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詳細介紹
西門子22KW軟啟動器
 | 3RW3036-1BB14 SIRIUS 軟起動器 S2 45 A，22 kW/400 V，40 °C 200-480 V AC，110-230 V AC/DC 螺釘端子 |
西門子制造出安裝其海上風場用的75米葉片的特殊起重機械。這個特殊起重設備使組裝工作更安全，也能適應更高的風速環(huán)境。目前為止，葉片都是通過安裝船上起重機所系的長夾具由其輪轂進行提升。這個過程，裝配工人必須手工用纜繩將葉片系緊在夾具兩端，而且根據(jù)安裝船上葉片的數(shù)量，裝配工人需要在離甲板幾十米高的地方進行作業(yè)，有時甚至需要在夜里或惡劣天氣下工作。而新機械可*自動系緊纜繩，并由人在安裝船的甲板上安全地進行控制。西門子是為其新型D6平臺風機的系列安裝而研發(fā)該機械的。
風機組裝時，通常是將葉片安裝到輪轂上，再將整個裝配好的部分安裝到桅桿頂部的轉子上。然而，單獨裝配葉片變得越來越常見。這在陸上風機的安裝中早已司空見慣，現(xiàn)在也越來越多地用于海上作業(yè)。在這種安裝方式中，輪轂已經(jīng)安裝在轉子上，起重機將每個葉片提升至塔架，然后機艙中的裝配工人將葉片安裝在輪轂上。這種葉片單獨裝配流程是新一代葉片一能夠使用的安裝方式。這種葉片長75米重25噸，而預先組裝好的直徑154米重約75噸的轉子幾乎不可能被提起或與輪轂對接。因此，西門子風電集團的工程師們一直在尋找一種能夠解決這類巨型轉子葉片安裝問題的全自動工藝，它還必須能夠在強風環(huán)境下使用，以便盡可能高效地利用安裝船。所以工程師們面臨著這樣一個挑戰(zhàn)：該系統(tǒng)必須盡可能輕，同時又要具備足夠的穩(wěn)定性。這一新型提升機械長14米，高8米，重達78噸，它能夠在14米/秒的持續(xù)風力和19米/秒的陣風強度下工作，這相當于蒲福7級風力。目前，葉片單獨裝配的風力限值僅為12米/秒。
這一起重機械能夠自動系緊和松開固定葉片的纜繩，因此當葉片需要維護時，該機械也能用于拆卸。同時，所有功能都具有冗余性，以確保葉片能夠安全地回到甲板上。另外，新機械能夠轉向、傾斜和旋轉——無論葉片在安裝船上的位置如何，都能被吊起。新機械還能在安裝中翻轉或旋轉葉片，以便葉片能夠對準輪轂。這是之前的技術所無法做到的。
今年夏天，全新的起重機械完成了它的*項任務——在英國東海岸建設Westermost Rough 風場。西門子將在該風電場安裝36臺風機，每臺風機葉片都長達75米。
1引言
風機是工礦企業(yè)的主要動力設備，據(jù)有關部門的統(tǒng)計，全國風機，水泵電動機裝機容量約35000MW，耗電量約占全國電力耗電量的40% 左右。目前，風機和水泵運行中還有很大的節(jié)能潛力。在風機運行中應用變頻器調速，其節(jié)電率一般可在20%~60%，投資回收期為1~3 年，不僅節(jié)電效果顯著，而且能滿足生產工藝的要求，保產品質量,經(jīng)濟效益十分顯著。
風機在鍋爐中也是重要設備，工業(yè)鍋爐根據(jù)采用的燃料不同，通常分為燃煤，燃油和燃氣三種。這三種鍋爐的控制系統(tǒng)基本相同，只是燃料量的調節(jié)手段有所區(qū)別。變頻器在控制系統(tǒng)中可以調節(jié)送風機的送風量，引風機的引風量和燃料的進給量，即實現(xiàn)對鍋爐的精確控制，又達到了節(jié)電和節(jié)省燃料的目的。
2西門子新一代變頻器G150 的特點
G150 是西門子新一代變頻器SINAMICS 家族中的一員，它不僅繼承了Master Drive 的特點，而且具有自身的優(yōu)點。G150 是柜體式單傳動的變頻器，功率范圍75KW~2700KW，進線電壓分為380V~480V，500V~600V，660V~690V 三個電壓等級，控制方式為無速度傳感器的矢量控制 (sensorless vector control) 和矢量控制。無速度傳感器的矢量控制是矢量控制的一種，只是沒有速度傳感器，通過電機模型的計算來估測電動機的速度反饋值。無速度傳感器的矢量控制的控制精度和系統(tǒng)的動態(tài)性能不如帶速度閉環(huán)的矢量控制，但也有系統(tǒng)簡單，無需維護速度傳感器，價格便宜的優(yōu)點，尤其適用于風機泵類電機。
