6ES7241-1AA22-0XA0技据

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一、引言


    杭州钢铁集团转炉炼钢厂设置两座600T混铁炉，且有一个倾翻工位和一个大包倒小包工位。每座混铁炉设有一个进铁口和一个出铁口，倾翻工位相当于混铁炉进铁口。当混铁炉进铁或出铁时，高温的铁水会同空气发生剧烈的化学反应，产生大量的烟气。一方面对现场操作的工人不利，另一方面也对环境造成了的污染。混铁炉多种进出铁工况条件下风量随时变化，因此该除尘风机需要多种速度来适应。在以前的运行过程中，由于一方面液力耦合器不能适应频繁的调速，另一方面原设计现场阀门信号与风机调速控制分属两个控制系统，两者之间没有信号联系。因此原有除尘风机运行方式基本为恒速运行，其运行转速保持在约680rpm左右，运行电流约在150A，仅通过现场阀门及炉盖开启来达到除尘效果，同时为防止阀门全部关闭造成风机振动过大，其中一台大包倒小包阀门始终打开，大量风量直接排空，导致大量有功功率浪费。此外液力耦合器低速运行时效率低下，为了提高风机的运行效率，节能降耗，对风机调速控制进行改进。


    近几年随着国内高压变频器技术的进步，变频器的性价比和稳定性有很大幅度的提升，经过考察，我厂终选择了北京利德华福电气技术有限公司的Harsvert-A系列高压变频器对风机进行调速控制。该项目采用节能还款合同形式，由杭州亚泰公司，整体项目为交钥匙工程，于2006年12月份安装调试完毕投入运行，至今已稳定运行近四个月，给我厂带来了的效益。


    二、混铁炉除尘工艺工况及主电机参数介绍


    1、混铁炉除尘风机工况：


    混铁炉系统除尘设计风量：66万立方米/小时


    风道漏风损耗率设计：10％


    进铁水（或大包倒小包）除尘需要风量：25万立方米/小时


    出铁水除尘需要风量：6万立方米/小时


    进铁水除尘需要时间：约10分钟/次


    出铁水除尘需要时间：约3分钟/次


    日出铁水总次数：约180次


    日进铁水总次数：约120次


    进铁时，当捕集罩关到位后，相应的阀门打开。出铁时，混铁炉离开零位后，相应的出铁口阀门打开。


    2、混铁炉除尘风机主电机的技术参数如下：


   电机型号：Y710－8
额定功率：1600kW
额定电压：6300V
额定电流：183.2A
功率因数：0.84


   


变频器型号


HARSVERT-A06/200


适配电机功率


1600kW/6.3kV


额定输出电流


200A


输入功率因数


0.95(带负载20%以上)


变频器效率


额定负载下＞0.96


输出频率范围


0.5 Hz到50 Hz


输出频率分辨率


0.01 Hz


过载能力


120﹪1min，150﹪1min


模拟量输入


1～10V/4～20mA，任意设定


模拟量输出


1～10V/4～20mA，可选


加、减速时间


0.1～3000s


控制开关量输入/输出


4路输出/4路输入


冷却方式


风冷


柜体防护等级


IP31


    3、工艺要求：
    现场提供具体工作情况分为以下6种工作情况：


    1）：一个进铁口工作需要25万m3/h；


    2）：一个出铁口工作需要6万m3/h；


    3）：两个出铁口同时打开需要风量12万m3/h；


    4）：一个进铁口一个出铁口同时打开需要风量31万m3/h；


    5）：一个进铁口两个出铁口同时打开需要风量37万m3/h；


    6）：两个进铁口同时打开需要风量50万m3/h。


    三、高压变频调速系统改造方案：


    1、HARSVERT-A高压变频器的原理


    采用高-高电压源型，单元串联多电平技术。电网电压经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，1600kW/6kV高压变频器每相由5个功率单元串联而成，输出相电压可达3500V，线电压达6kV左右。每个功率单元承受全部的电机电流，但只提供1/5相电压和1/15的输出功率，为单相输出的交直交PWM电压源型逆变结构，相邻功率单元的输出端串接起来，形成Y接结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。


    每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘，二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的。给功率单元供电的二次绕组每3个一组，分为5个不同的相位组，互差12度电角度，形成30脉冲的整流电路结构。


    2、本项目共配置1台高压变频器，其详细参数如下：变频器型号HARSVERT-A06/200


    3、变频器主回路方案：


    由于风机进风口没有风门，因此这次改造没有安装工频旁路柜。


    即用户电网直接接高压变频器，然后接电机。


    4、根据混铁炉的工艺要求，我们在满足除尘环保要求的前提下，为简化控制逻辑，现场PLC直接根据出铁口、进铁口的炉盖位置开关状态来控制变频器的转速，变频器预设3个速度点，根据现场所需风量不同自动调节电机转速。


