6ES7332-5HF00-0AB0详细说明

6es7332-5hf00-0ab0详细说明

一、前言
中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。

二、项目概况
该建筑为办公楼，使用面积11万平方米，半圆形、分为a、b、c三个区其中a、b两区在南向的弧形面，c区在北面，冬夏区分别区不利房间。
本建筑设计未变**系统，末端有浮点阀，集分水器之间有压差传感变送器和电动旁通阀，循环水和冷却水管路都有电动阀门和水流开关，小冷却塔也有电动阀。
在控制系统设计和硬件选型中，我们考虑到操作员的方便和大容量采集数据和灵活通讯、编程方便等综合问题选用了硕人stec2000一体化可编程控制器，该控制器是基于实时嵌入式linux操作系统和32位高速cpu，高度集成控制、远程采集、故障上传、存储和人机界面功能，具有强大通讯能力的多功能通用控制器。

三、控制器简介
stec2000嵌入式控制器主要由两部分组成：主控制器、彩色液晶显示操作终端。其中主控制器在调试完毕投入运行后，禁止运行人员进行任何操作，出现故障时必须由我公司技术人员或经过我公司培训的系统维护人员进行故障排除。换热站或换热机组的运行人员对stec2000控制器的所有操作只能通过液晶显示操作终端进行。其主要功能是对热网各运行参数（温度、压力、**等）进行实时监控及采集，并根据气象环境和负荷的变化按预先设定的控制策略对网中的泵和调节阀进行自动调节，来实现换热机组或热力站的完全自动控制，同时通过vpdn、pstn、adsl等多种通讯方式与监控中心进行通讯。
stec2000控制器以嵌入式技术为基础，采用motorola32位高速cpu和嵌入式实时linux操作系统，集现场采集、显示操作、控制、通讯为一体，可广泛应用于市政（热力、自来水、煤气等）、楼宇自动化（空调、安防等）等领域。stec2000控制器采用模块化体系结构，根据控制规模选配相应的i/o模块，可以组建几个点到上百个点的现场控制设备，主要技术性能如下：
 32位cpu，主频66m，嵌入式实时linux操作系统
 8m flash 内存，16m 外存doc，512k eeprom
 一个10m以太网接口（rj45），支持ddn、adsl连接
 一个嵌入式modem接口，可接电话线
 一个rs232/485接口，可接gprs通讯模块
 支持彩色液晶和键盘的复合接口
 8路16位分辨率差分模拟量输入模块
 4路16位分辨率模拟量输出模块
 12路数字量输入模块，含3路16位计数器输入
 8路继电器输出模块
 i/o模块隔离电压2500v
stec2000控制器基本控制功能如下：
采集功能
stec2000控制器采集温度、压力、热量等一次仪表参数并进行坏数过滤。本控制器支持按用户定义的方式将采集的电流电压数据变换为相应物理量。数据扫描周期可以在0.05-2秒之间进行设定。
存储功能
物理量数据每隔一段时间如1分钟（存储时间间隔可组态设定）保存一次，掉电后不会丢失。具有不小于8m的存储空间，可以保存长达一个采暖季的运行参数。
显示功能
stec2000控制器支持一个5寸的彩色液晶屏。用户可以其对显示画面和参数进行自由组态，并根据运行需要完成参数的设定。
通讯功能
stec2000控制器内置socket server,标准串口（9针）、rj45以太网接口、rj11电话接口等硬件设施。控制器支持tcp/ip、modbus、ppp等协议，soket连接，232/484通讯，以太网通讯，电话拨号通讯及无线通讯连接（gsm、gprs等）。
自检功能
stec2000控制器上电后，自动检查主板、外围设备和i/o设备是否正常，如有异常给出报警。
控制功能
stec2000控制器支持pid控制、逻辑控制、模糊控制等多种控制方式，可通过简单的组态进行选择。控制器还支持用户以脚本语言方式进行二次开发。
控制扫描周期小于200ms（可定义扫描周期）。
故障报警
发生报警事件时，stec2000控制器会通过相应的通讯方式向上位机报警直至收到上位机的确认信息，报警内容包括：故障发生时间、故障内容、故障参数值（或状态）等信息。同时会在液晶的报警信息栏显示此故障信息，当多个报警存在时，报警信息会滚动显示。
人机交互
用户可以通过stec2000控制器的键盘进行人机交互：选择控制方式，设定参数值，取消报警等。
web访问
stec2000控制器内置webserver对控制器运行状态进行网页发布，用户可从任何地方通过电话线或以太网等方式登陆浏浏览网页以了解控制器运行情况。本功能受用户密码保护。
远程配置
stec2000控制器支持远程配置更新和程序控制。例如，用户可以通过电话、以太网等方式与控制器建立连接，然后就如同本地一样对控制器进行组态。本功能受用户密码保护。
灵活配置
1个cpu主控模块多可以支持8个扩展模块。用户可以根据所要采集数据的类型自由配置i/o模块。
完善的组态功能
stec2000控制器提供bbbbbbs操作平台下运行的可视化图形组态环境以支持数据、控制程序、显示操作、报警、通讯管理、数据存储等各种功能的组态。
时钟功能
stec2000控制器内置日历和时钟，且不会受系统停电影响。

