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产品描述
无锡西门子PLC代理商电源供应商
一、引言
软件的主界面分为设备状态区、故障监控区、功能控制区三大部分。设备状态区主要显示日期时间及设备当前所处状态，还包括钳次显示、条速显示、筒内长度及满筒比例显示；故障监控区则显示故障所发生的部位、故障名称、分析其原因并给出解决方法；功能控制区共有十几个按键，其中启动、点动、停止、班次选择、手动换筒等按键在具备条件时可直接操作设备，而调试/设定、产量统计好故障查询键在按下后会分别进入各自的操作界面再次进行选择操作。
本文针对纺织、印染、造纸等行业中经典的同步控制、恒张力控制的难点，结合台达机电产品自身的特点和优势设计了成熟、完善的同步控制和恒张力控制的方案，旨在解决长期困扰客户的技术难点。文章不仅对方案本身的控制原理做非常详细的分析和阐述，同时结合成功的应用案例进行说明。
在传统的电力拖动领域，同步控制、张力控制是非常经典的控制环节。同时因为控制对象、工艺要求及控制精度、效果的不同，存在相应的难点。同步控制广泛应用于纺织、印染、造纸等行业。因为上述行业的控制要求，出现了例如中达同步控制器这样的产品。但随着客户对设备技术含量和成本的要求，简单的利用同步控制器来实现同步控制已越来越不能满足客户的要求，用人机、PLC、变频器、伺服、直流调速等产品来实现精度高的同步控制和恒张力控制已经是。台达机电产品利用自身的特点及较高的性价比能够为客户提供成熟、完善的同步和张力控制的方案和系统。
经典的传统式同步控制及张力控制方案
1.系统控制原理
整个系统以图1 所示的1单元为主，1单元的速度为主给定乘以1通道的同步比例系数。即Out1=Kd1*Vo（其中Kd1为1通道同步比例系数，Vo为主给定）。 Out2=Kd2*Vo+Kf2*Vf2(Kd2为2通道同步比例系数，Kf2为2通道反馈比例系数，Vf2为通道2反馈信号)，同理 Out5=Kd5*Vo+Kf5*Vf5(Kd5为5通道同步比例系数，Kf5为5通道反馈比例系数，Vf5为通道5反馈信号)。这就是传统的同步控制系统。张力辊的同轴安装一个电位器，电源为+5V电源，当张力辊处于中间平衡位置时将电位器的输出调整为0V，当张力辊偏离平衡位置时，反馈信号即会有变化，变化的范围在+5V之间，这样反馈量乘以反馈系数，再加上同步比例系数乘以主给定，所得到的就是总输出。因此当张力辊偏离平衡位置时，相应的同步控制器的输出会减小或增大，自动调整变频器的频率，达到动态的平衡，使得张力辊始终在平衡位置附近轻微摆动，起到同步的效果。
Φl60卧式镗铣床的数控系统SINUMERIK810M由CPU模块、位置控制模块、存储器模块、文字图形处理模块、CRT显示器、接口模块、I/O模块及操作面板等组成，它是一种通道式结构的CNC系统，通过RS232C接口进行。
1 西门子SINUMERIK 810K系统常见故障的分析和排除
(1)CPU 监控报警。如果此报亮，则系统不能被启动，CNC系统处于故障状态，这可以从以下几个方面查找故障原因：CPU模块中的跨接端子接错；EPROM存储器故障；总线板损坏；机床参数错误；启动芯片损坏。如果CPU监控报警发生在运行过程中，则多数是模块硬件故障或是CPU循环工作出错；
(2)EPEOM存储器的自诊断报警。出现此报警时，EPROM存储器真正损坏的情况并不多见，而多是由于存储器模块或EPROM芯片插接不良及插错位置引起的；
(3) 数据存储器子模声电池电压低报警。出现此报警时，必需在系统上电的情况下换电池否则会引起机床数据和PiE控制程序丢失，为此在机床调整完毕后将机床数据和PiE控制程序作备份，存储在软磁盘上，一旦发生机床数据和PLC控制程序丢失，利用传输软件将计算机与SINUMERIK 810K的串口联网传送；
(4)轮廊监控报警。说明坐标轴的实际移动速度规定的轮廊监控门槛速度的允许值，或是在高速或制动时，相应作标轴不能在规定时间内达到要求的速度。这多数是由于KV系数设定不当造成。或是位置反馈电缆及脉冲编码器不良。或由于机械间隙过大造成；