状态 转速 1号炉进铁风口 1号炉出铁风口 2号炉进铁风口 2号炉出铁风口 1号炉大包到小包 2号炉大
包到小包 备注
低速 300 rpm 0 0 0 0 0 0 无设备工作
中速 520 rpm 0 1 0 —— 0 0  
0 —— 0 1 0 0
高速 680 rpm 1 —— —— —— —— ——
—— —— 1 —— —— ——
—— —— —— —— 1 ——
—— —— —— —— —— 1
    现场送6个开关量信号进PLC，在程序内编程以达到变频器高、中、低速运行。


    状态转速1号炉进铁风口1号炉出铁风口2号炉进铁风口2号炉出铁风口1号炉大包到小包2号炉大


    包到小包备注


    低速300rpm000000无设备工作


    中速520rpm010——00


    0——0100


    高速680rpm1——————————


    ————1——————


    ————————1——


    ——————————1


    状态说明：0：风口关闭


    1：风口打开


    ——：任意状态


    5、加装变频器后，由于变频器自身带有电机的过流保护、过载保护、缺相保护、过电压保护、接地保护、短路保护、频保护、反相保护等，变频运行时上口高压柜保护为备用保护，除变频器输入侧采用移相变压器外（其励磁涌流为额定电流的6-8倍），对上口保护无其它特殊要求；因此高压开关柜继电保护只对变频器工频旁路时起主要保护，其整定值可按正常电机保护进行整定。旁路运行时如将进气口阀门全部关闭，启动过程启动电流应在电机额定电流的6-8倍左右，如果电网或上级变压器容量较大能承受此瞬间冲击，可以不外加任何启动设备进行直接工频启动，如果不能承受则可考虑在变频器工频旁路系统前方加装水阻或电抗器，以防工频启动时无法启动。本项目工频时采用直接启动方式。四、交钥匙工程整体施工方案：


    1、由于目前设备使用液力耦合器，考虑到风机运行的稳定性，因此拆除液力耦合器，将电机向前移位采用直接连接方式；对电机移位后与风机直联的磨擦片接手重新定制，重新制作钢底座作为电机基础，同时为确保设备投运后的，应确保的安装精度，保证电机与风机之间的同心度≦0.05mm。


    2、高压变频器主设备安装在风机值班室内，原高压柜至电机的高压电缆用做改造时高压柜至变频器进线电缆，变频器至电机高压电缆重新敷设，同时敷设现场PLC柜至变频器控制柜3根屏蔽控制电缆用于变频器的远程启动、停车，采集现场阀门状态信号，实现变频器三段速的自动调节及变频器信号的反馈。此外还需敷设一根高压柜至变频器的控制电缆，用于高压柜合闸允许和高压柜紧急分闸控制。


    3、由于高压变频器的IGBT等功率元器件对环境温度要求比较高，同时本项目变频器功率较大，为了防止因温高而引起变频器的保护停机，我厂采用以下三种措施来防止室温过高：


    （1）、柜加装排风管，使变频器自身产生的大部分热量通过排风系统释放到室外；


    （2）、改装现有的窗户，进行双层玻璃保温；


    （3）、加装一台10匹的工业风冷空调。


    4、施工时间安排见下表


施工项目名称 内容 时间
土建 电缆沟的挖掘、高低压电缆的敷设、电缆桥架的安装、变频器设备的就位、排风管道安装 4天
机械 液偶的拆除、电机的移位与安装、变频器的安装 4天
电气试验 设备变压器、电缆头及旁路柜耐压试验。 1天
设备接线 设备自身接线及设备与PLC接线 2天
电气调试 系统的控制电试验
变频器自身高压上电试验
变频器的带电机及带风机试验 1天
1天
1天
合计 14天
    终，北京利德华福电气技术有限公司凭借、快捷的售后服务，顺利将设备投入运行，运转情况良好，整体工程一次性验收。


    五、节能测算及投资分析：


    1、上变频器前后的相关参数统计


上变频器前 上变频器后
电机实际运行电流 150A 进铁电机实际电流 110 A 对应转速 667r/min
电机实际功率因数 0.8 出铁电机实际电流 45 A 对应转速 520 r/min
进铁实际需要风量 60万m3/h 没有进出铁电机
实际电流 4.4 A 对应转速 300 r/min
出铁实际需要风量 36万m3/h 电机实际功率因数 0.95  
实际转速 680r/min  
   2、工频用液偶调速状态下除尘风机的功耗计算