四、控制方案
由于该系统中数据点多，单台控制器数据点容量不足，选用三台控制器并联运行，分别编号为stec2000_1、stec2000_2、stec2000_3。在控制网络中，通过工业以太网直接进行通讯。stec2000_1和stec2000_2负责采集现场数据包括18路阀位状态（模拟信号），通过485转接控制器主机。并负责把采集到数据转换成0-之间变化的数字物理量信号。stec2000_3是一个控制主站，带有彩色液晶显示屏，液晶屏合理设计和友好人机界面给操作带来了很大方便，用户可通过液晶面板设定每路的控制方式、输出上下限、制冷制热模式、节能模式的启用与禁止等一系列控制功能。针对本系统主要控制功能如下：
在中央空调系统设计中，冷冻泵、冷却泵的装机容量是取系统大负荷再增加10%—20%余量作为设计系数。因此，实施对冷冻水和冷却水循环系统以及冷却塔的能量自动控制是中央空调系统节能改造及自动控制的重要组成部分。
在该项目中受控设备包含：空调主机4台，冷媒水循环泵4台（2用2备90kw和55kw），冷却水循环泵4台（2用2备110kw和55kw）、热水循环泵9台（4用5备18.5kw）。
主机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔分别并联，开哪台主机或水泵对水系统循环无影响。
1、主机：使用季开始使用小主机，负荷增大到一定程度后用大主机，负荷大时用一大一小两台。一台大主机使用超过200小时后停止使用，启动备用主机。
2、 冷冻泵：平时使用一台90kw和一台55kw，热天使用两台90kw。
stec2000控制器通过温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的频率，以控制电机转速，调节出水的**，控制热交换的速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，应**冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度和**，加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和**，减缓热交换的速度以节约电能。

