西门子模块6ES7231-7PD22-0XA8接线方法
注塑机节能改造方案
节能效果达到30%―70%
随着科学技术的发展，科学家们将用绿色用电来缓解、对付面临能源危机及环境保护。对企业家来说：降低能耗，降低成本，tigao工艺，tigao产品质量、产量，使自己的产品在市场上的竞争中有一席之地。
在塑料工业中，注塑机是一种通用型机械。在传统设计上，只考虑到共用性，设计时是以大容量为基础，在实际的加工中，常常是大马拉小车的现象，在注塑机运行过程中电能浪费相当严重。
注塑机的运行工序过程一般分为锁胶、射胶、熔胶、保压、冷却、开模等，随产品及加工工序不同，各工序所需液压、liuliang、压力不同。对于油泵马达而言，注塑机在注塑过程的负载是处于变化状态。其原注塑油泵马达以恒定的转速提供的液压liuliang，多余的液压将通过溢流阀回流，此过程称高压节流，高压节流效率一般为60%－70%。能量损失多达30%－40%，由于液压长期全速循环流动与液压件机械剧烈磨擦，造成油温过高，噪音过大，机械寿命缩短等不良现象。
例如一台CLF－600T（油泵电机为55KW）的注塑机在产生某一种塑料工件时，整过工艺周期为43.1－50秒，经现场测得其各工艺阶段，所需时间和油泵电机负载电流如下：
锁模∕射台前进：4.1秒 75A
射胶： 5.5秒 52A
保压： 9秒 52A
冷却∕储料： 23秒 52A(前9.1秒)
开模∕射台后退： 3.7秒 75
系统各工序油泵实际所需功率变化很大，特别是在射胶的保压和冷却阶段，设备所用的55KW油泵电机利用得很低度，并且在实际的运行加工过程中，系统有大量时间处于待机状态，电机空转，其相当部份电能浪费了。
根据注塑机这一工艺特性，我公司研制、开发出注塑机专用型变频器，把定量泵液压系统改变成为变频控制(马达)系统。这种变频控制(马达)系统的运行，将随工艺、工序要求，可自动调节液压、油压的liuliang。满足了注塑工况工艺要求，又能达到节能30%－70%的效果，并具有比原控制系统保护功能更强、更安全、更可靠。
由以理论分析与实际测得：把通用型注塑机改用注塑机专用型变频调速控制以后有以下几种优点：
1. 节能降耗、降低成本。
2. 满足各工况工艺要求，tigao了产品质量、产量。
3. 实现了软起动，对电网、变压器无起动电流冲击。（根据用户的电网容量情况，可适当增加容量，免增容费）。
4. 由恒量泵改为变量泵，养活了因油压过高而对机械的冲击、磨损、延长机械寿命。
5. 相对地降低了油温，机械噪音。
以下是我公司节能改造部分厂家的实例：
顺达电脑厂注塑机改造报告
一、 概述
顺达电脑厂现有CLP系列注塑机，规格80T－1000T，油泵交流电机功率为11KW－90KW，产品为ABS和PVC塑料件。在生产过程中，设备的自动控制过程如下：
锁模∕射台前进→射胶保压→冷却∕储料→开模∕射台后退(下一循环开始)。
经现场检测，一台CLF－600T（油泵电机55KW）注塑机在生产某种塑料件时，整个工艺周期为43.1秒，其中各工艺所需时间和实测油泵电机负载电流如下：
1) 锁模∕射台前进：4.1秒 75A
2) 射胶： 5.5秒 52A
3) 保压： 9秒 52A
4) 冷却∕储料： 23秒 52A(前9.1秒)
46A(后13.9秒)
5) 开模∕射台后退： 3.7秒 75
设备所用的55KW油泵电机利用效率很低，相当部分电能变成了无功功率，降低了电网质量，造成了电能损失，增加了企业的生产成本。对该系列注塑机进行改造，必定会产生良好的节电效果。
二、改造方案：
系统方框图：
根据注塑机的工艺要求和变频器的节能特点，可令油泵电机在不同的工艺段运转于不同的转速，相应于变频器输出不同的频率。
1) 锁模∕射台前进：30－40HZ
