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西門子KP900顯示屏
 | 6AV2124-1JC01-0AX0 SIMATIC HMI KP900 精智， 精智面板,， 按鍵操作,， 9” 寬屏 TFT 顯示屏， 一千六百萬色,， PROFINET 接口,， MPI/PROFIBUS-DP 接口， 12MByte 項目組態(tài)存儲器,， Windows CE 6.0,， 可項目組態(tài)的低版本 WinCC Comfort 11版 |
8“變”3的節(jié)能魔術
——太鋼攜手西門子的一次時間觀和方之旅
問：8怎么變成3？答：豎著砍掉一半,。這是腦筋急轉彎的謎底,，卻不是太鋼的答案，因為,，鐵膽雄心的太鋼人顯然要在節(jié)能的數字之變上制造一個更大的魔術,。經過太鋼和西門子的通力合作，變頻器化身“魔術師”,，成功將燒結風機中單個電機的耗電量從每小時8千度“變”為3千度,。
面積超過600m2的太鋼4號燒結機，使用了兩套西門子羅賓康高壓變頻器與高壓電機,。在這座大型不銹鋼企業(yè)里,，時間觀被詮釋為：節(jié)能、生產都是一種與時間的賽跑,。時間與能效可以“魔術”置換的感受,，尤為強烈。一臺大變頻一個小時就能節(jié)電5千度,，兩臺大變頻一天可節(jié)電24萬度,。如按自供電價0.4元/度計算，一年節(jié)約電費3000余萬元,，18個月就收回了設備成本,，節(jié)能率可達40%，使得初始的設備投資轉化為一次成功的戰(zhàn)略性技術創(chuàng)新,。
太燒結風機系統(tǒng)外景
不銹鋼巨子搭檔節(jié)能伙伴
從神舟一號到神舟十號,，每一次飛船升空，都有太鋼不銹鋼產品助力其中,。從一角硬幣到火箭衛(wèi)星,，從百姓餐桌到三峽大壩，太鋼生產的不銹鋼以其優(yōu)勢占領了國內不銹鋼市場近半壁江山。作為不銹鋼熔煉的初始流程,，燒結工序是關鍵所在,。究竟采用哪種變頻驅動方案，是一個重大的方向性選擇,。
當時準備上馬的太鋼4號燒結機,，其規(guī)模當屬世界大。燒結面積越大,，產量就越高,，對風機的要求也越高，因此能源消耗巨大,。根據太鋼3號450m2燒結機的實際工況，太鋼計劃在600m2大型燒結風機中采用兩臺大變頻,，來控制高壓電機的轉速,。盡管采用變頻驅動風機能夠大幅節(jié)能，且是大勢所趨,。然而如此大規(guī)模的應用并無先例可循,，技術難度大，投資回報率未知,，沒有十分把握,，誰也不敢貿然行事。
自從有了設計中國大規(guī)模變頻調速風機的想法,，太鋼煉鐵廠電氣部趙宏部長就時刻留意各種知識和信息,。一天，在與國外專家交流時,，趙部長獲知風機的性能曲線,，可以利用主氣流的溫度、壓力以及流量來測算的消息后,，如獲至寶,。“那正是太鋼需要的曲線，有了這條曲線,，風機的控制就更加精確了,。”趙部長立馬組織團隊開始技術研究。
經過夜以繼日的計算和評估,，2008年趙部長團隊提交了十幾頁的項目可行性報告,，決定采用變頻調速技術。這個方案前期投資大,，但著眼長遠,，兩年之內就可以收回全部投資。經過對*技術的研究和嚴密推理，2009年4月太鋼正式開啟了變頻節(jié)能之路,。
太鋼同時收獲的還有可靠的節(jié)能伙伴,。燒結車間敢于嘗新，采用當今*的變頻節(jié)能技術,，這個過程西門子專家團隊起到了*的作用,。由于國內沒有可以參考的項目，整體技術方案必須依靠太鋼和西門子的通力配合,，共同摸索,。回憶當時的情景,，趙部長坦誠的說：“在終核算的幾天里,，晚上一直睡不著覺，這可是關系到超過5千萬的投資,，一旦誤差過大,，怎么向廠里交待！”