傳統(tǒng)的V/f 控制也無需速度傳感器，但對于大功率的風機泵類電機，如用V/f 控制無電流環(huán)控制，容易引起電流的波動。無速度傳感器的矢量控制，不僅有速度閉環(huán)而且有電流閉環(huán), 電機的穩(wěn)態(tài)電流更穩(wěn)定。
G150 具有豐富的客戶端子，包括8 個數(shù)字量輸入(DI)，4 個雙向輸入/輸出(DI/DO)，2 點繼電器輸出(DO)，2 個模擬差分輸入(AI)，2 個模擬輸出(AO)，1 個KTY84 溫度傳感器或PTC 敏電阻，±10V 輔助電源用于模擬給定輸入，24V 輔助電源用于數(shù)字量輸入，所有的DI/DO ，AI/AO 都可以自由編程定義功能。與MasterDrive 不同，G150 的客戶端子，不在控制板上，而是在客戶端子板TM31 上。當有端子損壞時，只須更換TM31，節(jié)約了維修成本。
PROFIBUS 接口是G150 的標準配置，無需選件。通過PROFIBUS 可以將G150 連接到更高層的自動化系統(tǒng)。通過PROFIBUS 可以與調試軟件Starter 連接，便于調試和存儲參數(shù)。G150 的程序和參數(shù)存儲于Flashcard 中，F(xiàn)lashcard 中的數(shù)據(jù)可用Flashcard 適配器讀取，存儲在硬盤中，或刻成光盤存檔。如有相同功率，相同功能的設備，可將數(shù)據(jù)直接拷貝
到新的Flashcard 中，不需設置任何參數(shù).。另外如舊設備的參數(shù)被調亂，或Flashcard 損壞也可用以上的方法進行恢復。
3系統(tǒng)簡介
在這個鍋爐中共有四臺電機使用了G150 變頻器，分別控制蒸汽、熱油、熱煙氣。熱煙氣由2 臺315KW 的電機控制，經(jīng)管道送入主風機，用于干燥木漿。2 臺315KW 的G150 變頻器分別控制這兩臺風機，通過調節(jié)G150 的輸出頻率，來控制風機的輸出功率，實現(xiàn)對熱煙流量的精確調控，不僅滿足了工藝的要求，而且比用擋風板調節(jié)熱煙流量更節(jié)能。另兩臺132KW 的電機分別將蒸汽發(fā)生器中的蒸汽和熱油發(fā)生器中的熱油送入混合室中。蒸汽發(fā)生器中的蒸汽輸出量的調節(jié)可以控制蒸汽發(fā)生器中的壓力和溫度，熱油發(fā)生器中的熱油輸出量的調節(jié)可以控制熱油發(fā)生器的溫度。G150 也是通過控制電機的輸出功率來調節(jié)蒸汽輸出量和熱油輸出量，實現(xiàn)對蒸汽發(fā)生器的壓力和溫度，熱油發(fā)生器的溫度的控制。
2 臺132KW 的電機參數(shù)和變頻器型號如下:
132KW 電機參數(shù):
額定功率: 132KW 額定電壓:400V 額定頻率:50HZ
額定電流: 228A 額定轉速:1485 r/min 功率因數(shù):0.88
選用的G150 型號:
6SL3710-1GE32-6CA0-Z
輸入: 380V~480V 294A
輸出: 0~480V 260A
2 臺315KW 的電機參數(shù)和變頻器型號如下:
額定功率: 315KW 額定電壓:400V 額定頻率:50HZ
額定電流: 585A 額定轉速:990 r/min 功率因素:0.81
選用的G150 型號:
6SL3710-1GE36-1CA0-Z
輸入: 380V~480V 639A
輸出: 0~480V 605A
2 臺132KW 電機用端子控制啟停和模擬量輸入頻率給定。2 臺315KW 電機PROFIBUS 控制，PLC 使用西門子公司的S7-300。
3.1用端子控制的G150 的端子圖如下:
端子X520:1 是DI0 用于控制變頻器的啟/停(即ON/OFF)。端子X542:5， X542:6 是DO1，輸出變頻器的故障信號 (DO1 是繼電器輸出)。 端子X522:1， X522:2 是AO0， 輸出實際速度值。端子X522:4、 X522:5 是AO1，輸出實際電機電流值。端子X521:1，X521:2 是AI0，作為頻率給定.這些端子的功能是出廠設定，無需修改參數(shù)。
