西門子變頻器

 西門子新一代變頻器SINAMICS G150 在鍋爐風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

引言
風(fēng)機(jī)是工礦企業(yè)的主要動力設(shè)備，據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計，全國風(fēng)機(jī)，水泵電動機(jī)裝機(jī)容量約35000MW，耗電量約占全國電力耗電量的40% 左右。目前，風(fēng)機(jī)和水泵運(yùn)行中還有很大的節(jié)能潛力。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行中應(yīng)用變頻器調(diào)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*，而且能滿足生產(chǎn)工藝的要求，保產(chǎn)品質(zhì)量,經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
風(fēng)機(jī)在鍋爐中也是重要設(shè)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?xì)馊N。這三種鍋爐的控制系統(tǒng)基本相同，只是燃料量的調(diào)節(jié)手段有所區(qū)別。變頻器在控制系統(tǒng)中可以調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量，引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)量和燃料的進(jìn)給量，即實(shí)現(xiàn)對鍋爐的精確控制，又達(dá)到了節(jié)電和節(jié)省燃料的目的。

西門子變頻器特點(diǎn)
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(diǎn)，而且具有自身的優(yōu)點(diǎn)。G150 是柜體式單傳動的變頻器，功率范圍75KW~2700KW，進(jìn)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(jī)模型的計算來估測電動機(jī)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(hù)速度傳感器，價格便宜的優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于風(fēng)機(jī)泵類電機(jī)。
傳統(tǒng)的V/f 控制也無需速度傳感器，但對于大功率的風(fēng)機(jī)泵類電機(jī)，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(jī)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(diǎn)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(diào)試軟件Starter 連接，便于調(diào)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(shè)備，可將數(shù)據(jù)直接拷貝
到新的Flashcard 中，不需設(shè)置任何參數(shù).。另外如舊設(shè)備的參數(shù)被調(diào)亂，或Flashcard 損壞也可用以上的方法進(jìn)行恢復(fù)。

3系統(tǒng)簡介
在這個鍋爐中共有四臺電機(jī)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(jī)控制，經(jīng)管道送入主風(fēng)機(jī)，用于干燥木漿。2 臺315KW 的G150 變頻器分別控制這兩臺風(fēng)機(jī)，通過調(diào)節(jié)G150 的輸出頻率，來控制風(fēng)機(jī)的輸出功率，實(shí)現(xiàn)對熱煙流量的精確調(diào)控，不僅滿足了工藝的要求，而且比用擋風(fēng)板調(diào)節(jié)熱煙流量更節(jié)能。另兩臺132KW 的電機(jī)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(diào)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(diào)節(jié)可以控制熱油發(fā)生器的溫度。G150 也是通過控制電機(jī)的輸出功率來調(diào)節(jié)蒸汽輸出量和熱油輸出量，實(shí)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(jī)參數(shù)和變頻器型號如下:
132KW 電機(jī)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(zhuǎn)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(jī)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(zhuǎn)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(jī)用端子控制啟停和模擬量輸入頻率給定。2 臺315KW 電機(jī)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(shí)際速度值。端子X522:4、 X522:5 是AO1，輸出實(shí)際電機(jī)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(shè)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

模擬輸入0(AI0)默認(rèn)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(shè)置為4~20mA， 因?yàn)樵撃M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(shè)置如用調(diào)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(biāo)定
4. 一階濾波

 如何應(yīng)用S7-1500CPU的ProDiag在STEP7(TIA Portal)插入變頻器消息

SINAMICS (G110/G120 and S110/S120)消息可以應(yīng)用ProDiag功能實(shí)現(xiàn)通過WEB服務(wù)器或應(yīng)用WinCC Advanced/Professional 直接顯示，而不需要在HMI內(nèi)做任何配置。

說明
這部分介紹如何進(jìn)行ProDiag監(jiān)控配置， 監(jiān)控消息不存在HMI系統(tǒng)中，而是存在S7-1500CPU內(nèi)，HMI設(shè)備不需要做任何配置。

SINAMICS系列變頻器消息由字母（A:警告，F(xiàn)：錯誤）和相應(yīng)數(shù)字組成，可以到相關(guān)文件里找到報錯或者警告的原因。

SINAMICS G110/G120 和S110/S120消息使用XML文件格式，參見：47520881 條目介紹了如何為每個變頻器下載XML文件 

下一步需要將XML文件轉(zhuǎn)換成CSV文件的格式導(dǎo)入到EXCEL， 77467239 條目介紹了下一步需要處理的信息

• 下載 與使用SINAMICS XML 解析器信息
• 應(yīng)用解析器將XML文件轉(zhuǎn)換成CSV文件
• 將CSV文件導(dǎo)入到微軟的EXECL里 

示例
庫中包含的FB”SinamicsAlarms”可以用來實(shí)現(xiàn)SINAMICS消息的診斷。輸入?yún)?shù)“faultTextNo”和“warnTextNo”分別對應(yīng)變頻器的錯誤和報警編號。 FB”SinamicsAlarms”分為2個程序段，使用SCL編寫。