3、 冷却泵：平时使用一台110kw和一台55kw，热天使用两台110kw。
由于冷冻机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温，再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的。冷却水进水出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走的热量大，应**冷却泵的转速，加大冷却水的循环量；温差小，则说明，冷冻机负荷小，需带走的热量小，可降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。
4、 热水泵：共三组每组三台，平时以1+1+2的形式使用四台。
5、 冷却塔：四个塔，三大一小共7台风机。使用其中两台大的。
根据冷却水的温度，由温度传感器传送信号至stec2000控制器，由stec2000控制器经计算后对冷却塔风机依次开启，以28℃为基数，温度每上升2℃，开启散热风机，每下降2℃，延时5分钟后停止风机，以达到节能效果。
6、 控制流程：
开机：开启冷水及冷却水泵，由stec2000控制器控制冷水及冷却水泵的启停，由冷水及冷却水泵的接触器向制冷机发出联锁信号，开启制冷机，由变频器、温度传感器、温度模块组成的温差闭环控制电路对水泵进行调速以控制工作**，同时stec2000控制器控制冷却塔根据温度传感器信号自动选择开启台数。
停机：关闭制冷机，冷水及冷却水泵以及冷却塔延时十分钟后自动关闭。
保护：由压力传感器控制冷水及冷却水的缺水保护，压力偏低时自动开启补水泵补水。
集中控制时需兼顾a、b、c三个区的舒适性问题，如有必须可加电动阀调节各区的供水量分配。
根据事先排定的工作及节假日时间表，定时启停冷水机组及相关设备。完成冷却水循环泵、冷却水塔风机、冷冻水循环泵、电动蝶阀、冷水机组的顺序连锁启动及冷水机组、电动蝶阀、冷水循环泵、冷却水循环泵、冷却塔风机的顺序连锁停机。
夏季根据建筑实际所需冷负荷，监测冷水总供回水温度及回水**，由冷水总供水**和供回水温差，计算实际负荷，自动启停冷水机、冷冻水循环泵、冷却水循环泵及相对应的电动蝶阀。自动计算开启冷水机组的组数并按自动编组的结果确定各组投入和退出运行的顺序。该控制形式的特点是将使用侧水力工程和建筑物空调负荷变化有效结合，在满足系统投入使用数量长期处于节能工况的前提下保持使用侧水力平衡。
另外自动化**将按照运行时间均等机制交替启停机组，使各台机组平均运行时间相等，从而延长了机组设备的使用寿命。
启动冷却塔风机时，测量冷却水供回水温度，以冷却水供水温度及冷水机的开启台数来控制冷却塔风机的启停的数量。维持冷却水供水温度，使冷冻机能在更高效率下运行。自动化**通过现场的控制器控制冷却塔风机与进出水电东蝶阀之连锁启停，以保证达到佳节能状态。
根据冷却塔出水温度变化判断并控制需要冷却塔风机个数。
根据膨胀水箱的液位，自动启停自动补水泵
对于新风机组，测量新风温度和送风温度，并根据送风温度pid调节二通水阀的开度，维持送风温度为设定值；对于空调机组，测量新风温度和回风温度，并根据回风温度pid调节二通水阀的开度，维持回风温度为设定值
控制程序根据室外温度在设定温度表中查出调节频率（温度表可根据运行经验自由设定），调节程序根据末端阀位自动与调节频率进行数学运算，计算出送风调节量，送风量调节值受上限、下限、节能功能等限制，终送风量调节值被转换成4-20ma送到变频设备。系统的18路调节程序都具有独立性，末端送风阀由独立室内温度控制器完成，由于系统送风机具有多样化，在调节程序设计中有单路调节式和多路叠加调节式。监测冷水总供回水压力差，调节旁通阀门开度，保证末端水流控制能在压差稳定情况下正常运行。在冷水机系统停止时，旁通阀自动全关

需要检测的数据
 冷冻水进/出口温差、压差和**
 冷却水供、回水温度
 室外温度
 末端温度
 出风温度、湿度、风量
 回风的温度、温度
 阀门开度
 水泵电机运行频率

 一、矿用对旋轴流通风机的变频改造的必要性

    长期以来，煤矿由于受复杂的生产条件和环境影响，在矿用设备选型上都采用功率比较大的型号，电机全速运行，大马拉小车现象非常普遍，耗能十分严重。如何以技术进步和技术创新为先导，降低企业的生产成本，**劳动生产率是煤炭生产企业需要解决的迫切课题。

    煤矿主通风机是煤矿的四大主要设备之一，作为矿井主通风，它每天24小时不停地运转，是整个矿井的“呼吸”系统。然而随着开采及掘进的不断延伸，巷道延长，所需的风量也将不断增加，风机所用功率也将加大。四季的交替，冷热的变化，所需的风量也需不断调节。但煤矿原根据反风及开采后期运行工况所设计的通风机及拖动的电动机的功率，通常远大于煤矿正常生产所需的运行功率。