(1) Main Setpoint
(2) ON/OFF command
(3) Analog output actual speed
(4) Analog output motor current
(6) Inverter release
(7) Converter no fault
西門子22KW軟啟動器
模擬輸入0(AI0)默認是-10V~10V 的電壓輸入，用戶需要4~20mA 的輸入，所以修改一些參數(shù)。P4056[0]=3，將模擬輸入0 設置為4~20mA， 因為該模擬輸入波動較大,會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以我加了10mS 的濾波(P4053[0]=10)，從而給定值相對穩(wěn)定。這些設置如用調試軟件Starter 修改就十分的簡單、清晰、明了。如下圖所示:
1. 選擇模擬輸入的類型
2. 模擬輸入的端子
3. 模擬輸入的自由標定
4. 一階濾波
3.2用PROFIBUS 控制G150 系統(tǒng)圖如下:
將X530:1 端子的接線斷開，G150 就設置為PROFIBUS 控制。首先要設置G150 的PROFIBUS 從站地址，參數(shù)是P0918，該參數(shù)的設置必須與Step 7 中硬件組態(tài)的地址*。
G150 的PROFIBUS 從站地址也可通過撥碼開關進行設置。這兩種設置中撥碼開關的硬件設置優(yōu)先，如撥碼都在OFF 的位置，則以參數(shù)P0918 的設置為準。G150 的GSD 文件在隨機光盤可找到，文件名是si018105 .GSD。G150 與MasterDrive 的PROFIBUS 數(shù)據(jù)定義相似，PZD1 是控制字/狀態(tài)字，PZD2 是給定值/實際值.控制字的各位定義如下:
| Bit 0 | ON/OFF |
| Bit 1 | Coast stop(OFF2) |
| Bit 2 | Fast stop(OFF3) |
| Bit 3 | Enable operation |
| Bit 4 | No reset ramp generator |
| Bit 5 | No freeze ramp generator |
| Bit 6 | Enable speed set point |
| Bit 7 | Fault acknowledge |
| Bit 8 | reserved |
| Bit 9 | reserved |
| Bit 10 | Control by PLC |
| Bit 11 | Speed reversal |
| Bit 12 | - |
| Bit 13 | Motorized potentiometer UP |
| Bit 14 | Motorized potentiometer DOWN |
| Bit 15 | - |
4結束語
該系統(tǒng)用于亞洲創(chuàng)建(河源)木業(yè)有限公司的生產線中，亞洲創(chuàng)建集團致力于中國強化地板事業(yè)的發(fā)展，成功地塑造了”圣象”，”MOBIFLOOR” 等強化地板，河源項目的建設將打破以往基材長期依賴進口，成本居高不下的局面，進一步提升產品的競爭力。該生產線中的鍋爐系統(tǒng)是由Vyncke 公司做的系統(tǒng)集成，Vyncke 是一家比利時公司，成立于1912 年，在燃燒工藝，鍋爐系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)中有著豐富的設計、制造、安裝、調試的經(jīng)驗。西門子新一代變頻器G150 在該項目中,以其豐富的系統(tǒng)功能，可靠的產品性能，精確的控制系統(tǒng)，得到了用戶的*認可。
在變頻器應用中，為了防止電機由于過電流或外部原因導致過熱而被損壞，設定電機的溫度保護功能。即當電機的溫度超過一定值時，變頻器跳閘(OFF2)。通常情況下，溫度保護有以下兩種方式：
通過電機的溫度模型對電機進行保護;
當我們對變頻器進行快速調試時，變頻器會根據(jù)電機相關參數(shù)，如功率、電流等參數(shù)來建立電機溫度模型。對于西門子標準電機，電機模型數(shù)據(jù)比較準確，但對于第三方電機，在完成快速調試之后，建議用戶做電機參數(shù)自動識別，如參數(shù)(P0340, P1910)，建立電機等效電路數(shù)據(jù)，以便更好地計算電機內部能量損失。
