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詳細(xì)介紹
西門子22KW軟啟動(dòng)器
 | 3RW3036-1BB14 SIRIUS 軟起動(dòng)器 S2 45 A,，22 kW/400 V,，40 °C 200-480 V AC,，110-230 V AC/DC 螺釘端子 |
西門子制造出安裝其海上風(fēng)場用的75米葉片的特殊起重機(jī)械。這個(gè)特殊起重設(shè)備使組裝工作更安全,，也能適應(yīng)更高的風(fēng)速環(huán)境,。目前為止，葉片都是通過安裝船上起重機(jī)所系的長夾具由其輪轂進(jìn)行提升,。這個(gè)過程,，裝配工人必須手工用纜繩將葉片系緊在夾具兩端，而且根據(jù)安裝船上葉片的數(shù)量,，裝配工人需要在離甲板幾十米高的地方進(jìn)行作業(yè),，有時(shí)甚至需要在夜里或惡劣天氣下工作。而新機(jī)械可*自動(dòng)系緊纜繩,，并由人在安裝船的甲板上安全地進(jìn)行控制,。西門子是為其新型D6平臺(tái)風(fēng)機(jī)的系列安裝而研發(fā)該機(jī)械的。
風(fēng)機(jī)組裝時(shí),，通常是將葉片安裝到輪轂上,，再將整個(gè)裝配好的部分安裝到桅桿頂部的轉(zhuǎn)子上。然而,，單獨(dú)裝配葉片變得越來越常見,。這在陸上風(fēng)機(jī)的安裝中早已司空見慣，現(xiàn)在也越來越多地用于海上作業(yè),。在這種安裝方式中,，輪轂已經(jīng)安裝在轉(zhuǎn)子上，起重機(jī)將每個(gè)葉片提升至塔架,，然后機(jī)艙中的裝配工人將葉片安裝在輪轂上,。這種葉片單獨(dú)裝配流程是新一代葉片一能夠使用的安裝方式。這種葉片長75米重25噸,，而預(yù)先組裝好的直徑154米重約75噸的轉(zhuǎn)子幾乎不可能被提起或與輪轂對(duì)接,。因此，西門子風(fēng)電集團(tuán)的工程師們一直在尋找一種能夠解決這類巨型轉(zhuǎn)子葉片安裝問題的全自動(dòng)工藝,，它還必須能夠在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下使用,，以便盡可能高效地利用安裝船。所以工程師們面臨著這樣一個(gè)挑戰(zhàn)：該系統(tǒng)必須盡可能輕,，同時(shí)又要具備足夠的穩(wěn)定性,。這一新型提升機(jī)械長14米，高8米,，重達(dá)78噸,，它能夠在14米/秒的持續(xù)風(fēng)力和19米/秒的陣風(fēng)強(qiáng)度下工作,，這相當(dāng)于蒲福7級(jí)風(fēng)力,。目前,，葉片單獨(dú)裝配的風(fēng)力限值僅為12米/秒。
這一起重機(jī)械能夠自動(dòng)系緊和松開固定葉片的纜繩,，因此當(dāng)葉片需要維護(hù)時(shí),，該機(jī)械也能用于拆卸。同時(shí),，所有功能都具有冗余性,，以確保葉片能夠安全地回到甲板上。另外,，新機(jī)械能夠轉(zhuǎn)向,、傾斜和旋轉(zhuǎn)——無論葉片在安裝船上的位置如何，都能被吊起,。新機(jī)械還能在安裝中翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)葉片,，以便葉片能夠?qū)?zhǔn)輪轂。這是之前的技術(shù)所無法做到的,。
今年夏天,，全新的起重機(jī)械完成了它的*項(xiàng)任務(wù)——在英國東海岸建設(shè)Westermost Rough 風(fēng)場。西門子將在該風(fēng)電場安裝36臺(tái)風(fēng)機(jī),，每臺(tái)風(fēng)機(jī)葉片都長達(dá)75米,。
1引言
風(fēng)機(jī)是工礦企業(yè)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì),，全國風(fēng)機(jī),，水泵電動(dòng)機(jī)裝機(jī)容量約35000MW，耗電量約占全國電力耗電量的40% 左右,。目前,，風(fēng)機(jī)和水泵運(yùn)行中還有很大的節(jié)能潛力。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行中應(yīng)用變頻器調(diào)速,，其節(jié)電率一般可在20%~60%,，投資回收期為1~3 年，不僅節(jié)電效果顯著,，而且能滿足生產(chǎn)工藝的要求,，保產(chǎn)品質(zhì)量,經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
