西门子6ES7215-1BG40-0XB0性能参数
一.概况
某热电厂共四机六炉，包括两台50MW发电机组和两台25MW发电机组，四台75吨锅炉和两台220吨锅炉。其中五号和六号炉为220吨锅炉，目前正增建七号炉（220吨锅炉）。
冬季除了正常电网供电，还要为居民提供供热服务。长期以来电厂220吨炉的送、引风机电机一直采用工频运行的方式，依靠送、引风机的挡板来调整风量，维持锅炉负压，风机挡板的开度一般在40%左右，这样大量的能量就浪费在风机的挡板上，造成该电厂的厂用电率高居不下。
夏季时，一般只运行一台220吨锅炉，就可以满足负荷的要求。冬季为了供暖的需要，一般两台220吨锅炉都要运行。6号炉和5号炉锅炉给水系统采用母管制，锅炉给水泵的配置为1用1备。当两炉同时运行时，一台工频给水泵的给水量及给水压力刚好满足。在一台锅炉运行的时候，启用一台给水泵，但是给水泵的出口压力为15MP，而现场实际需要的给水压力仅为12.5MP，这样给水泵的出口压力过高，需要调整。因为给水泵是由定速电机拖动的，因此只能通过炉侧阀门来控制给水**和压力，不但经济效益差，而且由于炉前给水压力过高，对给水管道的安全运行还造成一定的隐患。
为了彻底解决上述问题，厂决定对6号炉的四台引送风机（两台引风机，两台送风机）及一台给水泵进行技术改造，通过对电机调速来实现上述风机和给水泵的变速运行，对风量、给水**及压力进行合理调节，以达到改善工艺和节能的目的。
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二.调速方式的选择
目前，大功率高压异步电动机的主要调速方式有以下几种：串级调速、液力偶合器调速及变频调速等。
串级调速——优点是可以回收转差功率，所以调速效率比较高，但存在的问题也很多：它不适合于鼠笼型异步电机，必须更换电机；不能实现软起动，启动过程非常复杂；启动电流大；调速范围有限；响应慢，不易实现闭环控制；功率因数和效率低，并随转速的调低急剧下降；很难实现同PLC、DCS等控制系统的配合，对**装置的整体自动化程度和实现优化控制无益；同时因控制装置比较复杂、谐波污染大对电网有较大干扰；进一步限制了它的使用，属落后技术。
液力偶合器调速——属低效调速方式，调速范围有限，高速丢转约5%-10%，低速转差损耗大,高可达额定功率的15%,因效率与速度成正比，低速时效率极低，精度低、线性度差、响应慢，启动电流大，装置大，必须加装在设备与电机之间，不适合改造；无法软启动，偶合器故障时，无法切换运行，维护复杂、费用大，不能满足**装置整体自动化水平的需要。
高压变频器调速——由于应用了**的电力电子技术、计算机控制技术、现代通信技术和高压电气、电机拖动等综合性领域的学科技术，因此具有其它调速方式无法比拟的优点：
①变频器采用液晶显示数字界面，调整触摸式面板，可随时显示电压电流、频率、电机转速，可非常直观地显示电机在任何时间的实时状态。
②**的频率分辨率和高的调速精度，完全可以满足各种生产工艺工况的要求。
③高压变频器具有国际通用的外部接口，可以同可编程控制器（PLC）和工控机等各种仪表相连，并可与原设备控制回路相连接，构成部分闭环系统，如与原DCS系统实现数据交换和连锁控制等。
④具有就地和异地操作功能，另可通过互联网实现远程监控功能。
⑤具有电力电子保护和工业电气保护功能，保证变频器和电机在正常运行和故障时的安全可靠。
⑥电机可实现软启动、软制动；启动电流小，小于电机的额定电流；电机启动时间可连续可调，减少了对电网影响。
⑦减少配件的损耗，延长设备使用寿命，**劳动生产效率。
综合上述调速方式，此电厂选择了当前为**的调速形式——高压变频调速，通过对众多高压变频器厂家综合考评，决定选用意大利圣诺公司生产的单元串联多电平结构的高压变频器，该变频器具有如下优点：
①全中文界面显示，适合国内用户；
②针对用户量身定做，尽量考虑国内电网的综合因素，在其可靠性，安全性方面有其独到的技术优势