• 程序段1為監(jiān)控錯誤的程序
• 程序段2為監(jiān)控警告的程序

可在博途窗口（"報警顯示"）或Web服務(wù)器中查看消息文本。 為此，在FB“SinamicsAlarms”中為兩個靜態(tài)變量“statFaultProDiag”和“statWarnProDiag”組態(tài)了監(jiān)視類型“錯誤消息”。

下表是輸入?yún)?shù)的信息:
  

需求
接下來創(chuàng)建一個項(xiàng)目，配置一個S7-1500CPU并添加驅(qū)動器，為了配置驅(qū)動器需要事先安裝SINAMICS Startdrive軟件或者安裝GSD/GSDLM文件。

注意

在Startdrive中只支持固件版本V4.8以上的SINAMICS S120。

為了在STEP 7 (TIA Portal)顯示的消息，需要按照如下步驟將Excel列表導(dǎo)入到STEP 7 (TIA Portal)的消息列表中：

1. 在項(xiàng)目S7站總覽視圖中找到“PLC報警文本列表”。
2. 插入新文本列表，用粘貼功能分配一個名字，比如說“SINAMICS G120消息文本”。
3. 在“選擇欄”下拉菜單選擇”“Decimal”選項(xiàng)，插入新的文本列表。
4. 選中新建的文本列表，在其下面的窗口中，應(yīng)用粘貼功能為新建的文本列表輸入范圍0到3（某某的文本列表?xiàng)l目）。
5. 打開Excel列表，選中并復(fù)制ProDiag需要配置的消息信息，例如”Error Number decimal”與“Long Name”列。
6. 在STEP7(TIA Portal)的“某某文本列表?xiàng)l目”窗口， “結(jié)束范圍” 右擊在彈出的菜單第二列內(nèi)選擇粘貼。
     

   
   圖. 1
    

7. Execl內(nèi)您選擇的消息就被粘貼到STEP7 (TIA Portal)里您新建的“SINAMICS G120消息文本”中，保存并編譯PLC站。 
     

   
   圖. 2
    

8. 在STEP7(TIA Portal)中打開全局庫"109749790_SinamicsProDiag_Lib_STEP7_TIA-Portal_V14".其中功能塊“SinamicsAlarms”在主模板的文件夾里。
9. 把“SinamicsAlarms”功能塊從全局庫中拖拽到PLC站內(nèi)的程序塊里。
10. 在塊內(nèi)（比如OB1）調(diào)用“SinamicsAlarms”，并為其輸入?yún)?shù)分配全局DB變量。
11. 改變背景DB的名字至"instSinamicsAlarmsDB"。
12. 在STEP7(TIA Portal)程序中創(chuàng)建ProDiag功能塊，并為起名“SinamicsDiagFB”。關(guān)于配置ProDiag的詳細(xì)信息可參見例程“利用 ProDiag 進(jìn)行機(jī)器設(shè)備診斷”，
13. 右擊背景DB"instSinamicsAlarmsDB"從彈出菜單里面選擇”屬性”
14. 在屬性窗口的屬性選項(xiàng)卡中分配ProDiagFB. 設(shè)置：分配ProDiagFB為“SinamicsDiagFB”。
15. 點(diǎn)擊確定關(guān)閉窗口，打開功能塊“SinamicsAlarms”。
16. 在塊接口標(biāo)記靜態(tài)變量"statFaultProDiag".可監(jiān)視的錯誤信息用于此變量。
17. 在窗口選擇監(jiān)控標(biāo)簽，下拉菜單下面的“詳細(xì)文本域”改變詳細(xì)文本域的內(nèi)容，名稱必須與文本列表*。
    • 在這個例子里選擇名稱 "SINAMICS G120 Meldetexte" SINAMICS G120 消息文本
    • 詳細(xì)文本域需寫入: "@4%4d@: @4%t#"SINAMICS G120 Meldetexte"@
18. 重復(fù)16到17步為靜態(tài)變量 "statWarnProDiag"寫入詳細(xì)文本信息。
      

    
    Fig. 3
     

19. 保存并編譯STEP7(TIA Portal)項(xiàng)目并下載項(xiàng)目至CPU。
20. 打開OB1或者是調(diào)用“SinamicsAlarms”功能塊的塊，轉(zhuǎn)至在線監(jiān)控。
21. 現(xiàn)在通過DB變量可以分別讀取到"faultTextNo" 和 "warnTextNo"兩個參數(shù)的錯誤和報警數(shù)據(jù)?？梢栽诖翱?ldquo;診斷”>“報警顯示”中看到相應(yīng)消息的顯示信息。
     

圖. 4

在描述過程中有一下幾點(diǎn)好處：

• 不需要在HMI設(shè)備進(jìn)行配置
• 配置過程與WinCC Advanced, WinCC Professional and WinCC V7獨(dú)立
• The消息可以用于WEB服務(wù)器,SIMATIC NET和OPC UA AC
• 時間戳和循環(huán)周期相匹配