風(fēng)機(jī)在鍋爐中也是重要設(shè)備,，工業(yè)鍋爐根據(jù)采用的燃料不同,，通常分為燃煤，燃油和燃?xì)馊N,。這三種鍋爐的控制系統(tǒng)基本相同,，只是燃料量的調(diào)節(jié)手段有所區(qū)別。變頻器在控制系統(tǒng)中可以調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量,，引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)量和燃料的進(jìn)給量,，即實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐的精確控制,，又達(dá)到了節(jié)電和節(jié)省燃料的目的。
2西門子新一代變頻器G150 的特點(diǎn)
G150 是西門子新一代變頻器SINAMICS 家族中的一員,，它不僅繼承了Master Drive 的特點(diǎn),，而且具有自身的優(yōu)點(diǎn)。G150 是柜體式單傳動(dòng)的變頻器,，功率范圍75KW~2700KW,，進(jìn)線電壓分為380V~480V，500V~600V,，660V~690V 三個(gè)電壓等級(jí),，控制方式為無速度傳感器的矢量控制 (sensorless vector control) 和矢量控制。無速度傳感器的矢量控制是矢量控制的一種,，只是沒有速度傳感器,，通過電機(jī)模型的計(jì)算來估測電動(dòng)機(jī)的速度反饋值。無速度傳感器的矢量控制的控制精度和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不如帶速度閉環(huán)的矢量控制,，但也有系統(tǒng)簡單,，無需維護(hù)速度傳感器，價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn),，尤其適用于風(fēng)機(jī)泵類電機(jī),。
傳統(tǒng)的V/f 控制也無需速度傳感器，但對(duì)于大功率的風(fēng)機(jī)泵類電機(jī),，如用V/f 控制無電流環(huán)控制,，容易引起電流的波動(dòng)。無速度傳感器的矢量控制,，不僅有速度閉環(huán)而且有電流閉環(huán), 電機(jī)的穩(wěn)態(tài)電流更穩(wěn)定,。
G150 具有豐富的客戶端子，包括8 個(gè)數(shù)字量輸入(DI),，4 個(gè)雙向輸入/輸出(DI/DO),，2 點(diǎn)繼電器輸出(DO)，2 個(gè)模擬差分輸入(AI),，2 個(gè)模擬輸出(AO),，1 個(gè)KTY84 溫度傳感器或PTC 敏電阻，±10V 輔助電源用于模擬給定輸入,，24V 輔助電源用于數(shù)字量輸入,，所有的DI/DO ，AI/AO 都可以自由編程定義功能,。與MasterDrive 不同,，G150 的客戶端子，不在控制板上，而是在客戶端子板TM31 上,。當(dāng)有端子損壞時(shí),，只須更換TM31，節(jié)約了維修成本,。
PROFIBUS 接口是G150 的標(biāo)準(zhǔn)配置，無需選件,。通過PROFIBUS 可以將G150 連接到更高層的自動(dòng)化系統(tǒng),。通過PROFIBUS 可以與調(diào)試軟件Starter 連接，便于調(diào)試和存儲(chǔ)參數(shù),。G150 的程序和參數(shù)存儲(chǔ)于Flashcard 中,，F(xiàn)lashcard 中的數(shù)據(jù)可用Flashcard 適配器讀取，存儲(chǔ)在硬盤中,，或刻成光盤存檔,。如有相同功率，相同功能的設(shè)備,，可將數(shù)據(jù)直接拷貝
到新的Flashcard 中,，不需設(shè)置任何參數(shù).。另外如舊設(shè)備的參數(shù)被調(diào)亂,，或Flashcard 損壞也可用以上的方法進(jìn)行恢復(fù),。
3系統(tǒng)簡介