太鋼4號燒結機采用的10,760kW西門子高壓電機
15,000kVA西門子羅賓康變頻器機柜
采用變頻調速之前太鋼曾經使用風門擋板調節(jié)風量
西門子KP900顯示屏
管理三步走,，節(jié)能一大步
西門子的能源管理方基于三個步驟,，識別、評估和實現,。此前的時間觀主要解決能效“怎么算”的問題,，這里的方主要解決節(jié)能“怎么做”的問題。有了方的依托,，太鋼與西門子在節(jié)能合作上闊步向前,。
*步，充分識別和挖掘太鋼隱藏的節(jié)能潛力,。
能量流怎么識別呢,？首先得給所有的設備能耗照張“X光片”，哪個設備能耗大,，哪個能耗小,，哪些能耗有用，哪些沒用,，都能看個一清二楚,。只有掌握了較長時間段內，電能,、水能,、熱能的消耗數據，才能進一步改造,、優(yōu)化,。
西門子專家團隊首先以未使用變頻調速的3號450m2燒結機作為樣本,，記錄車間和系統(tǒng)中的能源消耗。經過分析,，燒結主抽風機的電耗一般占整個生產線的50%,，而風量控制準確程度直接決定成品的質量、產量,。
第二步,，評估車間和系統(tǒng)在整個生命周期內的成本，計算出具體應用的節(jié)能潛力和可行措施的成本效益,。
能量流透明了,，確定了大的能耗設備——燒結主抽風機之后，“評估”階段著手計算具體的節(jié)能潛力,，考量潛在措施的經濟性,，這是做出決策的關鍵一步。這個步驟就像全科醫(yī)生拿著X光片和多種化驗報告,，進行病理分析,，給出診斷結果的過程。
風機轉動越快,，送風量就越多，但是能耗也隨之成倍增長,。如果轉速下降,，能耗也會翻倍減少。經過反復論證,，在同樣產品,、同樣產量的條件下，變頻調速等于時時刻刻都在節(jié)能,，即使在整個燒結廠滿負荷生產的情況下,，保守估算節(jié)能率也將在35%以上。
第三步,，采取有針對性的措施,，將節(jié)能潛力變?yōu)楝F實，大約2/3的工業(yè)能源由驅動系統(tǒng)消耗,，而將整個驅動系統(tǒng)的能耗,，降低40-50%是十分具有操作性的。
憑借醫(yī)生的診斷報告,，接下來就是對癥下藥了,，藥品可靠、藥力持久,，病痛才能一掃而光,。在考察了多種變頻方案之后，太鋼終決定選用兩臺西門子羅賓康高壓大功率變頻器，輸出電壓為10KV,。變頻器采用水冷工藝,，其內部采用去離子水循環(huán)冷卻，外部采用工業(yè)冷卻水二次冷卻,。與空冷型變頻器相比,，不需要額外的空調等冷卻設備，變頻器噪音低,，受周圍環(huán)境的影響小,，變頻室整潔、干凈,。此外,，西門子羅賓康高壓變頻器還具備“飛車啟動”功能，縮短了風機每次起,、停接近50分鐘的等待時間,，從而大大節(jié)省了能耗和時間成本。
將能效與時效劃上等號
當風機在變頻工況下順利啟動的那一刻,，看到現場的有功功率僅為3000KW,，遠低于不使用變頻器的8000KW，趙部長團隊那顆懸著的心才真正踏實,。數據驗證前期測算非常準確,，在變頻工況下工作，電機啟動電流小,、轉速低,、振動小，風量調節(jié)平穩(wěn),，潛在的附加經濟效益不可*,。
程海峰是太鋼煉鐵廠電氣作業(yè)區(qū)的點檢員，他也是在4號燒結機一從事巡檢工作的工程師,，平常電氣室內無人值守,，只有另一名同事在中控室監(jiān)控。每天早上9點他準時到4燒變頻室一圈,，檢查有無異常情況,，已經接近4年。
點檢員程海峰在向回訪的西門子服務工程師介紹變頻器工作狀態(tài)