    以年运行时间7920小时（约330天）、电价0.5元/度计算，


    工频下每年耗电量为1037万度，每年耗电费为518.5万元。


    3、变频状态下除尘风机的功耗计算


    （1）高速运行时，转速为667rpm


    考虑到有可能两座炉同时进铁水需同时除尘，预计每天高速运行的时间约为12小时（包括变频器加速时间）。则


    （2）中速运行时，转速为520rpm：


    考虑到至少有一个出铁状态，每天预计运行10小时。则


    （3）低速运行时，转速为300rpm


    在不除尘时，只要保证正常的工作环境和能够保正常提速至除尘状态即可，每天预计运行2小时。则


    （4）仍以年运行时间7920小时（约330天）、电价0.5元/度计算，则变频后每年耗电量为697.4万度，每年耗电费为348.7万元。


    4、综上所述，除尘风机上高压变频器后较以前工频液力耦合器调速，每年可节约电量339.6万度，每年节约电费为169.8万元。


    同时还产生了其他效果：


    1）限制启动电流，减少启动的峰值功率省耗；


    2）改善电网功率因数，变频器可使系统的功率因数保持在0.95%以上；


    3）了电机因启动、停止对机械的冲击，延长使用寿命，减少维修；


    4）可使电动机与风机直接相连接，减少传动环节的费用；


    5）电机和风机运转速度下降，润滑条件改善，传动装置的故障下降；


    5、投资分析：


    我厂通过高压变频节能改造，预计该项目的总期约在16个月左右，总投资内容包括设备成本、配件成本、运输成本、工程设计成本、工程安装成本、效果检测成本、资金成本、设备维护成本及风险成本。

1. 引言

我公司从原东德进口的几台ZSTZ315/630 C3磨齿机，加工精度好，效。但由于是七十年代设计的产品，电气控制采用继电器逻辑，不仅体积大，结构复杂，维修困难，特别是经过近二十年的使用，备件耗尽，继电器触点损坏严重，近几年故障。由于润滑充分，该机床的导轨，丝杠，丝母，滑台及工作台的蜗轮蜗杆等磨损不大，机床机械精度保持较好。近我们用NUM1040数控系统和相应的驱动及伺服电机对分度工作台1、X轴进行了数控化改造，机械上取掉了所有挂轮，不仅操作简单，还提高了传动精度。电气控制全部用PLC代替原来的继电器逻辑，简化了电路结构。经加工出的齿轮累积误差达到0.0052mm，齿距偏差0.0038mm，6齿距差 0.0046mm，径跳0.009mm，加工工件精度一致性好，改造成功。

2. 数控改造方案

ZSTZ315/630 C3磨齿机的主要参数如下：
工作台直径：315mm/630mm    工作台承载：200kg/400kg
X轴行程：360mm                      砂轮磨削角：14~26度
滑座冲程长度：20~225mm        冲程次数：75~315/Min
原机床的运动通过各类机械传动来完成，分度工作台（B轴）和X轴根据加工齿轮的大小，模数和齿数使用挂轮实现展成磨削运动。改造后X和B轴伺服电机轴分别通过连轴器直接与各自丝杠连接，取消挂轮减小传动误差。为了降低改造成本，缩短改造周期，经过研究论证，确定数控化改造方案如下：
（1）用NUM1040数控系统对磨削加工的展成运动进行控制，用交流数字驱动模块MDLA和BPH伺服电机驱动X和B轴，利用电机内置3072线编码器组成半闭环控制。运用数控系统对X和B二轴联动和插补运算完成各种齿轮型面的加工。
（2）利用NUM1040系统内置的PLC功能模块对机床操作、液压、冷却、润滑、砂轮起/停和滑台冲程等实现控制，取代了原机床的继电器逻辑线路，提高了机床稳定性和性。
（3）保留原机床砂轮修整器的机械部分，将原来砂轮修整用的直流电机改为3 x 380V，1200R/Min，30W  的交流微型电机，增加一个小型换相接触器即可实现修整1和修整2的功能。
（4）保留砂轮驱动电机和滑台冲程电机，液压，润滑和冷却部分不变。

3. 数控系统的配置

（1）CNC硬件模块的组成
NUM1040 是集CNC、PLC于一体的全功能数控系统，能控制1-6个轴（4轴插补），基本配置的输入/输出点数是64I/48O（可扩展为256I/O），1-3 个手轮，8.4寸液晶彩显。能实现从轨迹控制到外部设备的监控。 CNC系统硬件采用了CMOS电路，光纤通讯技术及模块化设计思想，减少了系统和外界的连线，提高了整个机床电气系统的性。系统主要由电源、CNC、驱动模块组成。系统软件具有开放性和友好界面，可提供帮助性编程方式和强大的通信功能，完善的丝杠螺距误差补偿和多种插补方式，用户可以方便地根据加工特性需要编写自己的固定循环。系统的硬件配置如下：

