西门子6ES518-4UP00-0AB0型号介绍

、基本情况

    我厂75t/h循环流化床锅炉的引风机、一次风机、二次风机的风量调节、风压调节，原来采用的是传统做法，即风机以定速方式运行，由挡板调节。其主要弊端主要表现为：

    （1）调节挡板前后压差增加，工作安全特性变坏，压力损失严重，造成能耗增加；
    （2）风机定速运行，挡板调整节流损失大，出口压力高，系统效率低，造成能源的浪费；
    （3）风道压力过高，威胁系统设备密封性能；
    （4）长期的40～70％开度，加速挡板自身磨损，导致挡板控制特性变差；
    （5）设备使用寿命短，日常维护量大，维修成本高，造成各种资源的浪费；
    （6）设备起动冲击电流大，需增加配电设备容量而增加投资；
    （7）与DCS不能直接配合，难于实现自动化操作。
    为了解决上述问题，经过了大量的技术论证，决定用高压变频器替代传统的挡板调节风量、风压的方法。经过多次考察、反复研究讨论，本项目采用了三台北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频器，其型号为：HARSVERT-A06/040（315kW）、HARSVERT-A06/050（355kW）、HARSVERT-A06/030（250kW）。

    3、HARSVERT-A高压变频调速系统的技术方案

    3.1 工作原理

    该变频装置采用多电平串联技术，6kV系统结构如图1所示，整套系统由移相变压器、功率单元和控制器组成。6kV系列高压变频器有21个功率单元，每7个功率单元串联构成一相。每个功率单元在结构上完全一致，可以互换，其电路结构如图2所示，为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到如图3所示的波形。

图1 高压变频调速系统结构图

图2 功率单元电路结构

图3 单元输出的PWM波形

    输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组，构成42脉冲整流方式；这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1。另外，由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器。

    输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图4所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

图4 变频器输出的相电压阶梯PWM波形

    当某一个单元出现故障时，可将此单元模块旁路退出系统而不影响其他单元的运行，变频器可持续降额运行，如此可减少很多场合下停机造成的损失，避免了由于一个大功率高压开关器件的故障而导致整机故障、停机的产生，从而保证了变频器的可靠性。利德华福的产品多可允许2～3个单元模块的旁路。

    3.2 技术方案

    我厂此次采用一拖一自动旁路方案，其一次电路如图5所示。

图5 旁路系统方案

一、系统概述  
转炉自控系统为西门子可编程序控制器（PLC）和上位工业计算机构成的两级微机控制系统。同时在需要调速的转炉倾动和氧枪系统驱动部分采用交流变频器以取代直流调速系统。控制方式上采用安全可靠的三地控制，即操作台、上位机、机旁操作箱，任一方出现故障时，不影响系统正常工作。PLC与计算机采用通讯模式，上位工业控制机装WINCC人机接口软件。通过各种参数曲线的描述及设备运行状态的显示和可操作性能，使系统更具备**自动化水准。同时在屏蔽隔离、滤波和纠错技术的前提下，保证系统运行的高可靠性能。
在转炉倾动，氧枪**定位及控制系统中采用我公司为转炉生产专门研制的专利产品DIS-V型转炉倾动角度显示仪和ZNLK智能主令控制器和YSX-Ⅲ型智能语音报警器。大大**了转炉自动化水准和可靠性。
此自控系统将完整地实现炉体倾动，氧枪升降与横移，烟罩和挡火板的控制，散装料、合金料装配料控制，钢包车及稀油站控制的炼钢过程自动化。同时车间采用五路摄像监视系统，实现对车间的重要岗位进行不间断的监视。
转炉的仪表系统全部由传感器进入PLC自控系统中，使在计算机上对车间的所有仪表参数一览无疑。
经我们精心设计同时综合了多年从事转炉自动化控制的经验我们相信这个设计是一个简洁、可靠、性能价格比高的转炉生产自动化控制系统。
系统结构框图：

二、控制系统软、硬件组成
        控制系统核心部分是西门子PLC  S7-300系统，称重采用集成的称重模块，上位机用研华工业控制机，倾动和氧枪采用交流变频器，操作界面采用非常流行的WINCC 人机接口软件。
         转炉炼钢控制系统硬件框图：

1、    PLC系统
此炼钢的主控制系统采用西门子S7系列的S7-300PLC。目前控制系统中称量部分，我们采用了西门子称重模块，它集成在S7-300PLC系统中。电信号由现场3个传感器（每个电子称3个压式荷重传感器并联，安装在平面三角形的三个角）传给称重模块，再经称重模块计算后变为重量值，通过PLC总线直接传送到CPU ，然后在上位机上显示出来。这种模式为目前工业称重**的系统，以传感器的毫伏信号直接进入PLC，免去了变送器和仪表等中间环节从而增强了系统抗干扰能力。校秤使用西门子提供的称重组态软件，通过计算机串行接口进行校秤，过程简单、快捷，生产过程中如需校秤，可用控制系统程序由上位机下达指令，通过S7-300 PLC直接进行。
此称重系统是我公司在多个冶金自动化工程中应用的实例，均得到了十分满意的效果。