(5)位置反馈回路硬件故障。表示检测到的位置反馈信号相位错误或接地短路或信号没有．可以检测到的位置回路电缆是否断路；检测判断位置模块是否有故障；用示波器测量位置反馈信号的相位，判断电缆与位置传感器是否有问题。
2 Φl60卧式镗铣床上的故障引起机床故障
(1)机床失控(即飞车)。这类故障在安装调整机床时出现，原因多数是位置或速度信号不正常，或是断线或是性接反，变成正反馈。如果在机床运行时突然出现，则多数是信号反馈线因机床移动而被拉断，或是数控系统的控制板及进给伺服速度控制单元的故障造成；
(2) 机床振动。造成振动的原因，除了机械间隙大或液压润滑不良等之外，应检查位置控制和速度控制单元的设定是否正确，分析机床振动周期是否与进给速度有关，如与进给速度无关，多数是由于该轴的速度环增益太高造成。若与进给速度有关，多数是因为位置检测增益太高引起的，须进行位置检测增益的调整；
(3)零件加工精度差。这主要是各轴之间的进给动态跟踪误差值对称度没有调到状态，或是机床经一段时间使用后，机床各轴传动链有变化。
3 数控机床故障诊断的方法
(1)Φl60卧式镗铣床PLC控制程序针对机床设置一百多条报警处理信息，SINUMERIK 810M设有数百条报警信息，根据报警内容的提示来寻找故障的根源；
(2)原理分析不当。根据数控系统的组成原理，可从逻辑析各点的应有特征，并进行测量比较从而对故障定位；
(3)等效代换法。利用现有的备板等效代换，再维修代换下的坏板；
(4)分部隔离法。此方法的思想是将机床看作是由一块块“积木”搭成，各块“积木”既相立又相联系，控制系统的组成也类似，去除一部份，观察所发生的现象，因为发生故障部位的信号没有或不正常，从改变的现象中，判断出故障点；
(5)测量比较法。数控系统的印刷线路板一般设有用于检测的端子，测量端子的电压和波形，结台工作原理，分析故障原因及故障的所在位置。
（3）针对压力调节的特性，先将积分时间放到较大的4min，比例系数放到0.3，然后逐步改变比例系数，用临界比例带法，进行参数设定。出现调节的等幅震荡后根据临界比例带的算法，行初设，有1个基本的参数。P=0.025，Ti=100s；
（4）将A、B送风机动叶的开度按每10％的开度上行程试验，观察炉膛负压的变化情况，记录偏差大小以及偏差时间，完成后进行下行程试验，用A/B送风机的动叶进行扰动试验；
（5）改变其中1个的开度为30％，观察引风变频的转速变化情况及负压的响应时间，再进行送风机的动叶扰动试验，每10％的开度上行程试验，观察炉膛负压的变化，记录偏差大小和偏差时间，及高压变频器的命令输出和转速的实际值，完成后进行下行程试验，核定单双风机运行的比例增益；
（6）模拟MFT动作条件，在送风机动叶A、B的开度在50％的情况下，观察炉膛负压的变化，以及灭火后引风弛环节的动作情况，进行完自动试验后，在引风变频投入自动的情况下，将有关引风变频的联锁进行1次实际动作试验；
（7）在试验过程中，还需观察将送风机单侧拉掉，运行中单侧送风机掉闸后，变频自动是否能够将负压控制到满意的范围；
（8）锅炉的运行是全厂动力的根本保，虽然变频调速装置，可一旦出现问题，确保锅炉运行，所以实现工频—变频运行的切换。若1台引风变频故障，无法在短时间内恢复，需要引风自动控制由原先的静叶来调整。为此，须试验停1台引风变频，开大另1台引风变频，并将原引风自动(静叶)投入进行相应的扰动，通过试验，对其中的一些参数进行调整和修改。
根据上述调试，将引风变频的PID参数逐步优化，在变频方式下负压调整平稳，调节品质也有了明显提高，同时原有的静叶挡板调节在1台工频、1台变频的条件下，原有的静叶调整PID参数也进行了相应的修改，当1台变频故障切回工频工作时，依然能够由原有的静叶挡板自动控制负压，这样为提高运行的提供了备用空间。
5．实现引风变频调速后的效果
（1）风机变频改造后，电机实现了软启动，峰值电流和峰值时间大为减少，了对电网和负载的冲击，避免产生操作过电压而损伤电机绝缘，延长了电动机和风机的使用寿命。
（2）采用变频调节，实现挡板全开，减少了挡板节流损失，且能均匀调速，满足调峰需要，能够节约大量的电能。