    矿井一般按开采各阶段中通风困难时期选择风机型号。一般矿山选型时，按实际通风参数配备电机功率，计算方法如下：

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    k－功率贮备系数，一般取k＝1.1～1.15。

    传统的调节系统，是根据风量所需的多少，靠调节风门、叶片角度来实现的。从通风机选型的过程和煤炭生产的实际情况，通风机恒速运行存在以下几个问题:

    1．电能的严重浪费

    大型煤矿的服务年限大多在几十年以上，投产初期到井田稳定开采一般在十年以上，但是一般主扇风机设计上余量特别大，在相当长的时间主扇风机一直处在较轻负载下运行。由于煤矿主扇风机一般采用档板调节，因此造成能源浪费，增加了生产成本。

    2、启动困难，机械损伤严重

    主扇风机采用直接启动，启动时间长，启动电流大，对电动机的绝缘有着较大的威胁，严重时甚至烧毁电动机。而高压电动机在启动过程中所产生的单轴转矩现象使风机产生较大的机械振动应力，严重影响到电动机、风机及其它机械的使用寿命。

    3、自动化程度低

    主扇风机依靠人工调节档板，更不具备风量的自动实时调节功能，自动化程度低。在故障状态下，如风流短路，将对矿井正常生产造成严重影响。

    变频调速器作为一种新型的电力变换装置，已成熟地应用到工业生产的各个方面，不但启动容易，节能效果显著，而且对电机保护功能齐全。因此，为保证矿井生产的安全，降低生产成本，**自动化程度，对矿井通风机的变频改造就成为势在必行的工程了。

    二、对旋轴流通风机的特点

    两级的轴流通风机中，有一种很好的设计方案。它是将一个叶轮装在另一个叶轮的后面，而叶轮的转向彼此相反，称为对旋型轴流通风机，或对置式轴流风机。

    煤矿对旋风机因其主要由该通风机采用两级叶轮对旋式结构，两级叶轮分别由容量及相同型号电动机驱动，两个叶轮旋转方向相反，从进风口看，级叶轮顺时针方向旋转，第二级叶轮则逆时针方向旋转。当空气流入级叶轮获得能量后并经第二级叶轮排出，第二级叶轮兼备普通轴流风机中静叶的功能，在获得整直圆周方向速度风量同时，增加气流的能量，从而达到普通轴流式通风机不能达到的高效率，高风压。

    它与普通轴流风机相比有以下几个优点

    1)可以省略导叶，因而具有较短的结构尺寸。

    2)传动效率高。叶轮直接安装在电机轴上，改变了传统的传动结构，既避免了传动装置的频繁损坏，消除了能量损耗，也**了风机装置的传动效率，同时也**了使用效率。对旋轴流式通风机因为没有静叶,不存在静叶损失,因此,其效率比普通通风机要高；

    3)对旋轴流式通风机具有较大的逆向送风量,其一般可达70%～80%,而普通通风机的逆向送风量仅为30%～40%；

    4)轴流对旋风机使用灵活。对旋风机两级工作轮分别由两台电机驱动，因而对旋风机对应不同的使用状态，可进行各式各样的组合，使其中一级空转可组成前导加动叶级或动叶加后导叶级，亦可配备一个静叶作为附件，可以调节栅距以实现变风量调节。对旋风机可变转速和两转子的转速比来调节**，这是对旋风机所特有的。

    三、矿用对旋轴流通风机的变频改造的案例

    煤矿主通风机在煤矿的安全生产中起着至关重要的作用。矿井的瓦斯爆炸，与巷道的通风是否顺畅，风量的充足与否都有着直接关系，一旦通风不畅，瓦斯浓度升高到一定程度，即会造成爆炸塌井，造成重大事故，危及矿工的生命安全。如此重要的安全生产关键设备，如果因某种故障而停机运行，将会给整个矿山的安全生产带来巨大威胁，因此，要求与之配套的高压变频器必须具备非常高的可靠性才能够满足安全生产的要求。

