西門子新一代SINAMICSG150在鍋爐風機中的應用

　　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(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(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。

　　G150是西門子新一代變頻器SINAMICS家族中的一員，它不僅繼承了MasterDrive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(sensorlessvectorcontrol)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。

　　西門子變頻器 g120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(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(diào)亂，或Flashcard損壞也可用以上的方法進行恢復。

　　系統(tǒng)簡介

　　在這個鍋爐中共有四臺電機使用了西門子變頻器 g120，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(diào)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(diào)控，不僅滿足了工藝的要求，而且比用擋風板調(diào)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(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也是通過控制電機的輸出功率來調(diào)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(zhuǎn)速:1485r/min功率因數(shù):0.88

　　選用的G150型號:

　　6SL3710-1GE32-6CA0-Z

　　輸入:380V~480V294A

　　輸出:0~480V260A

　　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(zhuǎn)速:990r/min功率因素:0.81

　　選用的G150型號:

　　6SL3710-1GE36-1CA0-Z

　　輸入:380V~480V639A

　　輸出:0~480V605A

　　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)MainSetpoint

　　(2)ON/OFFcommand

　　(3)Analogoutputactualspeed

　　(4)Analogoutputmotorcurrent

　　(6)Inverterrelease

　　(7)Converternofault　　

　　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(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.模擬輸入的自由標定

　　4.一階濾波

　　如何應用S7-1500CPU的ProDiag在STEP7(TIAPortal)插入變頻器消息

　　SINAMICS(G110/G120andS110/S120)消息可以應用ProDiag功能實現(xiàn)通過WEB服務器或應用WinCCAdvanced/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）和相應數(shù)字組成，可以到相關文件里找到報錯或者警告的原因。

　　SINAMICSG110/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文件的格式導入到EXCEL，77467239條目介紹了下一步需要處理的信息

　　下載與使用SINAMICSXML解析器信息

　　應用解析器將XML文件轉(zhuǎn)換成CSV文件

　　將CSV文件導入到微軟的EXECL里

　　示例

　　庫中包含的FB”SinamicsAlarms”可以用來實現(xiàn)SINAMICS消息的診斷。輸入?yún)?shù)“faultTextNo”和“warnTextNo”分別對應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:

1. 需求

   接下來創(chuàng)建一個項目，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SINAMICSStartdrive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SINAMICSS120。

   為了在STEP7(TIAPortal)顯示的消息，需要按照如下步驟將Excel列表導入到STEP7(TIAPortal)的消息列表中：

   在項目S7站總覽視圖中找到“PLC報警文本列表”。

   插入新文本列表，用粘貼功能分配一個名字，比如說“SINAMICSG120消息文本”。

   在“選擇欄”下拉菜單選擇”“Decimal”選項，插入新的文本列表。

   選中新建的文本列表，在其下面的窗口中，應用粘貼功能為新建的文本列表輸入范圍0到3（某某的文本列表條目）。

   打開Excel列表，選中并復制ProDiag需要配置的消息信息，例如”ErrorNumberdecimal”與“LongName”列。

   在STEP7(TIAPortal)的“某某文本列表條目”窗口，“結束范圍”右擊在彈出的菜單第二列內(nèi)選擇粘貼。   

2. 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。    

3. 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。

4. 把“SinamicsAlarms”功能塊從全局庫中拖拽到PLC站內(nèi)的程序塊里。

5. 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。

6. 改變背景DB的名字至"instSinamicsAlarmsDB"。

7. 在STEP7(TIA Portal)程序中創(chuàng)建ProDiag功能塊，并為起名“SinamicsDiagFB”。關于配置ProDiag的詳細信息可參見例程“利用 ProDiag 進行機器設備診斷”。

8. 右擊背景DB"instSinamicsAlarmsDB"從彈出菜單里面選擇”屬性”。

9. 在屬性窗口的屬性選項卡中分配ProDiagFB. 設置：分配ProDiagFB為“SinamicsDiagFB”。

10. 點擊確定關閉窗口，打開功能塊“SinamicsAlarms”。

11. 在塊接口標記靜態(tài)變量"statFaultProDiag".可監(jiān)視的錯誤信息用于此變量。

12. 在窗口選擇監(jiān)控標簽，下拉菜單下面的“詳細文本域”改變詳細文本域的內(nèi)容，名稱必須與文本列表*。

13. 在這個例子里選擇名稱 "SINAMICS G120 Meldetexte" SINAMICS G120 消息文本。

14. 詳細文本域需寫入: "@4M@: @4%t#"SINAMICS G120 Meldetexte"@。

15. 重復16到17步為靜態(tài)變量 "statWarnProDiag"寫入詳細文本信息。

16. 保存并編譯STEP7(TIA Portal)項目并下載項目至CPU。

17. 打開OB1或者是調(diào)用“SinamicsAlarms”功能塊的塊，轉(zhuǎn)至在線監(jiān)控。

18. 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)。可以在窗口“診斷”>“報警顯示”中看到相應消息的顯示信息。