在這個(gè)鍋爐中共有四臺(tái)電機(jī)使用了G150 變頻器，分別控制蒸汽,、熱油,、熱煙氣。熱煙氣由2 臺(tái)315KW 的電機(jī)控制,，經(jīng)管道送入主風(fēng)機(jī),，用于干燥木漿。2 臺(tái)315KW 的G150 變頻器分別控制這兩臺(tái)風(fēng)機(jī),，通過調(diào)節(jié)G150 的輸出頻率,，來控制風(fēng)機(jī)的輸出功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱煙流量的精確調(diào)控,，不僅滿足了工藝的要求,，而且比用擋風(fēng)板調(diào)節(jié)熱煙流量更節(jié)能。另兩臺(tái)132KW 的電機(jī)分別將蒸汽發(fā)生器中的蒸汽和熱油發(fā)生器中的熱油送入混合室中,。蒸汽發(fā)生器中的蒸汽輸出量的調(diào)節(jié)可以控制蒸汽發(fā)生器中的壓力和溫度,，熱油發(fā)生器中的熱油輸出量的調(diào)節(jié)可以控制熱油發(fā)生器的溫度。G150 也是通過控制電機(jī)的輸出功率來調(diào)節(jié)蒸汽輸出量和熱油輸出量,，實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽發(fā)生器的壓力和溫度,，熱油發(fā)生器的溫度的控制。
2 臺(tái)132KW 的電機(jī)參數(shù)和變頻器型號(hào)如下:
132KW 電機(jī)參數(shù):
額定功率: 132KW 額定電壓:400V 額定頻率:50HZ
額定電流: 228A 額定轉(zhuǎn)速:1485 r/min 功率因數(shù):0.88
選用的G150 型號(hào):
6SL3710-1GE32-6CA0-Z
輸入: 380V~480V 294A
輸出: 0~480V 260A
2 臺(tái)315KW 的電機(jī)參數(shù)和變頻器型號(hào)如下:
額定功率: 315KW 額定電壓:400V 額定頻率:50HZ
額定電流: 585A 額定轉(zhuǎn)速:990 r/min 功率因素:0.81
選用的G150 型號(hào):
6SL3710-1GE36-1CA0-Z
輸入: 380V~480V 639A
輸出: 0~480V 605A
2 臺(tái)132KW 電機(jī)用端子控制啟停和模擬量輸入頻率給定。2 臺(tái)315KW 電機(jī)PROFIBUS 控制,，PLC 使用西門子公司的S7-300,。
3.1用端子控制的G150 的端子圖如下:
端子X520:1 是DI0 用于控制變頻器的啟/停(即ON/OFF)。端子X542:5,， X542:6 是DO1,，輸出變頻器的故障信號(hào) (DO1 是繼電器輸出)。 端子X522:1,， X522:2 是AO0,， 輸出實(shí)際速度值。端子X522:4,、 X522:5 是AO1,，輸出實(shí)際電機(jī)電流值。端子X521:1,，X521:2 是AI0,，作為頻率給定.這些端子的功能是出廠設(shè)定，無需修改參數(shù),。
(1) Main Setpoint
(2) ON/OFF command
(3) Analog output actual speed
(4) Analog output motor current
(6) Inverter release
(7) Converter no fault
西門子22KW軟啟動(dòng)器
模擬輸入0(AI0)默認(rèn)是-10V~10V 的電壓輸入,，用戶需要4~20mA 的輸入，所以修改一些參數(shù),。P4056[0]=3,，將模擬輸入0 設(shè)置為4~20mA， 因?yàn)樵撃M輸入波動(dòng)較大,會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性,，所以我加了10mS 的濾波(P4053[0]=10),，從而給定值相對(duì)穩(wěn)定。這些設(shè)置如用調(diào)試軟件Starter 修改就十分的簡單,、清晰,、明了。如下圖所示:
1. 選擇模擬輸入的類型
2. 模擬輸入的端子
3. 模擬輸入的自由標(biāo)定
4. 一階濾波
3.2用PROFIBUS 控制G150 系統(tǒng)圖如下:
將X530:1 端子的接線斷開,，G150 就設(shè)置為PROFIBUS 控制,。首先要設(shè)置G150 的PROFIBUS 從站地址，參數(shù)是P0918,，該參數(shù)的設(shè)置必須與Step 7 中硬件組態(tài)的地址*,。
G150 的PROFIBUS 從站地址也可通過撥碼開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。這兩種設(shè)置中撥碼開關(guān)的硬件設(shè)置優(yōu)先,，如撥碼都在OFF 的位置,，則以參數(shù)P0918 的設(shè)置為準(zhǔn)。G150 的GSD 文件在隨機(jī)光盤可找到,，文件名是si018105 .GSD,。G150 與MasterDrive 的PROFIBUS 數(shù)據(jù)定義相似,，PZD1 是控制字/狀態(tài)字，PZD2 是給定值/實(shí)際值.控制字的各位定義如下:
| Bit 0 | ON/OFF |
| Bit 1 | Coast stop(OFF2) |
