温控器的设定温度一般设定在180℃左右，根据主电机的转速高低适当微调温控器的设定温度，以胶袋封口处结实耐拉为准。因为主电机转速较高时。封上下往复运动快，封口时间短，若封温度偏低，会导致胶袋封口处不牢。当主电机转速较低时，封口时间长，若封温度偏高，会导致胶袋封口处烫穿。
（4）人机界面上可设定定长封切或追色封切、切袋长度、追色长度、预警个数、送袋速度、加速时间、减速时间，当选择为定长封切时，追色感应器无作用，PLC程序根据伺服机构的机械传动比、伺服驱动器的电子齿轮比、伺服电机变码器的线数以及出料辊的周长，计算出伺服驱动器接收一定数量的脉冲，伺服电机就驱动出料辊转动带出一定长度的胶袋`。这样就实现了定长控制。
当选择追色封切时，其过程如下，伺服启动信号导通，伺服电机按照PLC程序预先设定的运动曲线进行加速运动、恒速运动、减速运动、低速追色、PLC接收到追色信号时，通过中断方式立即停止伺服电机。一般追色长度为10毫米，并且要求追色信号只能在追色范围内起作用，其它范围内需屏蔽掉其干扰信号。
其运动曲线如下所示，
追色封切调试时，在人机界面上设定好伺服电机的恒速速度，先将加速时间、减速时间设长，再调低速追色速度，尽可能提高低速追色速度，以追色平稳、准确为准。调整好追色速度后，再调加速时间、减速时间，尽可能调短加减速时间，以胶袋与出料辊不发生相对滑动及追色平稳为准。
（5）PLC程序在追色封切时，对追色信号记数，连续三次检测不到时，PLC停止各电机运转，并驱动报警器报警。同时PLC程序对批量记数，当批量达到预警值时，PLC驱动报警器报警提示。
（6）通过外接旋钮调位器可对主电机和送料电机调速，改变人机界面上PLC的脉冲频率设定值可对伺服调速。
（7）PLC内编写自动运行与手动调试程序，自动运行程序为生产程序，手动调试程序为调机或维修时使用。
6．本系统使用以下产品
（1） 台达PWS-500S人机界面
（2） 台达VFD007A23A/VFD004A23A变频器
（3） 台达8CB75-2DE7F，H20B-CB751C27F伺服
一、系统概述：
目前在我国的针织行业中有很多从日本引进的LRB编织机，它担负着纯棉圆筒坯布的生产，是生产质量的重要环节。同时LRB编织机由于多年的长期运行，其设备出现的问题也越来越多。主要表现在设备耗能高、故障、停车，维修费用高、维护、维修工作量大，性差，尤其是电气控制系统的故障率非常高，改造前设备运行状况如下：
1.直流调速系统的度，灵敏度逐年下降。
2. 慢起动速度有时太快，造成掉布、坏针、机械撞击
3.直流电机发热老化严重，换向器磨损大，由于是进口电机无法维修已达到报废状态。
4.由于直流调速控制系统中控制板立元件老化，每年自燃十余次，严重影响了生产
5.维修费用高，进口一块调速控制板需1民币，每年需五民币。进口一台直流电动机需八千人民币，每年需1.6民币其他维修费用2民币，且有逐年增高趋势。
6. 电气故障：电气故障占总故障的60%以上。电气故障停车时间占总故障停车时间80%以上，以上情况严重影响了生产任务的完成。
因此，如果要使其重新焕发青春，将LRB编织机原直流调速系统改造为交流调速控制系统，是一个比较好的选择。辽宁锦州某针织公司经过考察，决定采用、服务好的国产惠丰变频器来进行改造。
二、系统配置：
选用惠丰F1000－G0037T3系列变频器替代直流调速系统，普通鼠笼异步电动机替代原直流电机。
变频调整系统的实现：
为使编织机电气控制布局合理、、并能代替原控制方式我们采用将原多点开关信号与DC24信号切换技术把原控制图分解，从而实现去掉原控制系统，使变频器控制系统与原负载系统达到统一，每台编织机上安装一套变频调速系统，使它与原外围检测器件、开关器件匹配控制。
参数设置：
F113=40（目标频率的设定需根据工艺要求或操作熟练程度作适当改）
F114=4.0,F115=3.5,F124=15.00,F125=F126=3.0,F140=1,F200=1,F206=2
控制端子接线：
接线方式比较简单，端子定义按照变频器出场设置即可，不需要另外改参数，CM(公共端子)、OP1(点动)、OP6(正传)、OP7(反转)、TA/TC(故障报警)。
三、使用效果：
锦州某针织公司外贸编织车间的26台LRB编织机中，26台LRB编织机自2003年到2005年实施改造后全部采用惠丰变频调速控制系统，迄今已运行两年多，效果良好，经济效益可观，主要表现以下几个方面：
实现了从直流调速时代的跨越发展：
节电效果明显26台编织机年运行时间为：24ｈ*300*26＝187200ｈ，经实测系统节电率比改造前提高35.6%，按电机平均功率为3KW计算，全年节约电量为：187200*3KW*35.6%＝199929.6KWｈ，按平均电费0.55元/KWｈ，年节电费用约为11万元。
维修费用下降：
改造前26台平均维修费为3万元/年，改造后每台平均1千元/年左右。
电气故障率降低，运转率提高，多生产坯布：
26台编织机每年节约维修时间：3ｈ/周*26*4周/月*12月/年＝3744ｈ，因此而多生产坯布增产为：40Kｇ/24ｈ*3744ｈ＝6240Kｇ。
四、结束语：
变频调速系统取代直流调速系统的改造，在编织机上获得成功，技术进步的跨越。应用两年多来，不仅实现了节电及节约维修费用的直接经济效益，且设备故障率大大降低，维修工作量明显减少，提高了产品质量和数量，实现了编织机自动控制的目的
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