（3）低负荷下转速降低，减少了机械部分的磨损和振动，延长了风机大修周期，从而节省了大量的检修费用。
（4）具有控制精度高、抗干扰能力强、谐波含量小的特点，且有完善的保护功能，可实现零转速平稳启动，有利于电动机和风机的运行。
6.结束语
（1）现场引风机变频调节和静叶挡板调节2种不同运行方式的对比试验表明：引风机变频调节运行方式能满足机组出力要求，性能稳定，自动调节品质有了较大改善，尤其是在响应速度上特别明显，另外基本以前使用挡板节流时执行器固有的死区大的毛病。
（2）在机组不同负荷下，入口挡板调节方式的运行效率只有55％左右，而引风机采用变频调节运行方式的运行效率基本在75％-80％，运行效率大大提高。
（3）使用变频调速技术，由于变速调节没有了风门挡板，节约了损耗在风门挡板上的能量，有效地解决了风机由于调节而产生的大量损耗，以其优异的调整性能和显著的节电效果，使风机处于较经济的状态下运行。
手动状态时，运行人员通过改变画面转速控制块控制高压变频器转速，实现负压的调节。
3．2引风机高压变频器启动的允许条件
启动具备以下3个条件：①引风机A、B的高压部分已启动完成；②引风机A、B的高压变频器就地从其PLC送来的启动就绪开关投入。③引风机A、B的高压变频器的转速设定值的输出小于30％。
由于高压变频器启动的前提为引风机电机高压开关合闸及启动反馈为1，而原有引风机启动的条件继续在整个逻辑中起作用，即原有的风机启动条件保留下来作为引风机高压变频器启动的允许条件。另外考虑到高压变频器就地的实际条件，加入了高压变频器就地送来的就绪信号和A/B引风机变频就绪作为启动的另一条件。
在高压变频器远方启动的调试过程中发现：由于高压变频器转速设定块中的命令可能在1个较高的转速位，而这时启动高压变频器必然会对炉膛负压有1个较大扰动，而且容易造成运行误操作，所以在启动中加入了命令＜30％的限制。
3．3引风机高压变频器转速调整的自动调节
（1）A、B高压变频器转速自动的开关量部分
当引风机静叶投入自动时，将会闭锁A、B高压变频器转速投自动。另外当偏差回路中形成值过一定值(暂定为50％)时，将自动切除高压变频器自动。炉膛负压信号发生故障时，则发传感器故障信号，高压变频器退出自动。当炉膛负压低一值触发时，延时3s后闭锁转速增加，当炉膛负压高一值触发时，延时3s后闭锁转速减少。
（2）A、B高压变频器转速自动的模拟量
由于变频调节对象与引风机静叶调节对象一样，所以将原有的偏差形成回路直接引出作为现有的变频调节的偏差作用于现有的引风变频控制。并就变频的特点加入了结合转速的平衡回路，将两侧的出力保持平衡。同时也立的加入其单双风机变频方式的增益回路，由于原有的偏差形成回路中包含了总风量的前馈部分，所以在新的变频转速回路中就不再增加，考虑到一旦发生单台引风变频跳闸，又不能恢复变频方式运行，将原有的挡板控制回路中的电流平衡回路改为位置反馈平衡回路，同时将另1台引风变频逐步加到大后，投入引风自动。
3．4引风机变频涉及的相关跳闸保护
（1）单侧风机的变频跳闸联跳相应一侧的送风机，并联关相应挡板及静叶的逻辑不变。
（2）双侧风机的变频跳闸后，由于相应的A风机和B风机的高压开关联跳，故保留原锅炉主保护PLC控制器中的MFT跳闸回路不变。
（3）原有的引风机跳闸回路中增加了高压变频器重故障联跳引风机功能，从而保证在变频方式下变频跳闸联跳引风机，工频方式下该条件被闭锁。
引风机变频控制的流程如图1所示。
图1：引风变频控制流程图
4．引风变频自动参数整定试验及相关调试
（1）启动A、B引风机和高压变频器，将原2台引风机挡板的静叶调至100％，将炉膛负压设为-50Pa；
关键词:炉膛压力变频技术分散控制系统
变频调速装置可优化电动机的运行状态，大幅提高其运行效率，达到节能目的。过去受价格、性及容量等因素限制，在我国风机市场上一直未能得到广泛应用。近年来，随着电子器件和控制技术的发展,高压变频器的价格不断下降,性不断增强，且模块化的设计使其容量几乎不受限制，相应地高压大容量变频器也被逐步大量应用。