2) 射胶∕保压： 40－50HZ
3) 冷却∕储料： 3－15HZ
4) 开模∕射台后退：30－40HZ
这样，一方面，在电机利用效率低的情况下，通过变频调速充分tigao电机的利用效率，达到大幅度的节能的目的；另一方面，由于CLF注塑机各个工艺段之间负载变化大，可以通过使用节能型变频器，也在相当程度上节省了电能。例如：我公司注塑机系列就是这样一种智能交流感应电机节能变频器，它具有变频调速、动态功率调节和动态COS￠补偿三方面功能。其核心是通过微电脑对电机的工作负载进行实时监测，并对负载的变化作出快速响应，使电机在任意负载下均能获得佳的电压供给，以实现大的节能效果。下面举例说明：
从电机的V-A特性曲线可知：当电机的负载从→50%→30%依次减低，很明显，随着电压的变化会使电流逐渐降低到低点X、Y、Z。该节能控制器可以通过其独特的负载电脑监控系统，以每秒5000次的采样速率，密切监测着负载变化，并随着负载的变化快速地调整电机的输入电压，使其保持在佳工作点，使电机在整个负荷范围内的能量消耗达到小程度，即该节能变频器可以在不影响电机转矩和转速的情况下，可以根据负载的变化，不断的为电机提供一个使电能消耗减少到小的佳电压，在使用该智能变频器后，除了能更强有力的运转外，更能充分体现节能效果。
该智能控制器还能根据电机负载的变化情况，对供给电机的电压及电流进行优化控制，大幅度改善马达的功率因数，使电机能在高效率下运转。
在CLF系列注塑机节能改造中采用森海注塑机系列的3075Z节能变频器，可以通过变频调速(不同工艺段在不同且适宜的变频下运行)、动态功率调节及大幅度改善电机功率因数三方面途径，来达到可观的节能效果。
三、经济分析
1、投资金融：
对CLF系列注塑机进行节能改造，就单台CLF-600T注塑机来说，其油泵电机为55KW，则全套节能装置总造价为60500元人民币。
对顺达电脑厂全厂所有的41台CLF注塑机进行节能改造的话，大约需要250万人民币。
2、节能率估算：
1) 根据P=√3UICOS￠，在不考虑改善和动态调功的情况下，假如相应电流不变(其实为减小)，结合变频器输出电压随频率变化的规律，可估算出总节能电率为：
2) 对于系列注塑机这种变化大的负载，系列的智能变频器，利用其独特的动态功率调节功能至少可以节能5%以上。
就算不考虑COS￠的改善，总节电率至少达到：31.4%＋5%=36.4%
3、投资回收期：
根据CLF－600T注塑机在现加工塑料件43.1秒件工作周期内、各工艺段所用的时间及油泵电机负载电流计算，每小时耗电量达37.6度；如工作周期内、各工艺段所用的时间及油泵电机负载电流计算，每小时耗电量达37.6度；如果按照每月工作30天，每天工作24小时，每度电按一元收费，节电率按36.4%计算：
每月节约电费为：37.6×24×30×1×36.4%＝9857.2（元）
投资回收期：60500÷9854.2＝6.2（月）
即：大约6.2个月就可以收回全部投资。
四、CLF系列注塑机节能改造后节电效果显著，投资回收期短，具有良好的应用前景。CLF－600T注塑机是顺德市顺达电脑厂目前使用的注塑机系列的一种规格，因CLF注塑机原理相同，森海系列注塑机专用变频器可全面推广使用，那样将会创造更好的经济效益。
使用注塑机专用变频器在节省电费开销的由于变频器能准确有效的控制和消除多余的电力供应，还能防止电机不必要热损耗，改善工作环境。采用了超低噪音的高载波IGBT器件，令电机能在超低噪音、低震动及佳工作状态下平稳运转。
、普通中央空调工作系统
1、工作简图
2、工作简述
⑴、中央空调启动后，冷冻单元工作，蒸发器吸收冷冻水中的热量，使之温度降低；冷凝器释放热量使冷却水温度升高。