在變頻器運行過程中，變頻器會實時監(jiān)控實際輸出電流，通過I2t 計算來判斷電機是否過溫，當I2t 計算結果超過P0614 (對于MM420), P0604(對于 MM440,MM430)里所限定的溫度時，變頻器會采取在P0610中所設定的措施，如報警、跳閘等。如下圖1所示：
圖 1 電機溫度保護模型
注：利用電機溫度模型對電機進行溫度保護是西門子標準傳動中所有產品具備的功能。
通過溫度傳感器進行外部保護
常見的溫度傳感器有兩種：PTC; KTY84。
1）PTC 傳感器：
PTC(Positive-Temperature-Characteristic)傳感器是一個具有正溫度特性的電阻。在常溫下，PTC 電阻的阻值不高（50-10O歐姆）。一般情況下，電動機里是把三個PTC 溫度傳感器串聯(lián)連接起來（根據(jù)電動機制造廠家的設計），這樣，“冷態(tài)”下的PTC 電阻值范圍為150 至300 歐姆。PTC 溫度傳感器也常常稱為“冷導體”。但是，在某一特定溫度時，PTC 的阻值會急劇上升。電動機制造廠家是根據(jù)電動機絕緣的常規(guī)運行溫度來選擇這一特定溫度的。由于PTC 傳感器是安裝在電動機的繞組中，這樣，就可以根據(jù)電阻值的變化來判斷電動機是否過熱。PTC 溫度傳感器不能用來測量溫度的具體數(shù)值。
對于變頻器：MM440;MM430;G120提供了電機溫度傳感器的接口，PTC 傳感器保護可以與電機溫度模型同時工作。例如MM440,當電動機的PTC已經(jīng)接到MM440 變頻器的控制端14 和15 時，只要選擇P0601＝1（采用PTC 溫度傳感器）激活電動機溫度傳感器的功能，那么，MM4變頻器就會知道電機的狀態(tài)，過熱時變頻器就會故障跳閘使電動機得到保護。
如果PTC 電阻值超過2000 歐姆，變頻器將顯示故障F0004（電動機過溫）。 如果PTC 電阻值低于100 歐姆，變頻器將顯示故障F0015（電動機溫度檢測信號丟失）。這樣，當電動機過熱和溫度傳感器斷線時，都能使電動機得到保護。
此外，電動機還受到變頻器中電動機溫度模型的監(jiān)控，如下圖，傳感器與溫度模型構成“或”關系，形成了一個電動機過熱保護的冗余系統(tǒng)。
2）KTY84 傳感器：
KTY84 傳感器的原理是基于半導體溫度傳感器（二極管），其電阻值的變化范圍從0℃時的500 歐姆可到300℃時的2600歐姆。KTY84 具有正的溫度系數(shù)，但與PTC 不同，它的溫度特性幾乎是線性的。電阻的性能可以與具有很高溫度系數(shù)的測量電阻兼容。
如果KTY84 傳感器被激活(P0610=2)，變頻器會對KTY傳感器的阻值進行監(jiān)控，同時變頻器也根據(jù)電動機溫度模型自動計算電動機的溫度。KTY84 傳感器識別出斷線時，就發(fā)出報警信號A0512（電動機溫度檢測信號丟失），并自動切換到電動機的溫度模型。如下圖2：
圖 2 溫度模型與傳感器回路
對于變頻器MM420、G110，沒有提供溫度傳感器接口，我們能夠通過電機溫度模型對電機進行溫度保護，同時，我們也可以用數(shù)字端子觸發(fā)外部故障的方式來保護電機，因為對于通常的溫度傳感器，其輸出阻抗會隨溫度成線性關系變化，如下圖3所示。因此傳感器的阻抗能夠反映當前電機溫度，我們可以按照圖4連接方式，隨著傳感器阻值增大，端子5上的電壓會逐漸增大。當電壓超過數(shù)字量的觸發(fā)電壓時，數(shù)字端子有效，觸發(fā)外部故障跳閘。設置參數(shù)如下： P0701, P0702 or P0703 = 29.
圖 3 電阻與溫度關系曲線
圖 4 外部端子觸發(fā)故障
另外，我們也可以利用溫度繼電器來觸發(fā)外部故障，如在西門子低壓產品中，有可以用來測量電機溫度的繼電器，如3RS1000-1CK10，我們可以設定一個限定值，當電機溫度超過此值時，繼電器動作，觸發(fā)外部跳閘。
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