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    西门子变频器CUVC板

    更新时间:2020-09-25   浏览数:202
    所属行业:电气 工控电器 DCS/PLC系统
    发货地址:上海市金山区  
    产品规格:西门子变频器CUVC板
    产品数量:100.00个
    包装说明:全新原装
    单 价:面议

    西门子变频器CUVC板

    本文分析了AB700S变频器在升降大负载小车上的应用,主要介绍为防止小车溜钩、定位失控、坠落事故的发生而对编码器的同步判断、零速满转矩与抱闸的同步控制在PLC程序中的实现及变频器一些重要参数的手动设置,这些技术在类似的位能大负载设备的控制上可以得到广泛的推广与应用。



    衡阳钢管有限公司Φ720分厂的芯棒循环小车,总负载60吨左右,高行走速度1.5m/s ,定位精度±1mm , 高升降速度0.3m/s ,定位精度±2mm ,分别由一台250KW升降电机,一台132KW行走电机,3台55KW夹钳电机来控制,均由AB700S变频器驱动。

    它有11个工位,每个工位的行走与升降距离都不一样,控制相当复杂。而对于这样的位能大负载不仅要求运行平稳、定位精确,保证其安全可靠,防止溜钩与意外坠落事故也是尤为重要,否则后果不堪设想。

    在调试、试生产过程中由于变频器参数未得到优化、PLC程序设计不合理及未采取恰当的保护措施而使小车出现了溜钩、定位失控与坠落事故。后来我们对变频器进行了手动优化,对程序进行了重新设计即编码器的同步判断、零速满转矩与抱闸的同步控制等,经反复调试后,至今运行效果良好。

    1、设备结构图如下:

    图1设备结构图

    2、PLC程序的设计

    2.1、值编码器与增量式编码器同步的比较

    图2 值与增量式编码器比较程序原理

    控制原理,如图2所示。

    程序①②:DB100.DBD4为测量升降机构升降距离的值编码器的值,ID804为电机尾部速度增量式编码器的值(编码器进AB700S变频器,通过 profibus与PLC通讯)由于程序编在循环中断组织块OB33中,故程序将根据500MS的固有周期对两个编码器的值进行采样与计算。程序③:MD816的值除以100(双整数除法)这是因为增量式编码器装在电机尾部由于存在编码器脉冲数、机械减速箱的问题故需将其换算与值编码器的值保持一致。程序④⑤:将MD820、MD804分别转换成实数并取值。程序⑥:将换算后的增量式编码器的值与值编码器的值进行比较,MD824大于MD828(值编码器丢脉冲)时则报升降编码器计数错误的故障通过程序立即将变频器给零速并机械抱闸,只有查清故障并手动将M606.5复位后才能再次工作。在试生产过程中几次由于值编码器故障造成定位失控而撞坏设备,通过编制以上程序将两个编码器的值作比较可以判断值编码器是否工作正常、与增量式编码器同步与否等,有效地防止了升降小车溜钩与定位失控事故的发生。

    2.2、零速满转矩与抱闸的同步控制

    一般的位能负载控制设计采用零速满转矩或抱闸单独控制,但各有优缺点,我们开始采用零速满转矩控制,在试生产过程中由于变频器、编码器、供电电源等外界因素的影响而造成小车坠落几次。

    我们分析:由于总负责有60吨左右,加速度、惯性很大,当小车失控意外坠落过程中,抱闸总会有滞后而且无法抱住失控的升降小车,我们决定采取零速满转矩与抱闸同步控制,程序原理如下图3所示:

    图3 零速满转矩与抱闸同步控制程序原理

    参数说明:如图3所示。

    AB700S变频器状态字 L0.2-准备就绪 L1.1-运行 L1.7-故障 L0.5-零速 #Enable-变频器使能(来自WICC画面)#Fw-正转 #Bw-反转 #Valve_抱闸阀 #Control-变频器控制字 #Speed_Out-给变频器速度 #E_Stop-外部急停 M606.5为编码器计数错误。

