西门子模块6ES7352-1AH02-0AE0技术参数
大连小野田水泥有限公司是中日合资的大型水泥生产企业，成立于1989年7月28日，总投资1.88亿美元，现有员工400人。该公司日产熟料4000吨，年产水泥137万吨，是国内规模较大，设备先进的水泥生产企业之一。生产线汇集了当今世界水泥制造业先进的RSP五级窑外分解技术以及德国、法国、日本等工业发达国家先进的水泥制造设备。该公司注重挖掘企业自身潜力，强化节能意识，并付诸于实施，对其窑尾EP罗茨风机进行高压变频器改造，取得了良好的经济效益与社会效益。
一、窑尾EP罗茨风机改高压变频器拖动的必要性
大连小野田水泥厂冷却机EP罗茨风机（电除尘风机）为日本安川转子绕线异步电动机拖动，原有的运行方式为电机全速运行，依靠调整出口挡风板的开度来调节风量的大小，由于企业自身电网容量有限，电机不允许全压直接启动，选用转子绕线式异步电动机，启动方式是转子串水电阻启动，启动结束后再自动短接转子滑环，电机全速运行（项目初期运行时，是采用水电阻调速运行方式，投运后发现这种调速方式反而比风门调节更加不经济，索性其只作为启动时使用），这样的运行方式存在如下弊端：
1．风门调节反应滞后，调节速度慢，调节精度不高。
依靠风门调节执行器来调节风门开度，本身是一个不得已的举措，因风门调节机构含有相当一部分的机械机构，受机械部分限制调节速度有限，调节精度亦受到影响，往往对现场的风量控制不是很到位，甚至满足不了现场工艺的要求。
2．风门调节浪费电能，不科学，不经济。
采用风门调节固然结构简单，投资较小，在节能意识日益加强的显然不合适，水泥厂初期投建的时候，出于后续可能扩建及运行安全的角度，电机及风机的裕量选用较大，存在严重的大马拉小车的现象。事实上，电机额定电流为45A，而电机实际运行电流平均仅为35A左右，采用风门调节，人为改变了风道的阻力曲线，大量的能源白白浪费在了风门上，在能源日益紧缺的，显然已经严重落伍，改造势在必行。
3．电机全速运行受到考验，维护周期短。
因电机全速运行，电机轴承等机械部分磨损严重，由于是转子绕线式异步电动机，转子的高速运行对于其机械部分一样有百害无一益，转子滑环上的碳刷磨损相当严重，更换周期短。
4．启动过程复杂，水电阻装置维护工作量大。
由于企业自身电网容量有限，电机不允许全压直接启动，选用转子绕线式异步电动机，启动方式是转子串水电阻启动，启动结束后再自动短接转子滑环，这样的启动方式附带了很多电气二次回路，启动过程复杂，本身水电阻装置维护工作量就比较大，只有在启动过程的20几秒内投入使用，使用效率不高，却不可缺，显然已经属于落后工艺。
窑尾EP罗茨风机改造势在必行，要想彻底改变现有工艺，必须从源头上下功夫，即通过改变电机转速来调节风机转速，从而达到调节风量的目的，以此来满足现场工艺的要求。
二、调速方式的选择
目前，大功率高压异步电动机的主要调速方式有以下几种：串级调速、内反馈串级调速、液力耦合器调速及变频调速等。
1.串级调速—优点是可以回收转差功率，调速效率比较高，但存在的问题也很多：它不适合于现有的转子绕线式异步电机，必须更换电机：不能实现软启动，启动过程非常复杂；启动电流大；调速范围有限；响应慢，不易实现闭环控制；功率因数和效率低，并随着转速的调低急剧下降；很难实现同PLC和DCS等控制系统的配合，对提高装置的整体自动化程度和实现优化控制无益；因控制装置比较复杂、谐波污染大对电网有较大干扰；限制了它的使用，属落后技术。
2．内反馈串级调速—内反馈串级调速是在串级调速基础上发展起来的，它在普通绕线电动机的定子绕组（称主绕组）同槽放置一套绕组（称调节绕组）而制造成的内反馈串级调速电机，将该电动机部分转子能量取出以改变电动机用以产生拖动转矩，使主绕组从电网吸收的能量下降来实现节能。优点：具有串级调速的全部优点，体积小。缺点：需更换专用电机，滑环处理不当容易出现事故；虽采用频敏变阻器启动，但启动电流仍很大（3-4Ie）,对电机和电网的冲击很大，启动复杂；调速范围很小；输入功率因数和效率低；电机侧由于可控硅的逆变衍生出大量的高次谐波，对电机的绝缘造成老化，引起电机的转矩脉动、附加发热和噪声污染，电缆要求加粗使用；电机喘振现象无法消除。仍属于落后技术。
3．液力耦合器调速—属低效调速方式，调速范围有限，高速丢转约5%-10%，低速转差损耗大，高可达额定功率的15%，因效率与转速成正比，低速时效率极低，精度低、线性度差、响应慢、启动电流大、装置大，必须加装在设备和电机之间，不适合改造；无法软启动，耦合器故障时，无法切换运行，维护复杂、费用大，不能满足提高装置整体自动化水平的需要。
