西门子PLC模块6ES7214-1HF40-0XB0技术参数

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 3.2.2系统效率**，单耗降低

    系统通过高压变频装置改造后，使各泵在高效区运行的前提下满足系统的注水量，有效**了系统效率，降低系统单耗。据分析计算，系统改造后可实现注水单耗平均降低0.2~0.4kW/h，取平均值0.3kW/h，每天注水量平均为4100m3/d，，每度电以0.5元计，则一年可以节约电费为：

    4100′365′0.3′0.5=22.4万元（人民币）

    3.2.3调整多余水量，节约电能

    每天平均注水量为4100m3/d，由于要求的注水量的波动较大（有时需要注2600m3/d，有时又需要注5500m3/d）且变化频繁（一周或几天一变）。对该站实施高压变频改造，可根据站外要求的水量灵活调整站内泵的运行，使之在满足系统压力要求的前提下尽可能与要求的注水量一致，重大程度减少电能和水源的浪费。

    当要求注3600m3/d水时，泵的能力大于要求的水量，将多注1500m3/d；当要求注5500m3/d时，开1台泵水量不够，开2台泵将多注2220m3/d水，都将造成水源和电能的浪费。根据以上数据及站内运行情况推算，为满足配注量，每天平均多注水1600m3/d，系统单耗为7.1kW/h，按每度电电费为0.5元计，改造前每年约有150天水量处于不匹配状态，则通过高压变频调节后年节电费为：

    1600′150′7.1′0.5=85.2万元（人民币）

    3.3实际节电效果

    该变频器于2004年8月在新三联2#注水电机安装正式运行，使用变频器前后的耗电情况统计见下表：

    表 1：2004年5月使用变频器前的耗电情况

    表 2：2004年8月2#泵使用变频器后的耗电情况

   由表 1，表2可以看出，2#注水泵电机安装变频器前后的注水单耗从6.79下降到5.38，不考虑其它方面的影响：

节电率=（安装前耗电-安装后耗电）/安装前耗电*100﹪

=(1244246-698215)/1244246*100﹪

=43.88﹪

    考虑到注水量各方面条件的影响，实际的节电率与计算值有所不同，但根据现场的运行情况来看，不会有太大的出入，总体的节电效果不会改变的。 

采用开放式体系结构设计，充分利用工业PC的现有资源。使用维护非常便捷，同时方便用户二次开发和集成

华中“世纪星”HNC-21/22五轴联动系列数控系统以其质量好、，新产品开发周期短，系统维护方便，配套能力强，开放性好和便于用户二次开发、集成等多种因素，现已派生出了10多种系列30多个特种数控系统产品，广泛用于加工中心、车铣复合机床等数控设备。

华中“世纪星” HNC-21/22五轴联动系列数控系统采用工业微机（IPC）作为硬件平台的开放式体系结构的创新技术路线，充分利用PC软、硬件的丰富资源，通过软件技术的创新，实现数控技术的突破，通过工业PC的**技术和低成本保证数控系统的高性价比和可靠性。并充分利用通用微机已有的软硬件资源和分享计算机领域的新成果，如大容量存储器、高分辨率彩色显示器、多媒体信息交换、联网通信等技术，使数控系统可以伴随PC技术的发展而发展，从而长期保持技术上的优势。

华中世纪星HNC-21/22可控制6个进给轴和一个主轴，大联动轴数为6轴，可与数控车、车削中心、数控铣、加工中心、数控专机、车铣复合机床等机床配套。

HNC -21/22系列数控系统采用**的开放式体系结构, 内置高性能32位嵌入式工业PC,配置 8.4"/10.4"高亮度TFT彩色液晶显示屏和通用工程面板,集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式 PLC 接口于一体。支持硬盘、电子盘等程序存储方式，以及软驱、DNC、以太网等程序交换功能，极大地方便用户进行程序输入。独创的SDI曲面插补功能，经济地实现高效、高质量曲面加工。提供二次开发接口，可按用户要求定制控制系统的功能，适合专用机床控制系统的开发。支持在线帮助、蓝图编程及后台编辑。

  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

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    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

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    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。