    神华宁煤集团汝箕沟煤矿在矿井通风系统技术改造中，东风井bd-Ⅱ-10no24/2×200kw、西风井bd-Ⅱ-10no30/2×280kw对旋轴流通风机选用了北京利德华福公司生产的harsvert-a系列高压变频器。2006年11月30日，正式投运，运行稳定，一般都运行在35～40hz，节能效果良好。

    （一）harsvert-a系列高压变频器具有以下技术特点：

    arsvert-a系列高压变频调速系统采用单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，直接6kv输入，直接6kv高压输出。变频器主要由移相变压器、功率模块和控制器组成。

    1.功率模块结构：功率模块为基本的交-直-交单相逆变电力，整流侧为二极管三相全桥，通过对igbt逆变桥进行正弦pwm控制，可得到单相交流输出。每个功率模块结构及电气性能上完全一致，可以互换。

    2.输入侧结构：输入侧由移相变压器给每个功率模块供电，移相变压器的副边绕组分为三组，根据电压等级和模块串联级数，一般由24脉冲系列、30脉冲系列、42脉冲系列、48脉冲系列等构成多级相叠加的整流方式，可以大大改善网侧的电流波形（网侧电压电流谐波指标满足ieee519-1992和gb/t14549-93的要求）。使其负载下的网侧功率因数接近1，无需任何功率因数补偿、谐波抑制装置。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。

    3.输出侧结构：输出侧由每个功率模块的u、v输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的pwm波形进行重组，可得到阶梯正弦pwm波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，对电缆和电机的绝缘无损坏，无须输出滤波器，就可以延长输出电缆长度，可直接用于普通电机。同时，电机的谐波损耗大大减少，消除负载机械轴承和叶片的振动。

    当某一个功率模块出现故障时，通过控制使输出端子短路，可将此单元旁路退出系统，变频器可降额机械运行；由此可避免很多场合下停机造成的损失。

    4.控制器：控制器由高速单片机、嵌入式人机界面和plc共同构成。单片机实现pwm控制。嵌入式人机界面提供友好的全中文bbbbbbs监控和操作界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。内置plc则用于柜体内开关信号的逻辑处理，可以和用户现场灵活接口，满足用户的特殊需要。

    控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术，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，可靠性大大**。另外，交流220v控制电源掉电时，控制器可由配备的ups继续供电，（散热风机电源取自移相变压器）变频器可以继续运行。

    （二）概括起来其主要应用效果如下：

    1．变频起动对电网没有任何冲击。由于变频器改造后风机可以实现变频软起动，避免了起动电流的冲击，不仅对电网没有任何冲击，而且还可以随时起动或停止；

    2．按需调节风量，避免浪费。进行变频改造后，风机的送风量不再需要由风门来调节，而是由变频器通过变频调节风机的转速来实现，调节范围可以从0%—；因而可以根据生产需要随意调节风量，减少了不必要的浪费；

    3．变频节能运行，节约了大量能源。由于变频改造后不再使风机一直处于满负荷工作状态，节能率高达63%以上；

    4．降低风机工作强度，延长使用寿命。进行变频改造后，风机的大部分工作时间都在较低的速度下运行，因而大大降低了风机工作的机械强度和电气冲击，将会大大延长风机的使用寿命，降低维修强度；

    5．可使电动机与风机直接相连接，减少传动环节的费用；

    6．电机和风机运转速度下降，润滑条件改善，传动装置的故障下降；

    7．系统压力降低，对管道的压力和密封等条件缓解，延长使用寿命；

    8．系统完善的监控性能和高可靠性**了工作效率，减少了检修和维护的工作量。

    9．需要注意的是煤矿对旋风机变频调速后，一般情况下要求两台电机的运行频率尽量一致，从而保证电机转速一致。避免一台转速高，一台转速低，形成风阻，影响风机的正常运行。

    四、结束语

    矿用通风机采用变频调速，不但实现了软起停，节约了电能，而且可根据巷道的风量需求方便的进行调速，应用效果是十分理想的。我国的煤矿企业相当多，高压变频器在这一方面的应用应当是十分广泛的。