⑵、降了温的冷冻水通过冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各个房间由室内风机加速进行热交换，带走房间内的热量使房间内的温度降低后，又流回冷冻水端。
⑶、而升了温的冷却水通过冷却泵压入冷却塔，由冷却塔风机加速将冷却水中的热量散发到大气中，使水温降低后，流回冷却水端。
⑷、冷冻机组工作一段时间后，达到设定温度，由温度传感器检测出来，并通过中间继电器及接触器控制冷冻机停止工作，温度回升到一定值后又控制其运行。
二、普通中央空调存在的问题
1、冷冻水，冷却水循环泵不能根据实际需求来调整循环量，电机工作效率低下，造成大量电力浪费，并加速机组磨损；
2、 其控制接触器等电器动作频繁，导致使用寿命短，维修量大；而对于大容量系统，传统的控制线路复杂，可靠性差，需专人负责；
3、 整个系统运行噪音大、控制性能差、耗电量大、使用寿命短;在维护管理，检修调整方面工作量大，维护费用高。
三、节能原理概述
由流体传输设备水泵、风机的工作原理可知：水泵、风机的liuliang（风量）与其转速成正比；水泵、风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而水泵、风机的轴功率等于liuliang与压力的乘积，故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的三次方成正比）根据上述原理可知：改变水泵、风机的转速就可改变水泵、风机的功率。例如:将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50（P为电机轴功率）；将供电频率由50Hz降为40Hz，则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50（P为电机轴功率）。
由以上内容可以看出，用变频器进行liuliang（风量）控制时，可节约大量电能。中央空调系统在设计时是按现场大冷量需求量来考虑的，其冷却泵，冷冻泵按单台设备的大工况来考虑的，在实际使用中有90%多的时间，冷却泵、冷冻泵都工作在非满载状态下。而用阀门、自动阀调节不仅增大了系统节流损失，由于对空调的调节是阶段性的，造成整个空调系统工作在波动状态；而通过在冷却泵、冷冻泵上加装变频器则可一劳永逸地解决该问题，还可实现自动控制，并可通过变频节能收回投资。变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对系统的平稳调节，使系统工作状态稳定，并延长机组及网管的使用寿命。 四 普通中央空调改造方案
根据该中央空调系统的配置情况可对冷却水系统，冷冻水系统及冷却塔风机系统进行变频改造。采用变频器配合可编程控制器组成控制单元，其中冷却水泵，冷冻水泵均采用温度自动闭环调节即用温度传感器对冷却水、冷冻水的水温进行采样，并转换成电信号（一般为4—20mA，0—10V等）后送至 PLC ,PLC 将该信号与设定
值进行比较运算后决定变频器输出频率，以达到改变冷冻水泵、冷却水泵转速从而
达到节能目的。冷却塔风机变频驱动：可编程控制器根据回水温度信号控制变频器驱动风机，使风机工作在经济状态而节约大量电能。
注：可对其中一部分进行变频节能改造，也可对全部进行变频节能改造，改造部分越多，节能效果越佳。
在冷却水，冷冻水循环系统，各装设一套变频器，其中冷却变频器供2台冷却水泵切换使用；冷冻变频器供2台冷冻水泵切换使用。（如图4）
其中冷却水循环系统，回水与出水温度之差，反应了需要进行交换的热量；根据
