西门子6ES318-3FL01-0AB0型号介绍

为了**电厂的综合自动化水平，**机组运行的稳定性和可靠性，黑河象山水电厂和南宁瑞能自控技术有限公司合作，于2001年10月对3# 发电机的励磁装置进行技术改造。技改工作的主内容是取消原来的常规调节器，采用PCC 微机励磁调节器。
 
    3# 发电机励磁装置的技改工作顺利完成，设备运行良好，于是在2002年6月我们又以相同的方式完成了1#、2#机励磁装置的技改工作。投运后，我们两家单位会同黑龙江省电科院，对励磁系统进了一系列试验，包括起励、并网、甩负荷、零起升压、跟踪网压、进相等等，结果各项技术指标符合国家有关规范，令人满意。
 
    技改后，三台电机组的微机励磁装置使用至今，一直运行良好。总的来说，PCC微机励磁调节器体现出稳定性好、可靠性高、结构简单，操作方便的特点。因此，象山水电厂PCC微机励磁装置的技改工作获得成功。
 
1  可编程计算机控制器PCC 介绍
    可编程计算机控制器PCC作为一个全新的概念，是奥地利贝加莱自动化公司于1994年在工控界提出的。它将工业控制计算机（IPC）与常规可编程控制器PLC的特点结合起来。无论是从内部的硬件功能，还是从外部的编程、开发环境的简便而言，它都比常规可编程控制器PLC有较大进步。
 
1.1 PCC 的硬件和软件具有如下特点：
    CPU的速度起着决定性的作用。PCC 的CPU运算速度很快，例如2010 型的每条指令执行时间为0.125us。而且，要**整个系统的速度就要考虑CPU 模块的多处器结构。PCC 的CPU 模块上有三个处理器，它们各司其职，协调工作，即互相独立，又互相关联，从而使CPU的资源得到了合理使用，同时大限度地**了整个系统的速度。
 
1.2 定性的多任务分时操作系统
    多任务分时操作系统来源于大型计算机，如UNIX机。它可以将整个操作界面分成数个分别具有不同优先权高的任务等级，有着较短的巡回扫描周期，而且每个任务等级可包括多个具体任务，在这些任务中间可再细分优先权的高低。这样整个控制系统便得了优化，具有较好的实时性。这对要求响应快的闭环控制系统是一个有力的工具。
 
1.3 编程语言化
    梯形图和指令表这两种编程方式是比较常见和传统的。除此以外，PCC还提供了语言（VC、VB 语言）以方便编程，方便描述一个复杂的程序和构思。这样一来，编程效率**，新产品的研制周期大大缩短。
 
1.4 较大的程序存储空间
    能较高的系统分析计算能力当然要求有足够的程序存储空间，同时足够的存储空间是系统具备较强的数据处理能力的先决条件。应用程序存储空间的大小在某种意义说明了其硬件系统的**程度。PCC有足够的程序存储空间供用户下载任务程序。
 
2  全可编程微机的PCC励磁调节器
2.1 励磁系统是发电机的自动控制系统
    它是一个需要高速响应的闭环控制系统。励磁系统的性能，直接决定了发电机是否能够正常运行。工作可靠、性能优良的励磁系统，能有效地**机组及电网的稳定性。因此，具有优良的调节品质、丰富而实用的附加功能等特点，而在工业领域增减励信号中得到广泛应用。可编程计算机控制器PCC 的MTBF（平均故障间隔时间）大于50万小时。具有如此高的可靠性，工业上称为“无故障设备”。
 
    我们采用PCC 作为励磁调节器的硬件，与现代控制理论相结合而设计的PCC微机励磁装置，采用模块化的硬件及软件结构，极大的**了励磁系统的性能、稳定性、可靠性、智能化程度。PCC 励磁调节器原理框图如下：

 
2.2 软件（应用程序）
    除励磁调节器的硬件PCC 模块外，其软件也采用模块化。共有电压调节模块、功率因数调节模块、甩负荷模块、零起升压模块、跟踪网压模块等等，用户可以通过不同的模块组合以实行不同的运行要求，而不需要更改硬件配置。这样，功能的增减和程序的优化等工作变得轻松易行。整个励磁系统调节的软件流程图如下：