4．高压变频调速—由于应用了先进的电力电子技术、计算机控制技术、现代通信技术和高压电气、电机拖动等综合性领域的学科技术，具有其他调速方式无法比拟的优点：
（1）变频器采用液晶显示数字界面，调整触摸式面板，可随时显示电压、电流、频率、电机转速，可非常直观地显示电机在任何时间的实时状态。
（2）**的频率分辨率和高的调速精度，完全可以满足各种生产工艺工况的需要。
（3）高压变频器具有国际通用的外部接口，可以同可编程控制器（PLC）和工控机等各种仪表连接，并可以与原设备控制回路相连接，构成部分闭环系统，如与原DCS系统实现数据交换和联锁控制。
（4）具有电力电子保护和工业电气保护功能，保证变频器和电机在正常运行和故障时安全可靠。
（5）电机可实现软启动、软制动；启动电流小，小于电机的额定电流；电机启动的时间可连续可调，减少了对电网的影响。
（6）具有就地和异地操作功能，另可通过互联网实现远程监控功能。
（7）减少配件损耗，延长设备使用寿命，提高劳动生产效率。
通过对几种调速方式的比较，终，大连小野田水泥厂决定采用高压变频器对EP风机进行改造，对比了国内外的所有厂家，基于以下几点原因，选用了利德华福生产的高压变频器：
①国内高压变频器厂家中业绩多；
②系统运行稳定；
③全中文界面显示，适合国内用户；
④针对国内用户量身定做，尽量考虑国内电网的综合因素，在其可靠性，安全性方面有其独到的技术优势；
⑤内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要。
三、改造项目具体实施方案及过程
根据现场的实际情况，旁路柜采用了一拖一手动方案。此结构是手动旁路的典型方案,原理是由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（见图1，其中QF为原高压开关柜内的断路器）。要求QS2和QS3不能闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。
优点是:在检修高压变频器时，有明显断电点，能够保证人身安全，也可手动使负载投入工频电网运行等。
缺点：高压变频器故障时，不能自动由变频转为工频。
现场原有的水电阻装置继续保留，高压变频器安装后，与原有的水电阻二次回路结合，取高压变频器的变频状态信号（QS1,QS2闭合后输出变频状态信号）送至水电阻二次回路，该信号有效后通过原有水电阻二次回路，直接短接电机转子滑环，切除水电阻装置，由高压变频器对电机实现软启动；取高压变频器工频旁路信号（QS3闭合后输出工频旁路状态信号），该信号有效后通过原有水电阻二次回路，恢复高压电机的串水电阻调速功能，以备高压变频器故障期间，用户仍可以通过原有启动回路启动设备工频运行。
小野田水泥厂目前高压网络共有两条线路，一用一备，当一条线路出现故障断电时，可以在2秒钟内自动切换为备用高压线路，期间负荷高压开关并不分断，在进行高压变频器改造前，因风机的惯性比较大，断电2秒钟，风机的转速稍有下降，2秒钟后即恢复全速运行，对现场工艺影响可以说是微乎其微，进行高压变频器改造后，这样的切换对由功率器件组成的高压变频器而言则凸现隐患，这就需要高压变频器具备三秒不停机功能，满足现场要求。现场配备的高压变频器为5级功率单元多电平串联结构，其每个功率单元内部的控制单元电源取自移相变压器的二次侧，当高压掉电瞬间，该控制单元随即失电，高压变频器主控器所有的控制指令无法通过功率单元控制单元作用于各个功率单元，高压变频器将作为高压失电作停机处理。基于此种情况，现场对原有的高压变频器内部控制逻辑进行适当修改，即当高压电断电瞬间，通过变频器内置PLC，对高压变频器主控器进行复位，屏蔽所有功率单元在高压掉电时所报的所有单元故障，直到高压在3秒钟内正常，功率单元带电正常后，记忆高压断电前的运行频率，执行飞车启动，因风机惯性较大，此过程对风机的转速影响微乎其微，现场调试期间，曾经做过类似的实验，高压变频器拖动负载运行时，在高压开关就地人为分断高压开关，三秒钟内再合开关，高压变频器运行正常，风机转速稍有下降，结论表明，这样的处理方式完全满足现场运行要
软元件简称元件。将PLC内部存储器的每一个存储单元均称为元件，各个元件与PLC的监控程序、用户的应用程序合作，会产生或模拟出不同的功能。当元件产生的是继电器功能时，称这类元件为软继电器，简称继电器，它不是物理意义上的实物器件，而是一定的存储单元与程序的结合产物。后面介绍的各类继电器、定时器、计数器都指此类软元件。