回水和出水温度之差，通过控制循环水的速度来控制热交换的速度，在满足系统冷却需要的前提下，达到节电的目的。温差大说明冷冻机组产生的热量大，应tigao冷却泵的转速，增大循环速度，加速冷却水的降温；温差小，说明冷冻机组产生的热量小，可降低冷却泵的循环速度，以节约电能。采用变频调速器驱动，两台冷却泵互为备用，可编程控制器（PLC）根据传感器检测到的温差信号，同设定温差比较后控制变频器驱动电机运转。（PLC）先控制变频器软启动电动机M1，当M1到达额定转速时，仍未达到设定温差值时，（PLC）控制M1切换到工频电网运行，再启动M2，经控制变频器调节电机M2运转，从而控制冷却水的循环速度；当电机M2工作在下限转速值时，如果检测值大于设定值，（PLC）控制电机M1停机，控制变频器调节电机M2转速从而达到设定要求。
在冷冻循环系统中，由于出水温度比较稳定，仅回水温度就足以反应了房间的温度，PLC可根据回水温度进行控制。回水温度高，说明房间温度高，应tigao冷冻泵转速，加快冷冻水的循环；回水温度低说明房间温度低，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度，以节约能源（其控制过程同冷却泵循环系统类似）
工频/变频切换简图
本方案在保留原工频系统的基础上加装，与原工频系统之间仅设置连锁以确保系统工作安全。
五 、 普通中央空调改造后的性能
（1）、供水压力的保障
冷却（冷冻）水循环系统的变频节能在实际使用中要考虑水泵的转速与扬程的平方成正比的关系及水泵的转速与管损平方成正比的关系；在水泵的扬程随转速的降低而降低的管道损失也在降低，系统对水泵扬程的实际需求一样要降低；而通过设定变频器下限频率的方法又可保证系统对水泵扬程的低需求；
（2）、控制性能的tigao
系统设备运行稳定，抗干扰能力强，软启动，高效节能，保护功能完善，可逻辑控制，操作简单安装方便，可实现工频、变频双回路控制，可自动切换，安全运行有保证，低噪音，环保效果显著等； （3）、节电效果显著
改造后的系统一般节电率在30%左右。
六 中央空调系统节电改造主要配置：
变频器 水温传感器
控制系统三菱可编程控制器； A/D、D/A扩展功能模块
主断路器 交流接触器
热过载继电器 电气柜
指示灯/转换开关/按钮 交流电压表、交流电流表、互感器
数码LED显示器 高稳定度开关电源
控制电源滤波器
一、引言
在造纸行业中，经常需要高精度同步控制，特别是切纸机这样的机械，对于位置精度要求极高的情况下，靠通用变频器速度控制已经难以满足要求，一般只有采用直流或者交流伺服来解决，成本较高。本文针对这一情况，提出了采用艾默生网络能源有限公司生产的TD3000通用变频器的实现方案。
二、 系统组成
图1 采用通用变频器控制的切纸机系统
图1中只画出有送纸和切纸相关部分的连接图，放卷控制和传送带控制等无关部分在图中未画出。1# INV采用标准TD3000产品，2# INV采用具有伺服功能的TD3000非标变频器，两台变频器由PLC通过RS485通信来控制。1# 变频器采用闭环矢量速度控制模式，速度精度可以达到0.1%以上，控制送纸辊的转速，送纸电机的速度经过X8进入2# 变频器作为同步跟踪控制的脉冲输入源，用来控制切纸辊的转动速度和位置。
三、 工作原理框图
图2 切纸机控制原理框图
1、 原理分析
INV 1# 工作于闭环矢量控制，K1为送纸机械减速比；INV 2# 工作于伺服控制模式，其中K通过上位机来设定，由切纸长度唯一确定，K2为切纸机械减速比。闭环矢量控制的速度、电流控制双闭环原理框图在图中未画出。K的推导计算如下：
送纸线速度
（m/s） （1）
切纸长度
（m） （2）
式中， N1为送纸电机转速，K1为送纸机械减速比，V1为线速度，D1为送纸辊的直径，T2为切纸辊转动一圈的周期。
由式（2）、式（1）得
（3）
我们可以采用切纸辊的转速 ，求出T2
（4）
由式（3）与式（4）相等，即