| Bit 2 | Fast stop(OFF3) |
| Bit 3 | Enable operation |
| Bit 4 | No reset ramp generator |
| Bit 5 | No freeze ramp generator |
| Bit 6 | Enable speed set point |
| Bit 7 | Fault acknowledge |
| Bit 8 | reserved |
| Bit 9 | reserved |
| Bit 10 | Control by PLC |
| Bit 11 | Speed reversal |
| Bit 12 | - |
| Bit 13 | Motorized potentiometer UP |
| Bit 14 | Motorized potentiometer DOWN |
| Bit 15 | - |
4結(jié)束語
該系統(tǒng)用于亞洲創(chuàng)建(河源)木業(yè)有限公司的生產(chǎn)線中,，亞洲創(chuàng)建集團(tuán)致力于中國強(qiáng)化地板事業(yè)的發(fā)展,，成功地塑造了”圣象”，”MOBIFLOOR” 等強(qiáng)化地板,，河源項(xiàng)目的建設(shè)將打破以往基材長期依賴進(jìn)口,，成本居高不下的局面，進(jìn)一步提升產(chǎn)品的競爭力,。該生產(chǎn)線中的鍋爐系統(tǒng)是由Vyncke 公司做的系統(tǒng)集成,，Vyncke 是一家比利時(shí)公司，成立于1912 年,，在燃燒工藝,，鍋爐系統(tǒng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中有著豐富的設(shè)計(jì),、制造,、安裝、調(diào)試的經(jīng)驗(yàn),。西門子新一代變頻器G150 在該項(xiàng)目中,以其豐富的系統(tǒng)功能,，可靠的產(chǎn)品性能，精確的控制系統(tǒng),，得到了用戶的*認(rèn)可,。
在變頻器應(yīng)用中，為了防止電機(jī)由于過電流或外部原因?qū)е逻^熱而被損壞,，設(shè)定電機(jī)的溫度保護(hù)功能,。即當(dāng)電機(jī)的溫度超過一定值時(shí)，變頻器跳閘(OFF2),。通常情況下,，溫度保護(hù)有以下兩種方式：
通過電機(jī)的溫度模型對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù);
當(dāng)我們對(duì)變頻器進(jìn)行快速調(diào)試時(shí),，變頻器會(huì)根據(jù)電機(jī)相關(guān)參數(shù)，如功率、電流等參數(shù)來建立電機(jī)溫度模型,。對(duì)于西門子標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)，電機(jī)模型數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確,，但對(duì)于第三方電機(jī),，在完成快速調(diào)試之后，建議用戶做電機(jī)參數(shù)自動(dòng)識(shí)別,，如參數(shù)(P0340, P1910),，建立電機(jī)等效電路數(shù)據(jù)，以便更好地計(jì)算電機(jī)內(nèi)部能量損失,。
在變頻器運(yùn)行過程中,，變頻器會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)際輸出電流,，通過I2t 計(jì)算來判斷電機(jī)是否過溫，當(dāng)I2t 計(jì)算結(jié)果超過P0614 (對(duì)于MM420), P0604(對(duì)于 MM440,MM430)里所限定的溫度時(shí),，變頻器會(huì)采取在P0610中所設(shè)定的措施,，如報(bào)警、跳閘等,。如下圖1所示：
圖 1 電機(jī)溫度保護(hù)模型
注：利用電機(jī)溫度模型對(duì)電機(jī)進(jìn)行溫度保護(hù)是西門子標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)中所有產(chǎn)品具備的功能,。
通過溫度傳感器進(jìn)行外部保護(hù)
常見的溫度傳感器有兩種：PTC; KTY84。
1）PTC 傳感器：