 
3  技术总结
3.1 PCC 微机励磁装置软、硬件均采用模块化结构，功能齐全，操作简便，工作可靠，调节平衡。特别是电压调节，功率因数调节，零起升压，跟踪网压等软件模块，使得整套励磁装置的自动化程度高，智能化程度高，可以满足无人职守电站的要求，体现了计算机控制的优越性。
 
3.2 采用PCC 作为调节器硬件， 其故障间隔时间（MTBF）大于50万小时，因而励磁系统的可靠性极高。而且，由于PCC的运算速度很快，满足了励磁系统反应快速的要求，各项技术指标均符合国家标准。
 
    由于PCC 本身即专为工业控制所设计，因此整套励磁装置抗干扰的能力很强，不存在其他种类的微机（如单片微机等）易受电磁干扰的问题，对使用环境没有特殊要求，安装方便，使用面较广。
 
3.3 控制方式采用一种非线性理论：现代智能筛控制策略，励磁装置即可以按照用户指定的调节方式工作；在异常情况下，或者运行工况突然改变时（如机组突然甩负荷），它由会自动转入合理的控制方式运行。因此，整套励磁装置体现出很高的智能性。

1卧螺离心机背驱动装置的负载性质

    　安装在卧螺离心机差速器小轴端的调速装置称为背驱动装置。这些装置如：电涡流制动器[1]；异步电动机；液力马达；机械式过载保护装置（小轴转速为零）等。在螺旋滞后于转鼓时，这些装置都是以消耗离心机动能为代价，对小轴作用制动力矩，借以达到调节差转速的目的。对小轴而言，背驱动装置是一种负负载。

    　在通用变频器调速系统中，和差速器小轴相连的电动机长期处于再生状态，运行于第4象限，从离心机接受机械能，将再生制动的能量反馈到变频器的直流母线上，再通过制动电阻将其消耗掉。

如何回收该部分能量是国内外离心机制造商热切关心的课题。

　　　利用特别设计的四象限运行变频器（例如ABB公司的ACS611型变频器），可将再生能量直接反馈回电网，但变频器价格昂贵，国内除了轧钢厂以外很少有应用。Alfa-Laval公司近年生产的DS706型大型污水处理离心机应用双变频能源反馈节能调频控制系统（使用ACS800系列变频器），目前在香港昂船洲污水处理厂运行。国内也有厂家利用国产变频器，将共直流母线交流变频技术应用于卧螺离心机，使该部分能量大部分得到回收，取得了良好的社会效益和经济效益。这一技术的推广应用无疑是极有意义的，本文对此进行讨论。

2共直流母线交流变频调速系统的结构和特点

             1-主变频器；2-主电机；3-离心机；4-差速器；5-副电机；6-副变频器；

图1

结构：见图1，离心机3由主电机2驱动，差速器小轴和副电机5同轴连接。主、副电机的转速由变频器1、6控制，二者的直流母线并连，三相电源输入主变频器1。

特点：

（1）优良的节能性能：在螺旋滞后时，再生的能量送到副变频器的直流母线上，由于主、副变频器的直流母线并连，该能量就经过主变频器被主电机利用。

为简单起见，设稳态时离心机以恒转矩和恒差速运行（不计及调速时加速转矩和减速转矩的影响），则回收的能量为：P=0.8 M n/9550,式中：P-功率（KW）;M-小轴力矩（N.m）;n-小轴转速（r/min）;M前的0.8倍是由于再生制动时，即使不加放电的制动电阻，电动机内部也有20%的铜损被转换为制动转矩[2]。

（2）动态响应快：有些PID调节系统往往有超调现象，过渡过程时间较长，例如电涡流制动器调速系统，稳定周期有时长达数分钟。变频调速系统转矩响应时间仅150-200ms[3],动态特性明显改善。

（3）容易处理突发事件造成的转鼓内物料的堆积：副电机反转时运行于第Ⅰ象限（电动机状态），这时差速很大：Δn=(n1+n)/i，（n1-转鼓转速r/min;i-差速器速比），由于变频器具有2倍额定力矩的静态启动转矩[3],使堆积在转鼓内的物料容易排出。

