西门子CPU模块6ES7518-4AP00-0AB0
1 前言
在冶金、化工、电力、市政供水和采矿等行业广泛应用的泵类负载，占整个用电设备能耗的40％左右，电费在自来水厂甚至占制水成本的50％。这是因为：一方面，设备在设计时，通常都留有一定的余量；另一方面，由于工况的变化，需要泵机输出不同的**。随着市场经济的发展和自动化，智能化程度的**，采用高压变频器对泵类负载进行速度控制，不但对改进工艺、**产品质量有好处，又是节能和设备经济运行的要求，是可持续发展的必然趋势。对泵类负载进行调速控制的好处甚多。从应用实例看，大多已取得了较好的效果(有的节能高达30%-40%)，大幅度降低了自来水厂的制水成本，**了自动化程度，且有利于泵机和管网的降压运行，减少了渗漏、爆管，可延长设备使用寿命。
2 泵类负载的**调节方法及原理
泵类负载通常以所输送的液体**为控制参数，为此，目前常采用阀门控制和转速控制两种方法。
2.1阀门控制
这种方法是借助改变出口阀门开度的大小来调节**的。它是一种相沿已久的机械方法。阀门控制的实质是改变管道中流体阻力的大小来改变**。因为泵的转速不变，其扬程特性曲线H－Q保持不变，如图1所示。由于在变频器的直流环节采用了电感元件而得名，其优点是具有四象限运行能力，能很方便地实现电机的制动功能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流，装置结构复杂，调整较为困难。另外，由于电网侧采用可控硅移相整流，故输入电流谐波较大，容量大时对电网会有一定的影响。如图1、3所示。
当阀门全开时，管阻特性曲线R1－Q与扬程特性曲线H－Q相交于点A，**为Qa，泵出口压头为Ha。若关小阀门，管阻特性曲线变为R2－Q，它与扬程特性曲线H－Q的交点移到点B，此时**为Qb，泵出口压头升高到Hb。则压头的升高量为：ΔHb=Hb-Ha。于是产生了阴线部分所示的能量损失：ΔPb=ΔHb×Qb 。
2.2转速控制
借助改变泵的转速来调节**，这是一种**的电子控制方法。转速控制的实质是通过改变所输送液体的能量来改变**。因为只是转速变化，阀门的开度不变，如图2所示，管阻特性曲线R1－Q也就维持不变。额定转速时的扬程特性曲线Ha－Q与管阻特性曲线相交于点A，**为Qa，出口扬程为Ha。
当转速降低时，扬程特性曲线变为Hc－Q，它与管阻特性曲线R1－Q的交点将下移到C，流变为为Qc 。此时，假设将**Qc控制为阀门控制方式下的**Qb，则泵的出口压头将降低到Hc。因此，与阀门控制方式相比压头降低了：ΔHc=Ha-Hc。据此可节约能量为：ΔPc=ΔHc×Qb。与阀门控制方式相比，其节约的能量为：P＝ΔPb+ΔPc＝(ΔHb－ΔHc)×Qb。这一部分能量如图2阴线部分所示。
将这两种方法相比较可见，在**相同的情况下，转速控制避免了阀门控制下因压头的升高和管阻增大所带来的能量损失。在**减小时，转速控制使压头反而大幅度降低，所以它只需要一个比阀门控制小得多的，得以充分利用的功率损耗。
2.3泵机在变速下的效率分析
泵的效率特性曲线η－Q，如图3所示。随着转速的降低，泵的高效率区段将向左方移动。这说明，转速控制方式在低速小**时，仍可使泵机高效率运行。
3 在变频状态下供水方式的研究
在由多点、多泵站构成的供水系统中，需对泵站出口的压头进行控制，以便与管网系统适配，达到更好的系统性能指标，这可以分为恒压供水、变压供水和分时段变压供水。
3.1恒压供水
使泵站出口压头维持不变，是该系统控制的目标。在图4中，给定出口压头为Hg。
当**Q变动时，因转速变化导致扬程特性H1－Q上下移动，泵的工作点将在H＝Hg线上作水平移动（A、B、C、D）。这虽然满足了**的要求，但因为管阻特性R变陡，造成了能量浪费。
恒压供水系统实施比较方便，易于和多泵站供水的中、大型管网系统相协调，具有一定的通用性，和实用性，所以目前有些装备调速泵机的自来水厂乐于采用此法，在恒压控制方式下，因泵站出口处的压头维持不变，使泵并联特性与负载的实际特性之间有一定的差距，节能效果不如变压供水系统。
3.2变压供水方式