    控制原理:如图3所示。

    程序①:在变频器准备就绪、没运行、无故障、无外部急停的情况下通过点击WICC画面#Enable将W#16#2控制字与“0”速度送给变频器,这时变频器建立磁场与转矩(零速满转矩)。程序②:当收到变频器运行信号(L1.1)1秒后,如果PLC有正转、反转指令则打开抱闸(#Valve),确保打开抱闸前零速满转矩已建立; 当PLC撤除正转、反转指令时只有收到变频器零速信号(L0.5)后才关闭抱闸,确保关闭抱闸前小车处于静止状态,防止抱闸磨损。程序③:当撤除WICC画面#Enable时,抱闸(#Valve)立即关闭并在5秒钟后才给变频器发W#16#1停止指令,确保抱闸关闭前变频器处于零速满转矩状态,防止了溜钩的发生。程序④:当PLC无正转、反转指令或升降编码器计数错误故障时则将“0”速度送给变频器。使变频器处于零速满转矩状态,与抱闸一起控制来防止溜钩、坠落事故的发生。3、变频器参数的手动设置西门子变频器CUVC板

    AB 700S是高性能的工程型变频器,它提供了高性能的传动控制,有卓越的性能,我们将控制模式设为Field Oriented Control(磁场定向控制)简称FOC 是带有电压自调整的感应电动机控制,能将定子电流分解成磁场电流和转矩电流,因此虽然是交流电动机的电流,也能够作为直流量进行控制,与输出频率无关,能够更好的进行高性能控制。

    但当我们将电机自优化运行后,带上负载时(总重量60吨左右)出现溜钩、定位失控现象,说明控制这样的位能大负载需对变频器的一些参数作手动优化,我们修改参数说明如下:

    总惯量[Total Inertia] :2→5 额定电动机转矩下,带负载的电动机从零速加速到基速时所用时间秒数。其目的是改善加减速和恒速运行时的冲击大负载的运行特性;电源掉电模式[Power Loss Mode]:0→2 可选值0 使变频器在掉电时间内滑行而不提供电动机电流,可选值2 使变频器在掉电时间内连续”正常”工作,这样可以防止溜钩、坠落;电源掉电时间[Power Loss Time]:2s→0.1s 在检测到故障之前,设置使电动机维持在掉电模式下的时间。这样可以缩短检测掉电到报故障的时间,以便立即抱闸;电源掉电幅值[Power Loss Level]:22.1→46.6 设置母线电压幅值,当母线电压低于该幅值时则变频器报故障,程序控制立即抱闸;正向转矩限幅[Torque Pos Limit]:2→8设置正向转矩基准值的外部转矩限幅;负向转矩限幅[Torque Neg Limit]:-2→-8 设置负向转矩基准值的外部转矩限幅 ;再生功率限幅[Regen Power Lim]:-0.5→-8 ;母线低电压组态[BusUndervoltCnfg]:1→3 组态变频器对直流母线电压下降到小值以下时响应。由原来的报警改为故障并且斜坡停车 ;速度调节带宽[Spd Reg BW]:10→100 设置速度调节器的带宽,单位为rad/S。小信号的时间响应大约为1/带宽,并且是到达设定点63%的时间值。改变该参数值将自动更新速度调节比例系数P增益、积分系数I增益。这样速度调节的比例系数与积分系数将自动调整,加快了响应速度。通过我们修改以上参数后,运行时起、制动平稳,定位准确,有效地防止了溜钩、定位失控等现象。

    4、实际速度、电流曲线图

    图4 升降电机运行的实际速度、电流曲线

    图4是升降电机运行时的实际速度、电流曲线图,红色为速度曲线,黑色为电流曲线。

    5、结束语

    由以上图4的实际速度、电流曲线可以看出:通过我们重新设计PLC程序、手动修改变频器参数后,设备运行速度平稳,准确定位后零速满转矩与抱闸共同控制着60吨左右的位能大负载。这些技术的采用与创新能有效地防止溜钩、定位失控、坠落事故的发生,运行效果相当理想。对变频器、PLC控制的类似位能大负载升降小车有很好的借鉴作用。