（4）有利于实现恒转矩控制：某些物料，例如城市污水，含有60%-70%的有机物质，沉泥具有可压缩性，含固率时时刻刻在变化，使螺旋推料力矩随着进料**和含固率的波动而变化，要求电气系统根据力矩变化及时控制进料量或差转速，否则，很容易堵料。

　　　恒力矩控制的关键是实时连续测量螺旋推料力矩,必须合理选择力矩传感元件。在液力马达调速系统中，使用液油压力变送器；在电涡流制动器调速系统中，使用电阻应变式力矩传感器；在本文介绍的变频器调速系统中，则可直接利用变频器输出的力矩电流模拟量,不必单独安装传感器。

　　　例如，TD3000变频器具有转矩控制和转速控制两种工作方式：当选择转矩控制方式时，变频器输出频率将根据输出力矩信号自动调节，当螺旋推料力矩变大时，降低输出频率，增加差速，将沉泥快速推出转鼓；反之，增加输出频率，减小差速，使力矩增加。终使螺旋推料力矩稳定在设定值附近。

3调速系统的设计

（1）变频器选型：对主变频器没有特别要求，副变频器要求能屏蔽输入缺相保护。如果离心机需要恒力矩控制，应选用矢量控制变频器。

（2）主、副变频器功率匹配：不是任意功率的变频器都可以如图1连接，选取主变频器功率时必须考虑到当副电机处于电动机状态时，副变频器从主变频器吸取功率的能力。

（3）副电机选型：副电机额定输出力矩应能满足螺旋推料力矩的需求。由于差速器小轴传递力矩M是螺旋推料力矩M2的i分之一，因此副电机的额定力矩应大于M2/i；具体计算时，应考虑差转速调节范围；电机连接方式等因素。选用普通三相异步电机，转速控制精度为0.5%-0.1%,选用带编码器的变频电机,变频器运行在带PG矢量控制方式下，转速控制精度可达到0.1%-0.05%.

    　设计实例：表1是海申机电总厂在φ350到φ720的4个系列十几个品种城市污水处理离心机中主、副变频器的功率匹配和副电机选型表，主变频器选用艾默生TD2000,副变频器选用TD3000，副电机均选4极变频电机，安装OMRON E6C2-CWZ6C型600线光电编码器。

表1

以LW430W离心机为例，运行转速n1=2200r/min;差速器额定输出力矩N.m,速比i=91;差速调节范围Δn=2-20r/min（正常运行10-12r/min）;副电机和差速器小轴直接连接（如图1），差速按Δn=（n1-n）/i计算，得表2数据，完全可以满足工艺要求。

表2

    　表2中：差转速低于7.7r/min输出力矩变小，是由于变频电机50Hz以下为恒转矩调速；50Hz以上为恒功率调速，但差转速低的情况仅当进料浓度特别低或离心机进料初期才出现，这时的推料力矩也较小。

4 应用实例

    　图2是应用于大豆蛋白漕液分离的LW520型高速离心机电气控制简图,主变频器U1用于驱动离心机，使离心机转速0-3500r/min无级可调，变频器的输出频率由端子X1和X2设定。S1是离心机工作状态选择开关，把S1打到X1位置，离心机以分离频率运行，S1打到X2位置，以冲洗频率运行。分离频率出厂时设置为45Hz(转鼓转速3150r/min),冲洗频率出厂时设置为5Hz(转鼓转速350r/min),如果需要改变运行频率，可以对变频器参数F58,F59进行设定。

    　U2是副变频器，用于调节离心机转鼓和螺旋速度之差，即差转速，改变差转速的大小可以改变离心机的推泥速度，也会影响离心机每小时污泥处理量。本机主副变频器直流母线直接并连，具有优良的节能效果。

   　 PR是转速显示仪表，用于显示离心机转鼓转速和差转速。转速表内部有一个开关,用于选择同步报警点，可选择：1r/min,5r/min,10r/min三种，当差速小于报警点时，安装在转速表内部的继电器常开触点先闭合,然后,继电器K1动作，副电机停车。通过继电器K1外接触点，用户可外接声音报警系统，或报警时切断进料阀，或和远程控制系统通信。

    时间继电器KT是解决离心机启动阶段差转速低于报警点的问题.

    本设计的特点除了电路简单操作方便以外,更主要的是差转速调节快速而准确,稳定性可达到±0.1r/mi