6ES7214-1HG40-0XB0型号介绍
随着计算机信息技术的快速发展，生产过程对生产效率和生产工艺的要求进一步**。变频器作为驱动器在工业自动化领域得到了越来越广泛的应用。在冶金冷轧行业中，系统集成度和数字化控制程度的高低决定着产品的质量和产品生产效率，同时也决定了厂家能否在行业竞争中占据一席之地。佛山某钢铁厂冷轧薄板线使用四方E380系列变频器，三菱FX2NPLC和西门子直流驱动，S7-300组成的系统，在系统设计可靠性和工艺要求上达到国内**水平，本文将对其进行简单介绍，对四方变频器在系统中与三菱PLC通讯将进行着重的说明。
方案与控制原理:
该生产线传动部分如开卷机、卷取机、轧制主机等采用直流他励电机，使用西门子直流驱动器与西门子PLC控制。冷却使用两台22KW交流电机，酸洗四台75KW交流电机，交流电机采用四方E380系列变频器与三菱PLC进行集中控制。两套PLC系统作为下位机，上位机用组态王组态对下位机进行控制和对现场进行监控。
整条生产线的冷却液由上述两台冷却泵提供，通过一台变频器进行控制驱动。根据生产线速度和材料厚度要求，上位机决定所需压力和**传送到PLC，再由PLC对变频器进行驱动控制。为保证工艺要求，现场用一压力变送器反馈到变频器进行闭环控制。PLC定时对变频器发送PID设定值，同时读取PID反馈参数，电机输出电流，当前输出频率以便进行集中处理。当变频器运行到上限频率，而系统压力反馈信号还达不到系统所要求时，PLC通过读取变频器参数，对电机进行切换，通过控制接触器将电机从变频驱动状态改成工频驱动，同时变频器启动第二台电机变频运行，由第二台电机作PID闭环恒压控制。反之当反馈值大于设定值时，变频电机转速下降直到输出下限频率，如果此时反馈压力还大于设定压力，PLC将停止第二台电机的驱动，同时将台电机工频切换为变频PID闭环恒压控制。
四台75KW电机分两组由两台变频器分别控制。在原材料进入生产线加热后表面附有一层氧化物，要除去这层氧化物，需要使用一定比例和压力的酸性液体来清洗掉，才能进入下一道工序。这两组酸泵电机就是在不同的位置根据不同的线速度对钢薄板清洗。同样用压力变送器把4-20mA信号送到变频器作反馈控制用。控制原理同前面两台冷却泵一样。整条生产线工艺非常严谨，为了尽量**成材率和生产效率，在三组泵的主管道在还安装了电接点压力表设置上限压力，当压力达到上限时，压力表送出一个信号，通过PLC读取，反馈到上位机以提示操作员及时处理。
硬件通讯
由于四方变频器是使用自定协议通讯，使用RS485半双工作为物理电气连接口，与三菱FX2N通讯需要外加一块FX2N-485BD板。而FX2N-485BD板用的是全双工通讯模式，所以要与半双工的变频器正常通讯就得在接线方式和内部程序上作特别处理。后一台要并一个330欧的终端电阻。在接线上如下图所示：
程序:
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四方变频器通讯控制命令分为六类，各组帧头和帧尾分别是十六进制数据5A和0D。本例中要读取运行参数的是1号命令，数据发送帧长度是14个字节，修改RAM参数是3号命令，发送帧长是18个字节。控制命令是4号命令，发送帧长是15个字节，变频器数据返回帧长18字节。三菱PLC用于自由口通讯的指令是RS指令，特殊数据寄存器D8120根据变频器的通信格式（如奇偶校验，波特率）等通讯参数，设定PLC的对应参数。考虑到主机是全双工通讯，而从机是半双工通讯，主机在发送数据的同时会把发送的字节内容存在接收的地址前面，所以在内部收发地址上要作特殊处理，地址D482-D499接收的是发送的18个字节，从D500开始接收的是实际变频器返回的数据。如果发送的字节多是15个，那么接收的地址个数相应的往前推3个，同时接收的字节数也相应的减少3个改为K33。部分程序如下：
在本例中要定时对多组数据进行定时发送和读取，而RS指令在同一时间只能处理同一事件。所以在在每发送和接收一组数据时要有一定的时间间隔才能启动下一组数据处理。这就要求主机在程序内部分时把每组数据的读取与发送严格区分，程序如下：
如果在有些工程中需要对几十组数据进行读写通讯，可在区分每组数据的接收与发送时调用子程序的方式实现，不过需在此方式下编程要注意某些位的状态。在本例中通讯指令只用了一条，在接收时就需要区分是发送哪组数据变频器所返回的数据，所以在程序上要用变址功能把返回的数据校验和计算后加以区分，程序如下：
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程序完成后要对变频器的通讯参数设置，变频器的主要几个通讯参数设置如下：
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F0.4:0002（运行命令通道）F8.0:0021（PID控制）
F8.1:0201（PID设定与反馈通道选择）F9.0:0015（通信设置）