邁入變頻室的大門,，比想象得更為安靜和清爽,。程工的喜悅溢于言表：“使用水冷大變頻，噪音小,，沒有風冷的粉塵污染,。同事們的工作量有所減輕,，工作環(huán)境也有所改善，不用像3燒那樣頻繁的操作風門擋板,。90%的現場數據在中控室就可以直觀顯示,，維護量小，運行穩(wěn)定,。”
“水冷變頻作為大型燒結風機的系統(tǒng)驅動,，在大型鋼廠是*應用，吸引了多家企業(yè)前來太鋼取經,?？吹轿覀兊挠泄β屎妥冾l器水冷溫度，同行都非常贊嘆,。”趙部長指著變頻室的人機界面說,，“能效與時效本質相同，只是很少有人意識到而已,。”
4號燒結機的節(jié)能故事只是能源管理的一個縮影,。它的意義在于，其實每一件事幾乎都有昂貴的和便宜的解決方法,，但是經濟性的事實卻往往被“迷霧”遮蓋,。只有評估整個產品生命周期的能效，才能做出正確的決策,。
能源對于重型工業(yè)來說,，是巨大的費用因素。根據德國聯邦統(tǒng)計局2008年的數據顯示,，能耗在德國各個行業(yè)整個生命周期的成本中占據很高比例，如鋁業(yè)的能耗占57%,，水泥占47%,，鋼鐵占36%，制漿造紙占29%,，基礎化工占27%,。對于電氣傳動系統(tǒng)，能源消耗至少占到生命周期成本的80%,。
在太鋼構建資源節(jié)約型企業(yè)過程中,，通過使用西門子變頻驅動解決方案、全集成自動化,、奧鋼聯*的鋼鐵工藝等,，保障產量年年增長，耗能卻逐年遞減,。太鋼總經理高祥明先生談到：“2011年與2005年相比,，太鋼噸鋼綜合能耗下降22.9%,；噸鋼新水消耗下降91%；二次能源年回收占總能耗的45%以上,，達到行業(yè)優(yōu)秀水平,。”
這就是太鋼與西門子共同制造的奇幻魔術。在一連串數字的背后,，真實可感的是能耗的減少和環(huán)境的改善,。鐵水奔流，風云靜好?，F在的太鋼廠區(qū),，金屬質感的廠房間點綴著綠樹碧草，成為一座名副其實的現代化花園式工廠,。
西門子正在努力幫助千百個像太鋼這樣的企業(yè),，實踐綠色工業(yè)。西門子東北亞區(qū)工業(yè)業(yè)務領域總裁吳和樂博士說：“除了需要在設備層面有節(jié)能的風范,，比如高效電機,、變頻器等，要把眼光放遠,，跨越產品設計,、生產規(guī)劃、生產工程,、生產實施以及服務的整個生命周期,，實現節(jié)能。”西門子的節(jié)能產品與解決方案,、能源管理咨詢,、節(jié)能改造服務，合同能源管理以及融資租賃服務,，將工業(yè)企業(yè)的節(jié)能夢想變?yōu)楝F實,。
現代化花園式工廠——太鋼
由8變3，是一個開端,，也是一個宣言,。站在創(chuàng)新科技的舞臺，太鋼與西門子將攜手合作,、迎風而立,，繼續(xù)施展將能效數字由腐朽變神奇的魔術，創(chuàng)造鋼鐵未來的科技感性時代,！
西門子操作員面板使用“趨勢視圖”以曲線的形式顯示變量變化的趨勢,。趨勢類型中“觸發(fā)的實時循環(huán)”用于顯示變量的實時曲線，面板掉電后曲線就會丟失,。“數據記錄”用于顯示數據記錄文件中歷史數據的曲線,。“觸發(fā)的緩沖區(qū)位”和“實時位觸發(fā)”都可以將PLC 中連續(xù)地址區(qū)中的數據通過趨勢視圖以曲線的形式輸出,。“實時位觸發(fā)”用于觸發(fā)顯示一段連續(xù)地址區(qū)中的數據，“觸發(fā)的緩沖區(qū)位”可以切換顯示兩段連續(xù)地址區(qū)中的數據,。下面以“觸發(fā)的緩沖區(qū)位”為例介紹配置方法,。
在趨勢類型中選擇“觸發(fā)的緩沖區(qū)位”后，“源設置”如圖1所示,。
圖1
其中,，“過程值”和“緩沖區(qū)變量”為PLC 中連續(xù)地址區(qū)中的數組變量，如DB1和DB2的DBB0到DBB9,。