元件的数量及类别是由PLC监控程序规定的，它的规模决定着PLC整体功能及数据处理的能力。我们在使用PLC时，主要查看相关的操作手册。表1-3表示FX2N系列PLC软元件一览表。
表1-3 FX2N系列PLC软元件一览表
= 1 \* GB2 ⑴输入继电器（X）
输入继电器是PLC中用来专门存储系统输入信号的内部虚拟继电器。它又被称为输入的映像区，它可以有无数个动合触点和动断触点，在PLC编程中可以随意使用。这类继电器的状态不能用程序驱动，只能用输入信号驱动。FX系列PLC的输入继电器采用八进制编号。FX2N系列PLC带扩展时，输入继电器多可达184点，其编号为X0～X7、X10～X17…X260～X267。
(2)输出继电器（Y）
输出继电器是PLC中专门用来将运算结果信号经输出接口电路及输出端子送达并控制外部负载的虚拟继电器。它在PLC内部直接与输出接口电路相连，它有无数个动合触点与动断触点，这些动合与动断触点可在PLC编程时随意使用。外部信号无法直接驱动输出继电器，它只能用程序驱动。FX系列PLC的输出继电器采用八进制编号。FX2N系列PLC带扩展时，输出继电器多可达184点，其编号为Y0～Y267。
= 3 \* GB2 ⑶内部辅助继电器(M)
PLC内有很多辅助继电器。辅助继电器的线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动。辅助继电器的动合和动断触点使用次数不限，在PLC内可以自由使用。这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须由输出继电器执行。在逻辑运算中经常需要一些中间继电器作为辅助运算用。这些元件不直接对外输入、输出，但经常用作状态暂存、移位运算等。它的数量比软元件X、Y多。内部辅助继电器中还有一类特殊辅助继电器，它有各种特殊功能，如定时时钟、进/借位标志、启动/停止、单步运行、通信状态、出错标志等。FX2N系列PLC的辅助继电器按照其功能分成以下三类。
a.通用辅助继电器M0～M499（500点）通用辅助继电器元件是按十进制进行编号的，FX2N系列PLC有500点，其编号为M0～M499。
b.断电保持辅助继电器M500～M1023（524点） PLC在运行中发生停电，输出继电器和通用辅助继电器全部成断开状态。再运行时，除去PLC运行时就接通的以外，其它都断开。根据不同控制对象要求，有些控制对象需要保持停电前的状态，并能在再运行时再现停电前的状态情形。断电保持辅助继电器完成此功能，停电保持由PLC内装的后备电池支持。
c.特殊辅助继电器M8000～M8255（256点）这些特殊辅助继电器各自具有特殊的功能，一般分成两大类。一类是只能利用其触点，其线圈由PLC自动驱动。例如：M8000（运行监视）、M8002（初始脉冲）、M8013（1s时钟脉冲）。另一类是可驱动线圈型的特殊辅助继电器，用户驱动其线圈后，PLC做特定的动作。例如，M8033指PLC停止时输出保持，M8034是指禁止全部输出，M8039是指定时扫描。
(4)内部状态继电器（S）
状态继电器是PLC在顺序控制系统中实现控制的重要内部元件。它与后面介绍的步进顺序控制指令STL组合使用，运用顺序功能图编制高效易懂的程序。状态继电器与辅助继电器一样，有无数的动合触点和动断触点，在顺控程序内可任意使用。状态继电器分成四类，其编号及点数如下：
初始状态：S0～S9（10点）；
回零：S10～S19（10点）；
通用：S20～S499（480点）；
保持：S500～S899（400点）；
报警：S900～S999（100点）。
有关状态继电器的应用，参考项目十STL指令的内容。
⑸内部定时器
定时器在PLC中相当于一个时间继电器，它有一个设定值寄存器（一个字）、一个当前值寄存器（字）以及无数个触点（位）。对于每一个定时器，这三个量使用同一个名称，但使用场合不一样，其所指的也不一样。通常在一个可编程控制器中有几十个至数百个定时器，可用于定时操作。其详细介绍参照项目七。
= 6 \* GB2 ⑹内部计数器
计数器是PLC重要内部部件，它是在执行扫描操作时对内部元件X、Y、M、S、T、C的信号进行计数。当计数达到设定值时，计数器触点动作。计数器的动合、动断触点可以无限使用。其详细介绍参照项目八
= 7 \* GB2 ⑺数据寄存器（D）
可编程控制器用于模拟量控制、位置控制、数据I/O时，需要许多数据寄存器存储参数及工作数据。这类寄存器的数量随着机型不同而不同。