③内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要
三.系统配置方案
根据实际情况，四台锅炉风机变频器及一台给水泵变频器的现场主回路均采用手动一拖一的方案，如右图：
此结构是手动旁路的典型方案,原理是由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（其中QF为原高压开关柜内的断路器）。要求QS2和QS3不能同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。在检修变频器时，有明显断电点，能够保证人身安全，同时也可手动使负载投入工频电网运行等。
四.高压变频器改造实施情况
用于锅炉风机调速的变频器安装于零米处，在锅炉主控间配备一台上位机，同时对四台风机变频器进行监控。另外对原有高压开关柜控制回路进行改造，从变频器控制柜取一对常开节点串入高压开关柜的分闸回路，该节点定义为“合闸允许”，闭合有效。当变频器送控制电自检正常后，该节点闭合，可以通过原有的合闸回路给变频器送高压电。另从变频器控制柜取一对常开节点并入高压开关柜分闸回路，该节点定义为“紧急分断”，闭合有效，当变频器运行中出现重故障时，变频器将自动停机，同时该节点闭合，高压开关跳闸，断开变频器主回路高压电源，对变频器进行及时有效的保护。给水泵变频器的高压开关柜除了上述改造外，在变频器运行前还将原有的电机差动保护回路断开，如果电机需要转入工频运行，则该保护投入。
锅炉给水泵变频器安装于给水泵旁，将上位机监控系统安装于给水泵操作间内，对高压开关柜同样进行类似的改造，以满足变频器投运的要求。
五.运行情况及节能分析
四台锅炉风机变频器从投运以来一直正常运行，由于6号锅炉不是采用DCS控制方式，炉控操作盘上安装空间有限，因此变频器没有使用硬连线方式进行远程的控制，而是通过安装一台专用的监控上位机对变频器进行启动、停止及设定频率等相应操作。因为上位机无法安装于司炉工正前方，在操作及时性上难以保证，因此当前四台锅炉风机变频器运时仍需要挡风板配合，即：根据锅炉负荷情况，通过上位机将变频器调整到较低的运行频率（一般在40赫兹左右），挡风板开度在80%左右，当锅炉风量需要微调时，通过挡风板进行及时调整，保证风量调节的及时性。
给水泵变频器投运以来运行一直都很正常，在6号炉或7号炉单独运行时，给水泵采用变频器调速控制，将炉侧给水阀门全部打开。进入冬季供暖后，6号炉和7号炉同时运行时，单台给水泵需要满负荷运行才能满足负荷要求，因此需要将变频器退出运行，电机转入工频运行。待用户7号炉投入运行时（在建，220吨锅炉），则可以实现两台给水泵同时运行，一台工频运行，另一台变频运行，变频给水泵将起到补充给水的作用，通过变速电机来调整锅炉给水量及给水压力。
变频器投入运行以来，节能效果显著，风机节能数据如下：
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注：以上按每年365天计算，按现在6号炉每年累计共运行10个月计算运行系数为：10/12=0.833,每年可节约电费为：158×0.833=131万元
NUM数控系统具有多轴组、多通道功能，多能控制8个轴组，每个轴组多能控制9个插补轴、32个伺服轴、4个主轴，并且每个通道均可独立操作控制。我们用NUM1040T对日本的OKUMA双轴组车床进行了改造，并取得了满意效果。
1 机床概况
日本OKUMA双轴组车床的左侧和右侧相对独立，并有独立的X、Z轴、主轴、转塔式刀架、冷却系统、自动防护门。机床润滑系统、液压系统及排屑系统为共有。
2 双轴组的控制方式
NUM1040T数控系统多能控制2个轴组，每个轴组多能控制4个插补轴、6个伺服轴、2个主轴。双轴组的控制就是系统内部具有两个相对独立的通道，每个通道都有独立的PLC和NC信息交换区、M代码、T代码及PLC变量和标志位。系统可在公共轴组方式和独立轴组方式间切换。当系统工作在公共轴组方式时，两个轴组具有相同的工作方式。当系统工作在独立轴组方式时，两个轴组有不同的工作方式，可独立操作控制。设置相应系统参数及编制PLC控制程序，可实现双轴组控制。