为了节约能量，应尽量使出口压头随着**的减小而降低(至少不能升高)，此时可采用泵站出口端“变压供水”方式，如图5所示。在图中，因转速下降时扬程特性下移，与管阻特性R1－Q相交于点C，**从Qa减小到Qc（设**Qc与恒压控制时的QB相等）。变压控制形成了较大的压差 H＝Hac，因而可节约如图5阴线部分所示的能量。变压供水因出口压头降低，抑制了管阻特性变化所赞成的损耗及水泵的附加损耗，节能效果显著。
4 总结
通过分析，变频器在泵类负载的调速过程中，是可以供水方式进行优化的，已达到更好的节电效果。
无源型IC内部包含有电流信号调制解调电路、信号耦合隔离变换电路等，很小的输入等效电阻，使该IC的输入电压达到超宽范围（7.5—32V），以满足用户无需外接电源而实现信号远距离、无失真传输的需要。内部的陶瓷基板、印刷电阻工艺及新技术隔离措施使器件能达到3KVAC绝缘电压和工业级宽温度、潮湿、震动的现场恶劣环境要求。ISO 4-20mA系列产品使用非常方便无需外接任何元件即可实现4-20mA电流环隔离或信号一进二出、二进二出等变换功能。
有源型IC是在同一芯片上集成了一个高隔离的DC/DC电源及高性能线性光电耦合器的混合集成电路。该芯片除了为内部放大电路供电外，还可以向外部（信号输入与输出端）提供两组隔离的正、负直流电源和两组的5VDC稳压基准源，外部电路扩展用，如电桥电路、小信号前置放大电路等用户专用电路。该系列产品具有宽信号带宽20KHZ，可对0~±10VDC双向直流信号或0~5VAC的交流信号进行隔离、调理和变换。该IC体积很小，使用非常方便，只需很少外部元件即可实现模拟信号的（I/I I/V V/I V/V）隔离及变换功能。
主要应用领域： 模拟信号数据采集，隔离传输及供电，工业现场信号隔离传输及变换，地线干扰抑制，信号远程无失真传输，仪器仪表与传感器信号的隔离变换。电力设备及医疗仪器安全隔离栅。
详细技术资料......
http://www.sun-yuan.com/chinese/download_isobbbb
产品体系：ISO 4-20mA 系列———两线无源4-20mA信号隔离调理IC
ISO-Ax-Px-Ox系列———直流电流信号（I/V I/I）隔离放大器IC
ISO-Ux-Px-Ox系列———直流电压信号（V/I V/V）隔离放大器IC
ISO1001 /1002 系列———直流双向或交流信号隔离放大器IC
产品特性：
精度等级：0.1级、0.2级、0.5级
全量程范围内极高的线性度(非线性度<0.2%)
国标标准信号: 0-10mA/0-20mA/4-20mA/0-5V/0-10V/0-±5V/1-5V输入/输出。具有低输入阻抗和输出高负载能力
信号输入/输出/辅助电源之间 3KV 三隔离
单电源供电,可为用户在信号输入或输出端提供隔离电源
低成本,小体积,标准单列SIP12和双列DIP24脚IC封装
工业级工作温度范围，符合UL-94标准的阻燃材料真空灌封
一、概述
信号隔离技术是使模拟信号在发送时不存在穿越发送和接收端之间屏障的电流连接。这允许发送和接收端外的地或基准电平之差值可以高达几千伏，并且防止了可能损害信号的不同地电位之间的环路电流。信号地的噪声可使信号受损。隔离可将信号分离到一个干净的信号子系统地，使传感器、仪器仪表或控制系统与电源之间互相隔离，从而保证整个系统装置的工作安全、可靠及稳定。
而在另一种应用中，基准电平之间的电连接可隔离产生一个对于操作人员或病人不安全的电流通路。
信号隔离器件依赖于无发送器和接收器来跨越隔离屏障，这种器件曾用于数字信号，但线性化问题迫使模拟信号隔离采用变压器、光电耦合器、电容或光电池等器件来实现。
模拟信号隔离：在很多系统中，模拟信号必须隔离。模拟信号所考虑的电路参量完全不同于数字信号。
模拟信号通常先要考虑：精度或线性度、频率响应、噪声等。
然后是对电源的要求，电源要求高隔离、高精度、低噪声，特别是对输入级。也应该关注隔离放大器的基本精度或线性度不能依靠相应的应用电路来改善，但这些电路可降低噪声和降低输入级电源要求。
对于电源噪声的干扰，可以采用调制载波使模拟信号跨越这个屏障。如ISO 4-20的两线无源信号隔离放大器使模拟隔离简化。输入信号被占空度调制并以数字方式发送跨过屏障。输出部分接收被调制的信号，把它变换回模拟信号并去掉调制/解调过程中固有的纹波成分。