? “趨勢傳送1”用于觸發(fā)顯示連續(xù)地址區(qū)“過程值”中的數據曲線,；
? “趨勢傳送2”用于觸發(fā)顯示連續(xù)地址區(qū)“緩沖區(qū)變量”中的數據曲線。
“趨勢請求”僅起顯示作用,，取決于“位”的設定值,，同時決定了“趨勢傳送1”和“趨勢傳送2”的數據格式。“位”直接定義了“趨勢請求”的數據格式：
? “位”設置為0,，“趨勢請求”顯示為二進制1,，十六進制0001；
? “位”設置為1,，“趨勢請求”顯示為二進制10,，十六進制0002；
? “位”設置為2,，“趨勢請求”顯示為二進制100,，十六進制0004；
? “位”設置為3,，“趨勢請求”顯示為二進制1000,，十六進制0008；
? “位”設置為4,，“趨勢請求”顯示為二進制10000,，十六進制0010。
而“趨勢傳送1”和“趨勢傳送2”為了觸發(fā)對應的數據曲線,，必須與“趨勢請求”的數據格式保持*，并將高位（即第15位）置1：
? “趨勢請求”顯示為十六進制0001,，觸發(fā)要求“趨勢傳送1/2”為十六進制8001,；
? “趨勢請求”顯示為十六進制0002，觸發(fā)要求“趨勢傳送1/2”為十六進制8002,；
? “趨勢請求”顯示為十六進制0004,，觸發(fā)要求“趨勢傳送1/2”為十六進制8004；
? “趨勢請求”顯示為十六進制0008,，觸發(fā)要求“趨勢傳送1/2”為十六進制8008,；
? “趨勢請求”顯示為十六進制0010,，觸發(fā)要求“趨勢傳送1/2”為十六進制8010。
當趨勢請求功能正確執(zhí)行后,，對應連續(xù)數據區(qū)的曲線會顯示在“趨勢視圖”中,，同時，“趨勢傳送1”和“趨勢傳送2”會自動復位為0,。
1. 創(chuàng)建變量
? area1為字節(jié)類型數組,，長度10，起始地址DB1.DBB0
? area2為字節(jié)類型數組,，長度10,，起始地址DB2.DBB0
? request 數據類型為WORD，地址MW200
? trans1數據類型為WORD,，地址MW202
? trans2數據類型為WORD,，地址MW204
圖2
在畫面中添加 IO域分別顯示變量 request, trans1和trans2，注意：“顯示格式”設置為十六進制,，如圖3所示,。
圖3
2. 設置趨勢視圖參數
打開趨勢視圖屬性“時間軸”，軸模式：點,；值的數目：10,，必須與定義的數組長度保持*，如圖4所示,。
圖4
3. 設置趨勢曲線的屬性
在趨勢屬性中選擇趨勢類型“觸發(fā)的緩沖區(qū)位”后,，采樣點為10，其他參數如圖5所示,。
圖5
4. 激活運行系統(tǒng)
通過 PLCSIM 可以模擬 DB1.DBB0-- DB1.DBB9 和DB2.DBB0—DB2.DBB9 中的數據,，如圖6所示。
這樣,，激活運行系統(tǒng)后,，由于趨勢傳送“位”設置為 4，趨勢請求變量 request 顯示為十六進制 0010,。通過為觸發(fā)變量 trans1/ trans2 賦值十六進制 8010 ,，可以分別顯示DB1或DB2中的數據曲線。
圖6
圖7
一,、應用概述
這個應用可以不使用SIMATIC S7系列PLC,，只利用HMI設備如MP370/TP170 B來控制MM440變頻器的運行控制和監(jiān)控。
這一應用要求變頻器帶有Profibus-DP通訊模板,，所有后數字位為7的SIMATIC OP/TP ,，MP， TD都可以做為2類主站實現這個功能,。（IF1B接口）,。
本例采用的是：