每个数据寄存器都是16位，其中高位为符号位，可以用两个数据寄存器合并起来存放32位数据（高位为符号位）。
a.通用数据寄存器D0～D199 只要不写入数据，则数据将不会变化，直到写入。这类寄存器内的数据，一旦PLC状态由运行（RUN）转成（STOP）时全部数据均清零。
b.停电保持数据寄存器D200～D7999 除非改写，否则数据不会变化。PLC状态变化或断电，数据仍可以保持。
c.特殊数据寄存器D8000～D8255 这类数据寄存器用于监视PLC内各种元件的运行方式用，其内容在电源接通（ON）时，写入初始化值（全部清零，由系统ROM安排写入初始值）。
d.文件寄存器D1000～D7999 文件寄存器实际上是一类专用数据寄存器，用于存储大量的数据，例如采集数据、统计计算器数据、多组控制参数等。其数量由CPU的监视软件决定。在PLC运行中，用BMOV指令可以将文件寄存器中的数据读到通用数据寄存器中，但不能用指令将数据写入文件寄存器。
= 8 \* GB2 ⑻内部指针（P、I）
内部指针是PLC在执行程序时用来改变执行流向的元件。它有分支指令专用指针P和中断用指针I两类。
a.分支指令专用指针P0～P63 分支指令用指针在应用时，要与相应的应用指令CJ、CALL、FEND、SRET及END配合使用，P63为结束跳转使用。
b.中断用指针I 中断用指针是应用指令IRET中断返回、EI开中断、DI关中断配合使用的指令。
PLC中的定时器相当于继电器系统中的时间继电器。它有一个设定值寄存器(一个字长)、一个当前值寄存器(一个字长)和一个用来储存其输出触点状态的映像寄存器(占二进制的一位)，这三个存储单元使用同一个元件号。FX系列PLC的定时器分为通用定时器和积算定时器。
常数K可以作为定时器的设定值，也可以用数据寄存器(D)的内容来设置定时器。例如外部数字开关输入的数据可以存入数据寄存器，作为定时器的设定值。通常使用有电池后备的数据寄存器，这样在断电时不会丢失数据。
1．通用定时器
各系列的定时器个数和元件编号如表3–5所示。100ms定时器的定时范围为0.1～3276.7s，10ms定时器的定时范围为0.01～327.67s。FX1S的特殊辅助继电器M8028为1状态时，T32～T62(31点)被定义为10ms定时器。图3–10中X0的常开触点接通时，T200的当前值计数器从0开始，对10ms时钟脉冲进行累加计数。当前值等于设定值414时，定时器的常开触点接通，常闭触点断开，即T200的输出触点在其线圈被驱动10ms�414=4.14s后动作。X0的常开触点断开后，定时器被复位，它的常开触点断开，常闭触点接通，当前值恢复为0。
如果需要在定时器的线圈“通电”时就动作的瞬动触点，可以在定时器线圈两端并联一个辅助继电器的线圈，并使用它的触点。
通用定时器没有保持功能，在输入电路断开或停电时被复位。FX系列的定时器只能提
供其线圈“通电”后延迟动作的触点，如果需要在输入信号变为OFF之后的延迟动作，可以使用图3–1l所示的电路。
2．积算定时器
100ms积算定时器T250～T255的定时范围为0.1～3276.7s。X1的常开触点接通时(见图3–12)，T250的当前值计数器对100ms时钟脉冲进行累加计数。X1的常开触点断开或停电时停止定时，当前值保持不变。X1的常开触点接通或重新上电时继续定时，累计时间(t1t2)为1055�100ms=105.5s时，T250的触点动作。因为积算定时器的线圈断电时不会复位，需要用X2的常开触点使T250强制复位。
3．使用定时器的注意事项
如果在子程序或中断程序中使用T192～T199和T246～T249，在执行END指令时修改定时器的当前值。当定时器的当前值等于设定值时，其输出触点在执行定时器线圈指令或END指令时动作。如果不是使用上述的定时器，在特殊情况下，定时器的工作可能不正常。如果1ms定时器用于中断程序和子程序，在它的当前值达到设定值后，其触点在执行该定时器的条线圈指令时动作。
4．定时器的定时精度
定时器的精度与程序的安排有关，如果定时器的触点在线圈之前，精度将会降低。平均误差约为1.5倍扫描周期。小定时误差为输入滤波器时间减去定时器的分辨率，1ms，10ms和100ms定时器的分辨率分别为1ms，10ms和100ms。
如果定时器的触点在线圈之后，大定时误差为2倍扫描周期加上输入滤波器时间。如果定时器的触点在线圈之前，大定时误差为3倍扫描周期加上输入滤波器时间。