对信号隔离的另一问题是隔离放大器输入级所需的功耗，而隔离放大器的输入阻抗及自身的等效电阻是问题的关键所在。而输出级通常以机壳或地为基准，输入级通常浮动在另一个电位上。因此，输入级的电源也必须隔离。通常用一个单电源（5V/12V/15V/24V），而不是理想中使用的正、负双电源。
二、原理介绍
通过反复实验验证,本系列产品达到了预期的目的。 附图说明:
图一、隔离放大器原理框图
图一 . 1.两线无源4-20mA隔离放大器原理框图
图一 . 2. ISO 1001系列电压输出内置电源隔离放大器原理框图
图一 . 3. ISO APO系列电流输出内置电源隔离放大器原理框图
3、典型电性能指标：
三、典型应用技术
图三、为ISO 系列隔离放大器典型应用接线原理图，其中输入和输出放大器都为跟随方式。 此时隔离放大器的整体放大倍数为20倍，R1，R2和W1为调零电路，R1=5.1K R2=2K W1=2K（多圈电位器）。 辅助电源为 +12VDC,R3和W3为增益调节电路，R3=39K W3=10K（多圈电位器）
图三. ISO 系列隔离放大器典型应用接线原理图
信号输入放大器设计：
图四 为输入放大器电路，当输入放大器输出（21脚COM端）为0.5V时，输出即为5V（13和14脚短接时）。输入反相放大电路：
图五 为输入反相放大电路接线图，其中放大倍数为：Kin = - R11/R12 R3 = R11//R12
例如：当输入Vin为0~-100mV，输出为0~5V时，可以取：R11=50K R12=10K R13=8.3K 放大倍数：Kin=-50/10=-5 输入同相放大电路：
图六 为输入同相放大电路接线图，其放大倍数为：Kin=1+R2/R1
图四 输入放大器
图五 反相放大器接线图
图六 同相放大器接线图
ISO 1001 为用户设计了一个输出放大器，其原理如图七 所示，FB为放大器的反相输入端，当13和14脚短接时，输出放大倍数Kout=1+33/10=4.3，由于隔离放大器部分已有2.35倍的放大倍数，所以，总放大倍数K=4.3*2.35=10.1。
当输入放大器的COM端电压达不到0.5V时，可以通过输出放大器调节放大倍数，如图八 所示，W2可以取1~100K（多圈电位器）。
图七 输出放大器原理图
图八 输出放大器调节电路
四、典型应用实例
应用实例1：用隔离放大器直接测量高电压信号
输入：0~±100VDC直流电压信号
输出：0~±10V DC 隔离信号
取R4=100K R0=390 W1=200（多圈电位器）
取R3=39K W3=10K（多圈电位器）R1=5.1K R2=2K W2=2K（多圈电位器）
当输入信号较小时可以采用图六 同相放大电路，使输入放大器的输出（即COM端电压）为0.45~0.48V之间，其余与图九 相同。
（图九 应用实例1）
应用实例2：测量电桥输出的差分小信号。接线图见 图十
输入：0~±25mV电桥差分小信号
输出：0~±10V DC 隔离信号
A1、A2和输入放大器组成一个数据放大器，
取R= 100K RG=5K 则数据放大器的放大倍数为 Kin=100/5=20。
电路其它元件选择：取 R1=5.1K R2=2K W2=2K（多圈电位器）
取 R3=39K W3=10K（多圈电位器）
（图十 应用实例2）
四、产品外形尺寸及引脚描述
DIP 24脚封装的IC尺寸图，见图十一
DIP 24脚封装的IC引脚定义图，见图十二
（图十一 DIP 24脚封装的IC尺寸图）
（图十二DIP 24封装引脚定义图）
SIP 12脚封装的IC尺寸及IC引脚定义图，见图十三
图十三 SIP 12脚封装的IC尺寸及引脚定义图
总结
随着现代电子技术的高速发展，有很多新器件可供技术人员开发设计选用。通过新器件的功能扩展可开发出许多实用型的新产品，从而推动电子产品不断更新换代，并且向低成本、小体积、多功能、智能化方面发展。深圳市顺源科技公司的ISO系列产品，针对国内外类似产品有着低成本、小体积、高精度、多功能等技术。广泛应用在工业控制、医疗设备、仪器仪表等系统中地电位有很大差别的电路设计中。整个产品电路中的每一种器件和工艺都是针对独特系统要求而设计的，新器件性能集成的高水平使得跨越隔离屏障能实现从前做不到的更复杂的操作。