    介绍变频器在垃圾焚烧发电厂的应用实例,介绍变频器常见故障原因处理和日常维护事项。

    火力发电厂中各种辅机为满足主机出力波动要求,多数风机和水泵的流量均需要调节,传统的调节方式为节流调节,存在反应慢、调节精度低、能耗大等问题。而变频器作为一种电能控制装置,以其调节性能优良、节能效果好等因数,已被广泛应用在电厂的风机、水泵等流量调节和速度调节中。

    变频器在垃圾发电厂应用实例

    1 变频器在引风机应用

    引风机是电厂的重要设备,通过控制引风机的开度调节风量,维持炉膛负压在一定范围内运行。如果炉膛负压太小,炉膛容易向外喷炉内空气,既影响车间环境卫生,又可能危及设备和人员的安全;负压太大,炉膛漏风量增大,增加风机的电能消耗和烟气热量损失。因此控制引风机的开度,稳定炉膛负压,对保证锅炉的安全、经济运行具有十分重要意义。

    环能一厂机组设计出力为6MW,锅炉为机械炉排垃圾焚烧炉,引风机额定风量为95040m3/h、风压为6600Pa,所配的电动机额定功率为250KW,额定电压为380V,额定电流455A,电机调速采用ABB ACS600变频器以实现风机开度调节。

    引风机运行操作主要通过DCS控制,运行方式分为手动控制和炉膛负压PID调节自动控制两种,正常运行时,引风机出口风门挡板全开(100%指令状态),由PID调节器通过控制风机转速稳定炉膛负压。所有数字量输入、输出接口模块主要是接受外围远程控制信号,实现引风机的联锁保护、闭锁逻辑和控制功能。同时变频器还对电动机进行保护。

    表1 变频器控制系统部分端子信号清单

    2 变频器在起重机的应用

    垃圾焚烧电厂中所有进厂垃圾都是先存储在垃圾坑里,一般堆放约3~5天,充分发酵后才投入焚烧炉燃烧,在投入时就使用垃圾起重机将垃圾投入给料斗。

    环能一厂起重系统是由两台垃圾起重机组成,每台垃圾起重机都有独立的电动机控制系统和供操作人员使用HMI控制盘和PC机。操作方式分手动或自动以及半自动模式。其中大车电机、小车电机和提升电机均采用芬兰生产的DYNA V55F36变频器进行控制。

    起重机传统的调速方式大多为转子串电阻分级调速,在实际应用中存在以下弊端:

    1)控制精度差。采用电动机转子串电阻调速,属于有级调速,在不同速度段的切换中存在速度跳跃,其控制比较粗糙,定位不准确。

    2)工作可靠性不高。由于在电动机转子侧串接的电阻很多,而在分段调速过程中采用接触器短接上一级电阻,接触器的寿命主要体现在它的机械部分的寿命,常因过流使触点粘在一起,无法实现切换,进而造成超速等事故发生,严重影响系统的可靠性。

    3)维护工作量大。由于采用接触器对电阻进行分段切换,因此必须经常对接触器进行维护,大大增加维护人员的工作强度。

    4)耗能。电动机转子串电阻调速是一种转差功率消耗性的调速方式,在整个调速过程中,大量的电能被消耗在电阻上,非常不经济。

    5)稳定性差。电动机转子串电阻调速,当在低速运行时,稳定性差。因为速度越低,特性越软,负载转矩波动时,引起转速变化大,使运行稳定性差。

    通过采用变频器取代,具有以下优势:

    1)控制精度高。能使交流电动机的调速性能与直流电动机的几乎相等,实现精确控制。

    2)工作可靠性高。变频器采用的是电子器件,寿命长,且有完善的保护功能。

    3)维护工作量大大减少、实现无级调速,调速范围。

    4)节能效果明显。特别是在提升机上,当提升机处于提升状态时,电动机处于电动状态,由于提升属恒转矩负载,其转速降低多大比例节能就为多大比例。当电动机处于下降状态时,电动机处于发电状态,将势能转化为电能。

