西门子模块6ES7214-1AF40-0XB0性能参数

 该系统运用SIEMENS的S7—300PLC通过PROFIBUS—DP总线实现变频器网络控制.从而实现了中厚板精整系统的a动化生产。系统调试，维护方便，运行可靠。

    近几年，随着生产自动化和过程自动化中分散化结构的迅速增长，现场总线系统的应用日益普遍。其原因之一是现场总线系统实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置、过程调节装置、可编程序控制器(PLC)和PC之间的数据传输，把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近，使安装和布线的费用开销减少到小，从而使成本费用大大节省。原因之二是标准化的现场总线具有“开放”的通信接I：1，允许用户选用不同制造商生产的分散I/O装置和现场设备，同时也可以方便地实现二级及三级网络的连接。济钢中厚板三期工程精整区域由于设备数量较多，同时又分散在较大的范围内，因此特别适合采用现场总线方式实现生产过程的自动化控制。

    系统简介

    中厚板精整区域的主要设备有：冷床输入辊道、输入提升链、滚盘、输出提升链及输出辊道、润滑站及冷床冷却风机，另外还有火焰切割系统、运输辊道、翻板机、电磁起重机等。中厚板厂的原有自动化设备，绝大多数采用SIEMENS公司的产品。为了便于维护和网络连接，精整区域的自动化控制设备也以SIEMENS的产品为主，PLC选用s7—300，其中CPU型号为315—2DP。传动系统全部为SIMOVERTMASTERDRIVERS矢量控制型变频器。

    其中，l#冷床及精整区域PROFIBUS—DP系统中，2#站s7—300为主站，本站的模块均为冷床系统输入输出点。

    3样站，17样站为远程ET一200，其中3样站ET一200是精整系统的远程I/O，17样站ET一200则作为冷床操作台远程I/O。4～8#站是输入输出系统传动变频器，9～16#站是1#冷床系统传动变频器，18～2l样站则是2样冷床系统传动变频器。

    总线连接

    PROFIBUS—DP系统是一个两端有源终端器的线性总线结构，亦称为RS485总线段，在一个总线段上多可连接32个站。使用9针D型连接器用于总线站与总线的相互连接。

    D型连接器的插座与总线站相连接，而D型连接器的插头与总线电缆相连接。

    与总线连接的每一个站，无论是主站还是从站，都表现为一个RS485电流负载。有源总线终端接有终端电阻，在数据传输时防止反射，并且当总线上无站活动时，它确保在数据线上有一个确定的空闲状态电位。本系统中，在一个总线段上共有20个站，2样站和l样站作为总线的2个终端接有终端电阻，终端电阻可以由位于中线插头的开关来实现连接和断开之间的转换。

    PROHBUS—DP协议是为自动化制造工厂中分散I/O和现场设备所需的高速数据通信而设计的。典型的DP配置是单主站结构，DP主站与DP从站间的通信基于主一从原理，也就是说，只有当主站请求时，总线上的DP从站才可能活动。

    DP从站被DP主站按轮询表依次访问。DP主站与DP从站间的用户数据连续地交换，而并不考虑用户数据的内容。中厚板1#冷床及精整区域就是采用这种典型结构，如图1所示。    

    变频器的设置

    (1)变频器与主站S7—300的通信是通过在SIMOVERTMASTERDRIVERS上安装CBP通信板来实现的

    装机装柜型变频器有6个槽可用来安装可选板，cBP通信板可以安装在任何一个槽位。通信板安装完毕后就可以起动进行配置，首先要确定站地址，这是通过变频器参数设置完成的。其过程如图2所示。CBP通信板有3个指示灯显示通信状态。这3个指示灯分别是：红色为运行灯;黄色为与变频器进行数据交换灯;绿色为与PROFIBUSDP进行数据传输灯。只有当这3个指示灯同时闪烁时，系统通信才正常。