山西阳光发电有限责任公司1#炉技术改造在2台引风机电机别加装1套北京利德华福电气技术有限公司生产的2000kW/6kV高压变频装置。控制器由高速单片机、工控PC和PLC共同构成。单片机实现PWM控制。工控PC提供友好的全中文bbbbbbS监控和操作界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。内置PLC则用于柜体内开关信号的逻辑处理，可以和用户现场灵活接口，满足用户的特殊需要。该高压变频器使用西门子的PLC中的S7-200，具有较好的与DCS系统接口能力。根据引风机的运行特性要求以及高压变频器控制的具体要求，确定采用如下DCS系统与变频调速系统的接口及控制方案。
1．DCS系统与高压变频器的接口方案设计
DCS系统与高压变频器之间的信号总共有22个，其中开关量信号18个，模拟量信号有4个。每台引风机高压变频器开关量信号包括：①待机状态；②运行状态；③停止状态；④轻故障报警；⑤重故障报警；⑥高压合闸允许；⑦单元旁路状态；⑧启动命令；⑨停止命令。每台引风机高压变频器模拟量信号包括：转速控制命令和转速反馈信号。
通过对上述信号在DCS系统中的定义逻辑组态实现变频控制方案。
2．DCS控制中增加以下内容
为实现对变频引风机的启停控制及转速调节，在DCS显示和控制中增加：
（1）通过DCS系统实现高压变频器启停操作用于远方启停高压变频器。
（2）DCS控制高压变频器转速控制实现引风变频的手自动控制。
（3）在DCS系统的显示报警中增加高压变频器轻故障报警块、重故障报警块、工频旁路状态。
3．运行方式及控制逻辑的说明
3．1引风机高压变频器的运行方式
正常情况下，引风机以变频方式启动，考虑到高压变频器有可能故障，还具备1台变频、1台工频运行方式和2台工频运行方式。
高压变频器运行方式分为就地及远方控制2种。就地控制状态时，DCS输出的转速命令信号跟踪高压变频器转速反馈，此时，对高压变频器的远方操作无效。
高压变频器受DCS控制时分自动和手动2种方式。
图中，曲线1为风机在恒速下的风压-风量（H-Q）特性曲线;曲线2为恒速下的功率一风量（Ps一Q）特性曲线;曲线3为管网风阻特性（风门全开）。
设风机在设计时工作在A点，效率，此时输出风量Q为**，轴功率为Ps1，与Ql、H1的乘积成正比，即Ps1与AH1OQ1所包围的面积成正比。
当需要调节风量时，例如，所需风量从**减少到额定风量的50%，即从Q1减少到Q2时，如采用调节风门的方法来调节风量，使管网阻力曲线由曲线3变为曲线4。就是说，减小风门开度增加了管网阻力。此时，系统的工作点由原来的A点移至B点。可以看出，风量虽然降低了，但风压增加了，轴功率Ps2与面积BH2OQ2成正比，它与Ps1相比，减少不多。
如果采用调节转速来调节风量的方法，风机转速由原来的n1降到n2。根据风机参数的比例定律，可以画出在转速n2下的风压一风量（H—Q）特性曲线5，风机工作在C点。可见，在满足同样风量Q2的情况下，风压将大幅度降低到H3，轴功率Ps2（与面积CH3OQ2成正比）也明显降低。所节约的功率与面积AH1OQ1和CH3OQ2之差成正比。由此可见，用调速的方法来减少风量的经济效益是十分显著的。
由流体力学可知，风量Q与转速n的一次方成正比，风压H与转速n的平方成正比，轴功率Ps与转速n的三次方成正比。即：
Q∝nH∝n2Ps∝n3
当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。如所需风量为额定风量的80%，则转速也下降为额定转速的80%，而轴功率下降为额定功率的51.2%;当所需风量为额定风量的50%时，轴功率可以下降为额定功率的12.5%。当然，转速降低时，效率也会有所降低，同时还应考虑控制装置的附加损耗等影响。即使如此，这种方法的节电效果也是非常可观的。另一方面，使用通用变频器来改变转速后，当风机转速下调10%时，则风机输出功率下降到额定功率的73%;当风机转速下调20%时，则风机输出功率下降到额定功率的51%。可见应用变频器技术调速又比普通调速来控制曝气量的大小其节电效果加显著。
5 结束语
本例采用变频调速技术与PLC相结合进行曝气量的调节控制，既保留了PLC控制系统、灵活、适应能力强等特点，又提高了控制系统的智能化程度。