PTC(Positive-Temperature-Characteristic)傳感器是一個(gè)具有正溫度特性的電阻,。在常溫下,，PTC 電阻的阻值不高（50-10O歐姆）。一般情況下,，電動(dòng)機(jī)里是把三個(gè)PTC 溫度傳感器串聯(lián)連接起來（根據(jù)電動(dòng)機(jī)制造廠家的設(shè)計(jì)）,，這樣，“冷態(tài)”下的PTC 電阻值范圍為150 至300 歐姆,。PTC 溫度傳感器也常常稱為“冷導(dǎo)體”,。但是，在某一特定溫度時(shí),，PTC 的阻值會(huì)急劇上升,。電動(dòng)機(jī)制造廠家是根據(jù)電動(dòng)機(jī)絕緣的常規(guī)運(yùn)行溫度來選擇這一特定溫度的。由于PTC 傳感器是安裝在電動(dòng)機(jī)的繞組中,，這樣,，就可以根據(jù)電阻值的變化來判斷電動(dòng)機(jī)是否過熱。PTC 溫度傳感器不能用來測量溫度的具體數(shù)值,。
對(duì)于變頻器：MM440;MM430;G120提供了電機(jī)溫度傳感器的接口,，PTC 傳感器保護(hù)可以與電機(jī)溫度模型同時(shí)工作。例如MM440,當(dāng)電動(dòng)機(jī)的PTC已經(jīng)接到MM440 變頻器的控制端14 和15 時(shí),，只要選擇P0601＝1（采用PTC 溫度傳感器）激活電動(dòng)機(jī)溫度傳感器的功能,，那么，MM4變頻器就會(huì)知道電機(jī)的狀態(tài),，過熱時(shí)變頻器就會(huì)故障跳閘使電動(dòng)機(jī)得到保護(hù),。
如果PTC 電阻值超過2000 歐姆，變頻器將顯示故障F0004（電動(dòng)機(jī)過溫）,。 如果PTC 電阻值低于100 歐姆,，變頻器將顯示故障F0015（電動(dòng)機(jī)溫度檢測信號(hào)丟失）。這樣,，當(dāng)電動(dòng)機(jī)過熱和溫度傳感器斷線時(shí),，都能使電動(dòng)機(jī)得到保護(hù)。
此外,，電動(dòng)機(jī)還受到變頻器中電動(dòng)機(jī)溫度模型的監(jiān)控,，如下圖,，傳感器與溫度模型構(gòu)成“或”關(guān)系，形成了一個(gè)電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)的冗余系統(tǒng),。
2）KTY84 傳感器：
KTY84 傳感器的原理是基于半導(dǎo)體溫度傳感器（二極管）,，其電阻值的變化范圍從0℃時(shí)的500 歐姆可到300℃時(shí)的2600歐姆。KTY84 具有正的溫度系數(shù),，但與PTC 不同,，它的溫度特性幾乎是線性的。電阻的性能可以與具有很高溫度系數(shù)的測量電阻兼容,。
如果KTY84 傳感器被激活(P0610=2),，變頻器會(huì)對(duì)KTY傳感器的阻值進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)變頻器也根據(jù)電動(dòng)機(jī)溫度模型自動(dòng)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的溫度,。KTY84 傳感器識(shí)別出斷線時(shí),，就發(fā)出報(bào)警信號(hào)A0512（電動(dòng)機(jī)溫度檢測信號(hào)丟失），并自動(dòng)切換到電動(dòng)機(jī)的溫度模型,。如下圖2：
圖 2 溫度模型與傳感器回路
對(duì)于變頻器MM420,、G110，沒有提供溫度傳感器接口,，我們能夠通過電機(jī)溫度模型對(duì)電機(jī)進(jìn)行溫度保護(hù),，同時(shí),，我們也可以用數(shù)字端子觸發(fā)外部故障的方式來保護(hù)電機(jī),，因?yàn)閷?duì)于通常的溫度傳感器，其輸出阻抗會(huì)隨溫度成線性關(guān)系變化,，如下圖3所示,。因此傳感器的阻抗能夠反映當(dāng)前電機(jī)溫度，我們可以按照?qǐng)D4連接方式,，隨著傳感器阻值增大,，端子5上的電壓會(huì)逐漸增大。當(dāng)電壓超過數(shù)字量的觸發(fā)電壓時(shí),，數(shù)字端子有效,，觸發(fā)外部故障跳閘。設(shè)置參數(shù)如下： P0701, P0702 or P0703 = 29.
圖 3 電阻與溫度關(guān)系曲線
圖 4 外部端子觸發(fā)故障
另外,，我們也可以利用溫度繼電器來觸發(fā)外部故障,，如在西門子低壓產(chǎn)品中，有可以用來測量電機(jī)溫度的繼電器,，如3RS1000-1CK10,，我們可以設(shè)定一個(gè)限定值，當(dāng)電機(jī)溫度超過此值時(shí),，繼電器動(dòng)作,，觸發(fā)外部跳閘,。
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