    (2)PROFIBUS—DP的数据通过报文的形式交换

    每个报文传输的数据可分为两组，需要用STEP7进行硬件配置时设定。这两组数据分别是参数PKW和过程数据PZD。PKW数据段是读写变频器参数值以及读参数的全部特性。PZD数据段传输的是变频器的控制信息，也就是变频器的控制参数，由主站的S7—300向变频器发出控制字和设定点，变频器则返回状态字和实际值。PKW和PZD的数据长度可根据需要设定，同时可设定数据传输的速率。本系统中，PKW和PZD分别设定为4个字和2个字，通信数据传输波特率为1.5Mbit/s。

    (3)变频器通信控制参数的设置

    变频器参数设置的基本过程如下：变频器送电后，首先将参数恢复为工厂设置，然后进行CBP板的配置，选择P060=5进行系统设置，后进行控制字和状态字的连接设置，将矢量控制开关量和矢量控制连接量与PLC中定义的参数值和控制字连接。本系统的主要连接参数如附表所示。    

    (4)由于翻板机、辊道等设备需要比较准确的定位，并且生产节奏较快，因此每台传动变频器都有外置的制动单元和制动电阻

    制动单元通过中间回路连接到变频器上，当中间回路电压达到预定值时，制动单元自动接通，阻止中间电压继续升高。与制动有关的参数：P462为从静止加速到参考频率的时间;P463为加速时间的单位;P464为从参考频率减速到静置的时间;P465为减速时间的单位。根据工艺要求的不同，每台变频器设置不同的加减速时间。

    PROFIBUS—DP的电磁干扰问题

    安装PROFIBUS—DP的标准方法是：有接地基准电位，即必须把所有模块机架和负载电流回路与公共的基准电位(地)相连接，从而确保由于不合理的PROFIBUS—DP电缆敷设或设备安装不当而产生的干扰电流能被尽快分流掉。采用这种安装方法时，将各个部件的接地(S7—300、ET200、SIMOVERTMASTERDRIVERS)连接到控制柜的公共接地点。在这种方式下，总线插头连接器将PR0F1BUS—DP电缆的屏蔽与网络中所有的总线站相连接，干扰电流通过连接的地线分流掉，从而防止了由干扰引起的故障。

    由于传动系统需要较大的电功率，因此动力电缆常常输送高电压和电流。如果这种电缆长距离与PROFIBUS—DP电缆并行敷设，则会在PROFIBUS—DP电缆上产生电容性和电感性干扰，从而扰动网络中的数据通信。为避免这种干扰，在敷设PROFIBUS—DP电缆时，要确保PROFIBUS—DP电缆与其他电线电缆之间的距离。在施工中，尽可能地把电力电缆和PROFIBUS电缆分别敷设在相互隔离的电缆桥架上。

    该系统投入使用后，取得了较好的效果：

    1)系统运行稳定可靠，维护检修工作量较少。

    2)可方便地与二级系统联网，为全线自动化奠定基础。

    3)保证了产品质量，取得了较好的经济效益。

    4)变频传动系统响应速度快，定位准确可靠。

  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、可靠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迅速发展,高压变频器的价格不断下降,可靠性不断增强，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台引风机电机上分别加装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。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

    启动必须具备以下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必须合闸及启动反馈为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一个较高的转速位，而这时启动高压变频器必然会对炉膛负压有一个较大扰动，而且容易造成运行误操作，所以在启动中加入了命令必须＜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超过一定值(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。同时也独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，同时将另一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

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    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；

    （2）启动A、B送风机后，将其动叶(送风机挡板)开至10％，将A、B引风机变频置于低转速225r/min，同时将引风变频投入自动，然后进行定值扰动试验，将炉膛负压设定值改变20％，对变频自动变化情况进行记录；

    （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，有一个基本的参数。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消除时间，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）改变其中一个的开度为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消除时间，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，以及灭火后引风超弛环节的动作情况，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一次实际动作试验；

    （7）在试验过程中，还需观察将送风机单侧拉掉，仿真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）锅炉的安全运行是全厂动力的根本保证，虽然变频调速装置可靠，可一旦出现问题，必须确保锅炉安全运行，所以必须实现工频—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可靠，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，这样为提高运行的安全性提供了备用空间。

    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，消除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安全运行。

    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，性能稳定可靠，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，另外基本消除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