整理得
（5）
定义式（5）为跟踪速度增益K
（6）
改变不同的纸的长度L，可根据式（6）求出不同增益K，只要上位机实时地改变K，就可以实时调整切纸的长度。需要注意的一点是，在本文的分析中，隐含了一个前提，那就是切纸辊旋转一周，即完成一次切纸过程。证明过程如下：
切纸线速度
（m/s） （7）
式中，D2为切纸辊的直径。
由式（1）与式（7）相等，可以求出
（8）
对照式（6）和式（8），可以得到
，即
2、精度分析
a、跟踪误差
由于INV 2# 采用伺服控制，由于送纸电机的加减速过程一般比较缓慢，加减速时间可达到30到60秒，甚至更长，切纸机位置动态跟踪误差可以做到五个脉冲以内，则整个切纸过程跟踪大误差 可以控制在式（9）要求的范围内。在稳态过程中，由于TD3000闭环矢量的高精度，可以保证稳态跟踪误差小于两个脉冲，跟踪稳态误差只有动态1/4。
（9）
式中， 为误差脉冲数， 编码器每转脉冲数。可以看出编码器每转脉冲数增大，可以减小跟踪误差，由于编码器接口速度限制，一般不超过50kHz，选用2000P/R的编码器已经到了极限。假设D2为400mm，P为2000P/R，K2为14，代入式9，可以求出大跟踪误差为0.22mm，稳态跟踪误差为0.08mm。
b、速度分辨率误差
1#1NV变频器频率分辨率为Hz，对应电机转速分辩率为0.3rpm（按照4极电机考虑），经过X8输入对应每分钟脉冲为600个，每秒种则对应10个。根据（a）的计算，速度分辩率造成的误差将小于0.44mm/s，假设切纸机的高线速度为2m/s，速度精度将达到万分之二，完全可以满足高速切纸机的要求。实际上，由于在本方案中，INV 2# 完全跟踪INV 1# 转速和位置，有速度分辨率误差，对输出切纸精度也无任何影响。
c、跟踪速度增益K的分辨率对精度的影响
假设切纸长度为550～1350mm，大车速为2000mm/s，送纸辊的直径为400mm, 送纸机械减速比K1为16，切纸机械减速比K2为14，通过式（6）可以计算出K的变化范围为0.814～1.998。
增益K的设定范围为0.000～9.999，分辨率为0.001，如果采用2000P/R的编码器，电机大转速为1440rpm，对应大脉冲频率为48KHZ，对应大分辨误差为24P/s（1/2＊0.001＊48KHz）。考虑在大车速2m/s的情况下，大误差应该对应大切纸长度1.35m/s的时候，即 个脉冲，对应误差根据式（9）计算为0.717mm。需要说明一点的是，此精度只影响设定长度，并不影响切纸长度的一致性。
四、 调试及注意问题
运行调试时，必须保证送纸电机和切纸电机处于完全停机状态，通过上位机或者外部端子，先让切纸电机运行，后再让送纸电机运行，给送纸电机设定频率。送纸电机驱动变频器的加减速时间可设定为30～60s，而切纸电机驱动变频器在压过流的情况下，可以设定短的加减速时间，一般小于0.5s，在精度要求较高的场合，需要快速的起制动控制，有必要添加制动电阻或者制动单元（30KW以上变频器）。
由于位置控制对于编码器的抗干扰和可靠性有较高的要求，必须选用欧姆龙等厂家高可靠性产品，输出电路形式为集电极开路输出，工作电压为24～30VDC，每转脉冲数为2000。但要特别注意，上位机软件在更改K的时候，需要设定为不存贮方式，防止常期多次存贮造成EEPROM的损坏。
五、结论
本文提出的方案具有切纸长度、相对精度与工作车速无关的优点，易于实现PLC通信的分时控制和进行切纸长度的随意调整，可大大降低低速引纸速度，可达到额定车速1/50以下，降低了工人引纸的操作难度和强度，缩短低速引纸时间，tigao了生产效率。该方案还可以应用在其他如造纸、起重等需要高精度同步跟踪控制的场合，对于各种需要同步控制的场合有一定的参考价值。