本文作者的点在于，利用了变频器与PLC相结合，对风机的曝气量实现了的PID调节控制。这种控制方法不仅提高了污水处理系统的性、节约了能源，而且对于进一步实现各种活性污泥法的实时控制提供了一较为理想的控制方案。
1 引言废水生物处理技术中的批式活性污泥法又称SBR法，是一种简快速且低耗的污水处理工艺，具有工艺简单、、脱氢除磷效果好，防止污泥膨胀性能强，耐冲击负荷和处理能力强等优点，非常适用于水质变化大的中小城镇的生活污水处理，以及易生物降解的工业废水处理。
目前由于化学需氧量COD浓度在线仪器的出现，将COD浓度作为重要的工艺参数，系统通过在线检测COD的浓度值来调节曝气量，以保出水质量，节省运行费用。
2 SBR法污水处理过程分析
图1所示为活性污泥处理流程示意图。SBR废水处理法初次沉淀池、曝气池、二次沉淀池、污泥回流和剩余污泥排放几个系统组成。初次沉淀池用以去除污水中原生悬浮物，悬浮物少时可不设置。污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液，通过罗茨风机充入空气，使混合液得到足够的搅拌而呈悬浮状态，然后流入沉淀池。混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉淀下来和水分离，流出沉淀池的净化水。沉淀池中的污泥大部分回流，成为回流污泥。
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传统的控制方法是时间程序控制，即按照规定的时间和顺序进行：
·充水（打开进水电动阀）：7h
·曝气（开启罗茨风机）：1.75h
·搅拌（接通搅拌电机）：1.25h
·沉淀：1.5h
·排水（打开电磁阀）：0.5h
从充水开始到排水结束为一个周期。在一个周期内，通过曝气、停气使充氧/缺氧状态相互交替进行。在分解污水中含碳化合物（以COD为代表）的同时，相继进行含氮化合物的硝化和反硝化，终达到脱碳、脱氨和脱氮的目的。
一般情况下，采用每天执行两周期（12h/周期），但是，工业污水中物的浓度往往是随时间变化的，如果按固定的反应时间控制SBR法污水处理系统的运行，则既浪费能源又容易发生污泥膨胀。如时间设置不合适，还将影响处理效果。
3 曝气量的变频调速控制设计
化学需氧量COD是一个重要的工艺参数，如控制系统在污水处理过程中，在线检测COD的值来调节曝气量，使整个反应过程的化学需氧量COD处于适当的范围，这样既能保出水质量，又能节省运行费用。
随着能源危机的加剧和环境保护的压力与日俱增，节能环保已成为每个人的话题，而能源的消耗很大一部分都是在工业生产过程中消耗的，不管是工业用电还是民用，都存在这智能控制的问题。
从而衍射了一个庞大的一个新行业——清洁能源。节能减排的目标一方面可以从风能，太阳能，潮汐能，水利发电等清洁电能，还有一方面就是通过智能的控制系统减少能源的没有必要的浪费，使我们的用电系统智能化。不管是电网的智能分配系统，还是工业用电系统，设备优化系统，楼宇自动化控制和智能照明系统，都离不开智能节能控制系统。
而智能化基本分为四个系统：数据采集系统，数据处理系统，自动执行系统和存储分析系统。其中每个系统都有一套而庞大软硬件系统作为后台支撑，比如说数据采集系统，就涉及各种传感器，AD/DA系统，远程通信系统，分布式网络控制系统，才可能把需要得到的各种数据送给数据处理系统。而到数据处理系统需要的主控制芯片作为动力引擎，高速计算采集系统发送的数据，分为dsp芯片和cpu芯片，并且可以通过各种通信协议终端，对采集系统的数据进行接收，同时把处理好的数据发送给自动执行系统和存储分析系统。自动执行系统主要有硬件组成，分为智能自动开关，执行机械手和控制电机等执行机构。数据分析系统是结合诸多行业级工程师们的多年经验和宝贵意见而设计的一个智能分析系统，可以自动分析采集的数据，有大容量的存储器作为数据，自动做出处理决定给执行系统
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