    变频器常见故障分析及处理

    变频器一般具有高度的智能化水平和完善的故障检测电路,并能对所有的故障进行精确的定位,在HMI界面做出提示。在实际应用中经常遇到故障主要有光纤故障、过电压故障、缺相故障、过热故障、驱动故障等,现就这些故障发生的原因和处理方式作简要分析。

    1 光纤故障

    在变频器中功率单元属于高压部分(动力部分),控制器属低压部分,为实现低压与高压隔离,已保证极高的安全性,同时控制器与功率单元有一定的安全距离,为保证在远距离信号传输中仍然具有很好的抗电磁干扰性能,控制器与功率单元之间采用光纤通信技术,光纤及光纤信号发送/接收器作为控制器与功率单元的通信介质。

    出现光纤故障一般有以下几种情况:

    功率单元与控制器之间的光纤连接头脱落或者接触不良;光纤信号发送/接收器内部积灰严重;光纤折断;光纤通信电路控制板部分器件损坏或者受温度影响工作不稳定,如器件老化、芯片插座松动等。出现光纤故障时,首先需要判断是功率单元侧出现故障还是控制器侧故障,在不明确哪一侧的情况下,应在变频器断电后,根据HMI界面的故障记录用备用功率单元替换所怀疑有故障的功率单元,然后重新上电,如果故障消失则可判定属功率单元故障,如果故障依然存在则应是控制单元故障,此时应更换控制器中的光纤通信板。

    2 过电压故障

    变频器过电压故障是各种功率单元内直流母线电压达到危险程度后采取的保护措施,在处理此类故障时要分析清楚故障原因,有针对性地采取相应的措施去处理。

    正常情况下,直流母线为三相交流输入线电压的峰值,即如输入为AC400V,则直流母线电压Ud=1.411×400=565.6V。在过电压发生时,直流母线的储能电容电压将上升,但电压上升到一定值时(通常为正常值的10%~20%),变频器的过电压保护动作。

    而引起变频器中间直流回路过电压的原因主要有两方面:

    1)来自电源输入侧的过电压。

    正常情况下输入电压波动在额定电压-10%~10%以内,但是特殊情况下,电源电压波动可能过大,由于直流母线电压随电源电压上升,达到保护值时变频器就因过电压保护跳闸。电源输入侧过电压主要由于电源侧冲击过电压,如雷电引起的过电压、补偿电容在投入或退出时形成的过电压等。主要特点是电压变化率du/dt和幅值都很大,此时好断开电源进行检查处理。

    2)来自负载侧过电压。

    由于某种原因使电动机处于再生发电状态,即电动机实际转速比变频器频率决定的同步转速高时,负载的传动系统所储存的机械能经电动机转换成电能,通过各个功率单元逆变桥的四个IGBT管中的续流二极管返回到直流母线,这些能量导致直流回路的电解电容的电压迅速上升引起过电压。

    其现场操作的主要处理方法是延长变频器减速时间参数,当变频器拖动大惯性负载时,由于减速时间设定过小,在减速过程中,变频器减速速度过快,而负载由于依靠其自身阻力减速的比较慢,使负载拖动电动机的速度大于变频器频率所对应的速度,电动机处于发电状态。

    有些变频器还设置防止减速过电压功能,即在减速过程中,检测直流母线电压达到一定值时,变频器的输出频率不再下降,暂缓减速,待直流母线电压下降后再继续减速,避免出现直流母线过电压。

    3 缺相故障

    缺陷故障保护是指变频器各功率单元交流输入侧电压三相中至少有一相缺少而采取的保护,出现缺相时会引起整流模块发热、过流以及直流母线电压降低,虽然在缺相状态下设备也能继续运行,但整流桥中个别器件电流过大及电解电容的脉冲电流过大,长期运行将对变频器的寿命和可靠性造成不良影响,应及时处理。处理时应根据具体原因进行。