（2）PLC程序的模块化设计
NUM 数控系统为内置式PLC结构，本机床外加二块32输入/24输出（输出带继电器，每只继电器有动合/动开触点各2对）I/O扩展板。采用梯形图编程语言，模块化程序设计，根据控制功能PLC程序编写成多个模块，每一个模块完成功能，各功能模块统一由主模块循环调用。这样设计的程序可读性强，逻辑控制性高。主要模块有：
    %INI—系统初始化模块：完成控制系统参数的设置与优化检查。I/O端口、定时器、计数器预置。堆栈、数据保护区、数据交换区的起始地址及容量的确定等。
    %TS—主任务模块：完成对各功能模块% FP的循环调用。
    %TP1~n—功能模块：处理与CNC的数据交换；伺服轴进给控制；功能代码处理，砂轮修整控制；滑台运动控制；操作面板处理，报警文本处理等。
    %TH—中断处理模块：实时处理随机事件。
PLC控制程序流程图如下：

4. 结束语

该磨齿机床主要用于磨削渐开线圆柱型齿轮。采用展成 —  分度原理磨削渐开线齿形，用锥形砂轮按齿条和齿轮啮合原理生成渐开线齿廓。X和B两个数控轴合成实现展成运动，在展成运动的同时，旋转的砂轮连同滑台一起沿齿向往复运动，一次展成循环过程，生成一个渐开线齿面。
工作台是数控回动，当展成到分度位置时，砂轮自动退回脱离与工件的接触，工件分度到下一个齿槽，分度的大小和精度由控制系统确定。对不同大小、模数和齿数的齿轮，数控系统自动计算，控制展成和分度运动。
该机床改造以来，因为提高了机械传动精度，加之合理使用间隙和螺距误差补偿能力，工件加工精度和工作效率有所提高。机床性能稳定，运行以来未发生重大故障，据初步统计，故障率较改造前降低80%以上。

问：我有一个改造项目新系统的313C plc需要从老系统上用MpI通讯读取一个模拟量和16个数字量的数据，现在问题是用定义全局数据通讯还是在新系统plc中用sfc67和sfc68通讯，是不是编程通讯比全局数据通讯速度快稳定？请高手指点。（还要问一句如果用编程通讯的话怎么把定义好的全局数据给删除掉）如果不用全局数据的话，用编程，两个plc在组态里用不用连？是不是只用设置一下地址就行了吧？


答：全局数据通信是PLC之间进行的不需要编程通过MPI接口在CPU间循环地交换少量数据，当过程映像被刷新时，在循环扫描检测点上进行数据交换；而无组态的连接的MPI通信（编程通信）通过调用SFC67和SFC68来实现，MPI无组态连接就是MPI通信时，不需要组态，只要编写通信程序即可实现通信，PLC之间可以采用双边编程通信和单边编程通信方式，你这里应该是采用单边编程通信方式，因为CPU313C需要从老系统上用MpI通讯读取一个模拟量和16个数字量的数据，只要在CPU313C上进行编程就可以实现数据交换，编程通信要比全局的数据量要大，速度快；
你把两个PLC之间的MPI端口连接起来，设定主站CPU313C的MPI通信参数（波特率187.5kbit/s）和主站的MP地址如“3”，不能与老的PLC的MPI地址重复，把两个站的波特率设定一样，各自下载到PLC中；因为你只想老系统上用MpI通讯读取一个模拟量和16个数字量的数据，在CPU313C中单边编程，在读取数据区只要对方的PLC的MPI地址和数据区就可以了。
X_PUT(SFC68)为发送数据的指令，通过此指令将数据写入不在同一个本地S7站中的通信伙伴，其中DEST_ID为对方的MPI地址（这里指你的老系统PLC的MPI地址）和VAR_ADDR为对方的数据区，SD为本地数据区，保证SD参数定义的数据长度和数据类型与通信伙伴上VAR_ADDR一致；
X_GET(SFC67)为接收数据的指令，可以从本地站S7站以外的通信伙伴（这里指老系统上PLC站）中读取数据，其中参数DEST_ID和VAR_ADDR分别指对方的MPI地址和对方的数据区，RD为本机的数据区保证RD参数定义的接收区（CPU313C）至少和由VAR_ADDR参数定义的要读取的区域一样大，而且类型相匹配。
如果不想要全局数据通信，只要在硬件组态界面中选择菜单Options（选项）/Define bbbbbb Data“（定义全局数据）界面中，打开全局变量发送和接收组态，断口连接，执行保存编译，下载到PLC就可以了。