3 双轴组相关的系统参数
4 双轴组相关的PLC变量
5 双轴组的用户程序
%W2.2—公共轴组和独立轴组切换。
%W17.B—轴组选择。用于显示相应轴组数据。
%Wg03.B—独立轴组工作方式选择。(g-1～8为轴组号，下同)
%Wg00.5—轴组g的M功能应答信号。
%Wg01.2—独立轴组g的循环起动请求。
%Wg01.1—独立轴组g的循环停止请求。
%Wg02.B—轴组g的进给倍率。
%Rg1E.W—轴组g要求应答的M功能编码。
%Rg7C.L—轴组g的刀具号。
P97—定义数控系统的轴组数。
P0—定义数控系统被显示的轴。
P2—定义数控系统测量轴。
P3—定义伺服控制和插补轴。
P5—定义轴组的机床类型。
P9—用来将轴名与实际地址联系起来。
P6—用来配置有测量功能的主轴，并指定主轴类型。
程序说明 多轴组的加工程序由对应于每个轴组的程序组合而成。每个程序都有一个共同的基本序号，其后跟一个指定轴组用的索引号。加工程序中的子程序不需要索引号。
例如：
%6.1 轴组1的程序序号
%6.2 轴组2的程序序号
T功能 索引号为.1程序中的刀具号TXX可以与其他程序中的刀具有相同序号，而不必是同一刀具。
刀具校正值 所有程序共用刀具校正表。
程序变量 变量L0～L19，L100～L999，L900～L959，每个轴组都可使用这些变量。
使用NUM数控系统的多轴组功能，为用户提供了一种复合机床的控制方法，使一台复合机床具有多台单一机床的功能
一、引言
TRT为高炉煤气余压能量回收透平发电装置的简称（Blast-FurnaceToppressureRecoveryTurbineUnit），它是利用高炉出口煤气中所蕴含的压力能和热能，使透平膨胀机作功，驱动发电机发电的一种能量回收装置。从而达到节能、降噪、环保的目的，具有很好的经济效益和社会效益，是目前现代国际、国内钢铁企业公认的节能环保装置。TRT自动控制系统分为主煤气系统、润滑油系统、电液伺服控制系统（动力油系统）、透平机轴运动检测系统、氮气密封系统和水系统等6个系统。
二、电液伺服控制技术概述
电液伺服控制技术作为连接现代微电子技术、计算机技术和液压技术的桥梁，已经成为现代控制技术的重要构成。由于它具有线性好、死区小、灵敏度高，动态性能好、响应快、精度高等显著优点，因而得到了广泛的应用。本文针对这一问题，利用电液伺服控制技术和计算机技术，设计了一套适用在TRT自控系统中的电液伺服控制系统。
三、电液伺服控制系统的组成、作用及工作原理
1.电液伺服控制系统的构成
电液伺服控制系统由液控单元、伺服油缸、动力油占三大部分组成。液控单元包括调速阀控制单元和透平静叶控单元，每一单元均由电液伺服阀、点动用电磁阀、快关用电磁阀、油路块及底座等组成。伺服油缸为双活塞杆结构，摩擦力很小，密封性能良好。动力油站由油箱、变量油泵、滤油器、冷却器、管道阀门、检测仪表等组成。
2.电液伺服控制系统的作用
电液伺服控制系统，在TRT装置中，属于几个主要系统之一。根据主控室的指令，来实现TRT的开、停、转速控制、炉顶压力以及过程检测等系统控制。要实现以上系统的功能控制，终将要反映在控制透平机的转速上。要控制透平机的转速，就要控制调速阀或透平静叶的开度。而控制静叶或调速阀开度的手段就是电液伺服控制系统。控制系统的精度、误差，直接影响着TRT系统各阶段过程的控制。由此可见，该系统在TRT中的地位和作用是十分重要的。
3.电液伺服控制系统的工作原理
由机、电、液供构成电液伺服控制系统，其控制方框图如图1所示。
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图1电液伺服控制系统原理框图
由自控系统发出的指令信号，在伺服控制器中与油缸的实际位置信号相比较，成为误差的信号放大后，送入电液伺服阀。伺服阀按一定的比例将电流信号转变成液压油量量推动油缸运动。由位置传感器发出的反馈信号不断改变，直至于指令信号相等时，油缸停止运动。油缸停在指定的位置上，使透平静叶稳定在一定的开度上。