硬件設備：MM440＋Profibus模板 MP370屏
軟件環(huán)境：WinCC Flexible 2007
任何時候MP370都只能控制一臺MM440,，所以變頻器外圍應該設置急停電路來實現緊急情況下的變頻器停車。
急停電路應該由急停開關（常閉接點）,、自閉鎖的繼電器/接觸器和確認按鈕構成,。當急停時，自閉鎖的繼電器/接觸器斷開,，數字輸入端的接入電平為0V,，當急停按鈕被釋放，必須要按確認按鈕以使繼電器接觸器重新自閉鎖,，這時數字輸入端才能重新接入+24V高電平,。
出于安全原因，不允許將急停開關直接接到數字輸入端,。當急停開關被釋放,，變頻器可以立即上電。
二,、功能描述
Micromaster 440變頻器可以不用SIMATIC S7,，而直接通過ProTool / WinCC Flexible進行簡單控制和狀態(tài)顯示。
在MP370屏的功能界面完成驅動的設置定義,，參數通過MP370設定值的輸入/輸出變量傳給變頻器,，寫控制字或讀取狀態(tài)字來控制變頻器或顯示變頻器狀態(tài)。相對于MP 370,，MM440充當了SIMATIC S7控制器的角色,。
三、操作步驟：
1.設置MM440的DP地址,，在屏的control panelTransfer菜單中設置其地址與通訊速率,。使用DP電纜連接MM440 的DP接口與屏的IF 1B接口。
2.建立新的項目,，選擇正確的屏和設備版本
3. 新建連接,。所建連接類型為SIMATIC S7 300/400，屏的接口為IF 1B,，需要注意的是此處的PLC設備就是帶有Profibus-DP模板的MM440變頻器,，DP地址即為撥碼開關或P918所設的地址。
4. 建立變量,。用DB塊指示變頻器的各個參數,，根據變頻器個參數是U32或者U16在建立變量時為其選擇正確的數據類型。在變量地址選擇時DB號為變頻器的參數號,，DB塊中起始位置表示的變頻器參數的index值，如要對P1121.0進行讀寫,，則變量的地址應為DB1121 DBD0,。
5.創(chuàng)建畫面,。通過拖動工具欄中的對象在畫面上合理布局需要顯示的各個變量，將I/O域連接相應變量,，注意顯示格式,。在畫面設計時應注意添加“退出”按鈕，并將單擊事件設為“stop run time”,。
6,、寫B(tài)I類型的參數時，因為變頻器進行的BICO連接,，數據類型為U32型,，但它實際得到的值是0/1信號，但在Flexible中只能定義數據類型為DInt型,，而不能定義為Bool型,，否則為無效數據格式。在進行對BI進行寫操作時,，系統(tǒng)將0做為0,，將65536即2的17次方做為1。
7,、變頻器的起/停通過自由功能塊完成,，在變頻器應激活自由功能塊功能及相應使用的自由功能塊，本例使用邏輯塊,，同理也可以使用定時器,、比較器等來實現這一功能。激活自由功能塊,，設置P2810.1=1,，AND1的輸出r2811連接到P840。在屏的組態(tài)中建立變量DB2810 Dint型,，定義按鈕“ON”的單擊事件為給AND1 P2810賦值為65536即1,，按鈕“OFF”的單擊事件為為P2810賦值為0。在屏的組態(tài)中建立變量DB2889 Real型,，對變頻器參數P2889進行讀寫,，并將2889連接到P1070做為變頻器的頻率給定值，注意通過P2889設定的頻率值是以百分數來顯示的,。
8,、編譯并下載。選擇正確的通訊方式和站地址,。若提示設備版本不正確,，需進行OS升級。
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