    主要原因有:电网发生故障或输入电源缺相;移相整流变压器二次侧短路;整流变压器三相进线接线螺栓松动,或者整流变压器与功率单元的连接线路松动故障等;缺相检测保护电路异常,这种情况更换检测板即可。

    4 过热故障

    变频器在运行中由于功率器件整流桥、IGBT管、移相整流变压器等自身消耗功率会散热,内部温度较高,如果热量不及时散出,长期对变频器的寿命大大降低,严重时会引起元器件损坏,功率单元过热保护主要是功率器件在一定电流下运行,器件基板的温度达到规定的温度时采取的一种保护措施,变频器元器件消耗功率主要包括通泰损耗和开关损耗,其结果使基板温度tc和半导体结温tj上升。

    一般能引起功率单元过热原因有以下几方面:环境温度过高,散热效果差,变频器内部温度高;测温元件连接线断开或元件出现故障;功率单元冷却风机故障;进风口或出风口不通畅,风道阻塞或滤网堵塞;变频器长时间过载运行;过温监测电路出现异常。

    变频器出现过热故障时,可按以上原因排除处理。

    5 驱动单元故障

    IGBT是变频器关键的功率器件,具有电流容量大、工作频率范围宽能优点。对IGBT管的保护一般都为过电流保护,即IGBT保护电路检测输出端或者直流环节的总电流,当电流超过设定值时,比较器翻转封锁所有的IGBT驱动器的输入脉冲,使输出电流降为零,同时给CPU处理器发出故障信号。

    通常引起变频器驱动故障原因有以下几种:变频器输出短路;功率单元内IGBT被击穿;驱动检测电路损坏;检测电路被干扰。

    通常情况下,变频器出现驱动故障后,要杜绝轻易贸然复位变频器后再次重新启动,以防止变频器的二次损坏。正确处理措施是根据监控界面的故障定位找到相应的模块,拆开检查IGBT是否损坏。

    具体判断方法是:找到功率单元内部直流母线的正极V+及负极V-,用数字万用表二极管档,将黑表笔接到V+,红笔分别接到U、V上,此时表指示数值应该显示在0.4左右,反向则应该显示无穷大;将红表笔接到V-上,重复以上步骤,应得到相同的结果,否则可判断IGBT管已损坏。

    变频器维护和检查项目及注意事项

    1 变频器虽然具有较高的可靠性,但现场的维护检查也是决定设备长期稳定运行的重要因数,其日常检查主要项目如下

    检查所属辅机(电动机运转正常);检查变频器温度、通风情况,保证变频器良好的通风散热条件;检查变频器是否有异常声响、异味,柜体是否发热、异常震动;检查输入/输出电压、电流情况是否在正常范围内;注意在柜子周围不应有蒸汽等气源,否则会严重损坏变频器;新入变频器一个月后,应将主回路的电缆连接紧固;以后半年紧固一次,用吸尘器清除柜内灰尘;如果变频器长期未投入使用,建议半年通电一次,每次时间不少于1小时;当空气湿度较大是否也应上电,这样可以防止变频器内器件及电路板受潮,又可激活电解电容,防止变频器内的电解电容发生漏电、耐压降低的劣化现象。2 进行变频器维护和检查应注意以下几方面

    变频器运行环境要防静电和电磁干扰,湿度、温度、粉尘均需达到规定要求,盘柜所有电缆进线应封堵,运行过程不允许长时间打开柜门;在检查过程应注意变频器功率单元中的电容器残余电压,经充分放电后才可进行;不允许用绝缘电阻表测量变频器的输出绝缘,否则会使功率单元的元器件受损。结论

    实践证明,变频器在垃圾发电厂辅机的应用,不仅可以提高其自动化程度,同时也起到很好的节能效果。但由于垃圾发电厂自身特点(如车间含有较多的酸性和腐蚀性气体、运行调整操作频繁等)约束,在实际运行中,为确保变频器工作可靠性以及使用周期,应加强对变频器运行维护,故障时应能根据报警信息准确判断故障性质,及时采取有效措施,以便时间恢复生产。

    西门子变频器CUVC板





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