F9.1:（根据每台站点设置地址）F9.3:0000（通讯辅助功能设置）
调试:
变频器的TA与TB端设置成报警输出，把报警信号送到PLC以便在上位机上监控到。当出现故障操作员可以讯速作出处理。在现场调试时把程序分段单台调试以**调试速度，出现问题也容易解决，特别要注意的是干扰造成接收数据出错不能校验，在通讯线上必需用屏蔽双胶线，屏蔽层接地。
结束语:
采用上位机控制和监控，下位机PLC对变频器通讯控制，通过动态数据的交换，上位机随时对变频器远程监控，所有数据在屏幕上一目了然，调试后效果显示集中操作非常简便，系统运行稳定可靠集成度**，产品质量和生产效率也大大**。
2．2输入侧结构
输入侧由移相变压器给每个单元供电，每个功率单元都承受电机电流，1/8的相电压、1/24的输出功率。24个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法，目的是实现多重化，降低输入电流的谐波成分。24个二次绕组分成三相位组，互差20°，构成18脉冲整流方式；这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1，输入电流谐波成分低。实测输入电流总谐波成分小于5%。由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器，便于采用现有的成熟技术。
2．3控制器
控制器核心由高速16位单片机和工控PC机协同运算来实现，精心设计的算法可以保证电机达到优的运行性能。工控PC提供友好的全中文bbbbbbS监控和操作界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。控制器用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操作信号和状态信号的协调，增强了系统的灵活性。
控制器及各控制单元板中采用8位单片机等大规模集成电路和表面焊接技术，系统具有极高的可靠性。此外还有一个CPU，也是8位单片机,负责管理LED显示屏和键盘。
另外，控制器与功率单元之间采用多通道光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，系统具有极高的安全性，同时具有很好的抗电磁干扰性能，并且各个功率单元的控制电源采用一个独立于高压系统的统一控制器，方便调试、维修、现场培训，增强了系统的可靠性。
2．4控制电源
控制器有一套独立于高压电源的供电体系，在不加高压的情况下，设备各点的波形与加高压情况基本相似，给整机可靠性、调试、培训带来了很大方便。
图3独立控制电源系统
3、现场情况和节能效果统计
针对现场存在的问题，系统优化改造主要需解决两方面的问题：，在满足系统配注水量的基础上尽可能减少排量损失；第二，在满足注水压力的前提下尽可能减少泵管压差，即减少压力损失。系统优化拟从动能和势能两方面同时入手，尽可能降低能耗、**系统效率。
3.1现场的系统构成
图4现场系统构成
系统闭环控制过程如下：由智能传感器对各运行注水泵进行实时数据监控和处理，即采集和传输注水泵、站的运行参数，如：泵的排量Q单、电机电流I、泵进、出口压力P泵，注水站出口干压P干、总排量Q总、平均单耗等，并将这些控制参数（Q单、I、P泵，P干、Q总、）与其期望值及泵本身的特性曲线进行对比和优化计算。其中，注水站干压和总**是系统所需监测和控制的两个主要参数。本系统中，一方面在泵出口管线上安装一只高可靠性压力传感器，将实测的压力信号与系统的配注压力（期望值）相比，并将其差值送往过程参数调节器（PID）进行比例和积分运算，后将输出结果送给可编程控制器（PLC）；另一方面在泵入口管线上安装一只**计，用于监测系统实际总**，将该值与系统配注量的差值再进行一次PID整定，后将输出结果送给PLC。PLC根据所接收的两个PID整定信号，利用模糊推理的方法，在满足系统干压的前提下，系统及时自动调整高压变频器的输出频率从而控制变频泵的转速。由离心泵原理知，泵转速的变化可引起相应的排量变化，通过频率的变化以达到期望的排量值。通过上述闭环控制，使系统的实际压力和排量与系统的配注压力和配注量相接近。系统设计为闭环控制系统，**和压力为系统的两个主要参数，将系统实测的**和压力信号与地质要求的**和压力（期望值）进行双PID调节；通过模糊推理的方法自动寻优控制，根据推理结果，系统及时自动调整高压变频器的输出，并自动计算出变频器的佳运行频率。
3.2节电效果分析
3.2.1由功率和转速的立方成比例：
p1/p2μ(n1/n2)3（其中，n为机泵转速，p为输出功率）
可知，泵的功率变化与转速的三次方成正比，也就是说，当泵的转速下降1个单位，则泵的功率将以该单位的三次方的关系下降。而变频调速正式通过变频器改变电源的频率来控制泵的转速，这充分说明变频调速是节能的好方法。