油缸的直线运动、通过一套曲柄转变成阀板（静叶）的旋转运动，改变阀板或静叶的工作开度。随着系统信号的不断变化，透平静叶的开度也将不断改变，并通过静叶开度的变化，达到控制转数，控制煤气**、控制透平出力大小的目的。其动力油系统控制图如图2所示。
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图2动力油系统控制框图
4.电液伺服控制系统中的主要控制设备
TRT重要的控制设备是透平机静叶和快开旁通阀。它们都是液压伺服驱动的闭环系统。主要控制设备包括伺服控制器、伺服阀、LVDT反馈位置传感器、油动机、电磁阀。通过对电磁阀的得失电控制可以实现阀门和静叶的快速开关。
5.伺服控制器
伺服控制器（选用型号为ESA-3E）主要适用于轴流压缩机静叶角度控制、TRT压差发电、位置控制以及其它相关的电液执行机构的伺服控制。该控制器中有两块线路板：PARKER控制板是对控制指令信号和传感器反馈信号进行比较，经过比例、积分运算及功率放大后，送出相应的电流信号，用于驱动伺服阀；信号调理板是用于对反馈信号进行调理，正反作用的转换，并提供指令信号丢失和反馈信号丢失两项报警功能及4～20mA位置指示信号。
6.伺服阀
在伺服阀的控制下，伺服阀会将伺服控制器输出的4～20mA信号转换成液压油**推动伺服油缸运动，由位置传感器发出的反馈信号不断改变，直至与调节信号相等时，伺服阀输出的液压油**信号为0，伺服油缸不再运动，从而带动透平机静叶、快开旁通阀达到预期位置，实现位置调节的目的。
7.液压锁
液压锁是一种液控方向阀，其主要作用是用来向作动筒提供系统在断电、掉压时的保护。
8.位置传感器
位置传感器（角位移传感器或线位移传感器）用来测量实际位置信号，并将其转换成对应的电流信号（4～20mA）或电压信号（-3V～3V）送至ESA-3E伺服控制器作为反馈信号。同时控制器还接收来自主控室位置指令信号调节器的4～20mA指令信号。
四、电液伺服控制系统的功能应用
电液伺服控制系统中的功能主要是应用在对透平机的转速控制，而转速控制中的主要对象就是静叶，利用控制静叶的开度来控制透平机的转速，从而达到对高炉顶压平稳控制的目的。应用在电液伺服控制系统中的转速控制大致可分为三个过程：
1.升速过程
系统启动条件全部具备并且机组无重故障信号，得到电气的“电气同意启动”信号和高炉主控室的“允许TRT启动”信号后，确认高炉减压阀组在自动控制下并且高炉顶压和煤气温度稳定在工艺范围内，机组具备升速条件。
2.调速过程
分自动控制和手动控制两种方式，控制对象为静叶。
3.自动升速
这个过程的实现是通过互为反函数的静叶控制时间曲线和转速设定升速曲线来实现的。当顶压的测量值和设定值的偏差超过2Kpa的时候，转速不允许上升。静叶控制时间曲线是转速设定值与静叶控制时间的折线函数，与升速曲线互为反函数。根据当前的转速设定值计算出一定的静叶控制时间，然后根据该静叶控制时间和升速曲线，得到下一个转速设定值。如此循环，实现转速设定值的不断增加。
4.手动升速
手动方式运行时，给系统发出手动升速的指令，通过系统画面上手动调节入口液动阀和调节静叶的开度来控制转速。
5.自动准同期过程
当自动准同期装置投入的时候，在并网过程中，通过对转速的微调实现自动并网。当转速升到2850rpm的时候，PLC发出自动准同期投入信号。只有转速控制在自动方式的时候，自动准同期对转速的调节才会起作用。当给系统中发出升速指令后，自动准同期装置以±5rpm进行升/降速控制；当没有系统中发出升速指令时，自动准同期以±1rpm进行升/降速控制。
五、结语
将电液伺服控制技术广泛地应用在TRT控制系统中，充分突出了其线性好、死区小、灵敏度高、动态性能好、响应快等显著优点。TRT设备在正常运转中可以回收约占高炉鼓风机所需30%左右的能量，为钢铁企业创造了可观的经济效益和社会效益。