2、  上位机系统
上位机采用研华IP 610工业控制机，这是一种工业上简捷可靠的通讯方式。这种工业控制计算机是适应于工业控制场合的专用计算机，可以24小时连续工作，抗干扰、抗灰尘、散热、运行速度等各方面优于一般计算机。
 由于此炼钢工艺需要的画面较多，因而我们采用两台工控机进行实时显示，从而加快了数据传输速度，一台显示控制转炉工作过程，一台显示仪表数据。两台计算机可以实现数据共享，同时达到了故障分散的目的，增加了系统运行的可靠性。
3、 系统驱动部分
炉体倾动驱动及氧枪**驱动，采用交流变频器。交流变频器取代直流调速设备在90年代末已广泛采用。它在满足生产工艺性能要求的前提下使系统造价大大降低，同时也带来系统的简捷，维护方便，容易掌握，操作方便等诸多的优点。所以，采用交流变频取代直流驱动是一个优的方案。
4、   操作界面  
上位机操作界面采用西门子专用人机接口软件WINCC，因其功能强大、易于掌握、使用方便、可靠性好、操作简单而受到欢迎。所有操作皆可由鼠标完成，可进行参数显示、修改、设定，可以方便制作出动态工艺画面，操作画面，历史曲线、实时曲线等功能完善的画面。
对所有的工艺参数如：压力、**、温度、重量等值在上位机上用实时曲线、历史曲线、直方图、参数表等方式显示，并进行报警、统计、打印报表等处理。同时在上位机可随时设定温度、**等报警值。
所有设备的启动与停止均可在上位机上完成，同时也可根据实际情况，在操作台上或在机旁操作箱上完成。但每次只能一方操作不能同时进行。
每台设备的运行状态，可在工艺流程图中动态显示，并可在状态表中显示其运行、停止、故障、手动、自动等状态。可以用鼠标在计算机上手动操作（根据工艺要求）每台设备，使其运行、停止。
实时的动画与实时曲线显示生产过程，实时显示钢温，水温，水**，液位等生产工艺参数。
5、   智能语音报警器
智能语音报警器是我公司自主开发的一种高科技产品，除有灯光外还有语音输出，不同报警有不同的语音内容输出，可随时根据需要录制、修改、报警内容，声音清晰、宏亮。
系统中的智能语音报警器，加强了系统报警能力，出现故障时，可用语音直接指出故障                                                      
四、主要完成的功能
主要完成散装料、氧枪、转炉倾动及仪表三大部分的自动控制及称量自动补偿。
1、     散装料部分：
①       在上位机上可随时根据炼钢的要求设定各称量斗的重量值，显示其每次的称量值、误差值、班累积、总累积，自动计算下次设定值，并作历史曲线，交班时可对班累积清零，随时打印报表。
②   称量过程，由于程序中有提前量设定，且有自动误差补偿功能，系统将会根据每次需振料的重量与上次的误差与提前量等各参数自动算出下次所需振料的重量，从而准确的停止振料机。实现对石灰、矿石、合金的自动**称量，每批料间都进行自动补偿，超差报警并自动修正补偿量，零点自动跟踪。 
③       经误差自动补偿后，长时间的生产，累积误差小于 5Kg,(人为因素及设备故障除外)。
④       称量时间不大于60秒，混配时间不大于50秒，且具有卡料不停机，报警自动解除，自动延时配料功能。    
2、     转炉倾动部分
①       为了**电机的同步性能，在转炉倾动中选用单台变频器供多台电机方式，从而减少了同步通讯带来的不同步性。
②       转炉的左右倾动，我们采用手动主令来控制。由于转炉炼钢过程中每炉钢的不确定因
素很多，若实现自动控制无疑会增加整个系统的故障率。整个转炉倾动过程我们将实现多段速度控制，低速启动、低速停止。通过手动主令的通断给上位机和PLC发送信号，PLC接收到主令信号后，进行处理与分析，PLC的输出点控制变频器，不同的输出点对应变频器不同的输出频率，从而使电机实现了多段速度运行的目的。当需要调整电机速度时只需在变频器的操作面板上修改变频器内部参数即可，而不需要调整整个系统。
通过我公司专为转炉研制的DIS-V型转炉倾动角度显示仪来动态的显示转炉倾动角度，操作人员可以通过观察角度显示仪更清楚的知道转炉当前的角度，从而减少的事故发生率。     
3、     氧枪升降部分
氧枪主枪与备枪的**控制采用智能主令控制器，它是老式主令的取代产品，其定位的**度可以达到毫米级。通过与卷扬机相连的高精度电子编码器，采集现场数据信号，在S7-200PLC内部进行处理与分析后输出，智能主令控制器的输出点进入主控系统，主控系统的输出点控制变频器的运行，从而达到**对上极限点、上变速点、待吹点、下变速点（开氧点）、吹炼点、下极限点的定位。通过西门子汉化操作面板TD-200在操作面板上调整各输出点对应的点数，达到**定位的目的。
4、仪表部分
    仪表进入PLC，取消了系统中原有的二次仪表，所有数据通过PLC处理后在上位机显示并由打印机打印。由于传感器采集过来的信号直接进入PLC而没有经过二次仪表处理从而减少了信号在传递过程中的失真因素和不确定因素。使信号更加稳定，系统更加安全可靠。
5、摄像监视系统
为了**整个系统的安全与可靠性，我们采用了摄像监视系统，它主要由云台、可变焦镜头、彩色摄像机、电子调温户外防护罩、云台与镜头控制器、画面分隔器、等设备组成。
可变焦镜头与彩色摄像机连接后，装入户外电子调温防护罩内，然后把其整体固定在云台上。通过四画面分隔器把多路采样镜头送入工业彩色显视器中，同时操作人员还可以根据情况选择想要观察的画面，对画面进行放大或缩小。
操作人员通过放在主控室内的云台与镜头控制器，来操作云台的左右与上下移动，实现360度的旋转与控制，从而扩大了视野增加了整个监视的范围。