Profibus AG_SEND 与AG_RECV功能在轧机风机节能改造中的应用.pdf

2 0 1 1 年 第 3 3卷 第 3期 第 4 9页 电 气 传 动 自 动 化 ELECTRI C DRI VE AUToM ATI oN VO 1 ． 3 3。 No ． 3 2 0 1 1 ， 3 3 3 4 9 ～ 5 1 文章编号 1 0 0 5 --7 2 7 7 2 0 1 1 0 3 O o 4 9 O 3 Pr o fib u s AG _S E N D与 AG _ R E C V功能 在轧机风机节能改造中的应用 沈华 广州铜材厂有限公司， 广东 广州 5 1 0 9 9 0 摘要在轧机原有软硬件的基础上， 利用 s 7 4 0 0与 s 7 3 0 0 P L C P r o fi b u s D P A G _ R E C V和 A G _ S E N D通讯功 能， 在花较少人力物力的情况下， 改变原有开停轧机冷却风机和排油烟风机的方式， 实现节能降耗的 目的。 关键词 轧机 ； 风机 ； A G _ S E N D； A G _ R E C V； P L C； 节 能 中图分类号 T B 4 9 3 文献标识码 B Ap p l i c a t i o n o f Pr o fi b u s AG S END a n d AG RECV f u n c t i o n i n t h e r e f o r ma t i o n o f r o l l i n g mi l l f a n e n e r g y s a v i n g s HEN Hua Gu a n g z h o u C o p p e r Ma t e r i a l C o ． ， L t d ． ，Gu a n g z h o u 51 0 9 9 0，C h i n a Ab s t r a c t On t h e b a s i s o f t h e e x i s t i n g h a r d w a r e a n d s o f t w a r e o f r o l l i n g mi l l ，u s i n g S 7- 4 0 0 a n d S 7- 3 0 0 P L C Pr o fib us DP AG _R EC V a n d AG_S END c o mmu n i c a t i o n f u n c t i o n ， t h e o r ig i n a l s t a r t a n d s t o p c o o l i n g f a n a n d P l a t o o n l a mp b l a c k fan wa y o f r o l l i n g mi l l a l e c h a n g e d b y s p e n d i n g l e s s h u ma n a n d ma t e ri a l r e s o u r c e s ， t o a c h i e v e e n e r g y s a v i n g l o w e r e n e r g y c o n s u mp t i o n p u r p o s e s ． Ke y wo r d s r o l l i n g mi l l ； f a n ； AG _S E ND； AG_REC V； P L C； e n e r g y s a v i n g 1 前言 某公司三带车间的两台铜板带轧机都是使 用 直流 电机驱 动 的 ，直流 电机采用 风冷 方式冷 却 ， 其中， 精轧机的主电机和左 、 右卷取大电机使 用 一 台 3 0 k W 的鼓风机通 过风管送 风冷却 ，左 、 右 卷取小 电机 和开卷直流 电机通过 4 k W 的鼓 风 机冷却 ； 粗轧机的主电机和左 、 右卷电机 各两 台 ， 共六 台电机 通 过 两 台 3 7 k W 鼓风 机通 过风 管以一台送风一台抽风的形式冷却 ， 开卷电机也 是使用 4 k W 的鼓风机冷却。另外， 两台轧机各有 一 台 5 5 k W 的排 油烟 风机 用 于排 除轧制 过 程 中 的工艺 润滑油烟 ， 以及 轧机 的控 制电房还有若干 台直流调速器的冷却风扇。这样， 两台轧机的风 机功率加起来有 2 4 0 k W。 2 轧机节能降耗潜力及技术难题 一 直以来 ，三带车间两 台轧机的排油烟风机 和直流电机冷却通风机的启动和停止都是在轧机 的控制电房由电工控制的，在吃饭休息或待片时， 由于操作员在操作台无法启动和停止排油烟风机 和直流电机冷却通风机，有时电工可能不在值班 室 ， 或者操作人员未通知 电工关掉风机 ， 据轧机系 统服务器开机数据统计 ， 平均一天四个小时左右空 转， 造成很大的电能浪费。直流电机冷却通风机的 启动停止控制是在 S 7 4 0 0的远程站 ，而小功率鼓 风机 和排油 烟风机 的启 动停止控制 是在 S 7 3 0 0 站。 轧机的控制 电房在二楼与主操作 台之间大约有 一 百米的走线距离 ， 要经过线槽和电缆沟， 若是使 用直接走线 、 并联控制 的方式来实现风机的启动和 停止将非常烦锁。 3 改造设想及实现方法 3 ． 1 改造设想 在主操作台加装排油烟风机和电机冷却通风 机启动、 停止按钮、 运行状态指示灯和检修状态转 换开关。在轧机的控制电房加装一个转换开关 、 一 个 2 5 0 A的交流接触器及接触器 的本地启 动停 止 按钮， 其中， 转换开关用于切换是由主操作台还是 电气 传动 自动化 2 0 1 1 年 第 3 期 控制 电房来启动和停 止风机 ，交流接触器用于接 通和断开轧机的励磁 电源。启动 、 停止和转换开关 的输入信号接人 P L C的备用输入点上，状态指示 灯和励磁电源接触器的合闸和分闸信号接人到 P L C的备用输出点上，风机节能改造 I O分配表如 表 1 所示 。 3 ． 2 实现方法及 A G _ R E C V和 A G _ S E N D编程 在 S 7 3 0 0和 S 7 4 0 0 P L C上通过重新编写排 油烟风机和直流电机冷却风机启动 、停止控制程 序来改变启动停止风机的方式，即在正常状态 下， 把转换开关切换到“ 主操作台” 档， 根据操作工 的作息时间，由操作工实时控制排油烟风机的启 动 、 停止； 把转换开关切换到“ 柜面” 档时， 只有在 轧机的控制 电房才能启动 、 停止风机。在主操作台 启动停止风机时， 是先启动停止励磁电源接触器 ， 通过励磁电源接触器的辅助触点来控制直流电机 冷却风机的。在轧机的控制电房启动停止风机时， 只要把励磁 电源本地合 闸后 ，其它保 留了原来 的 开停方式。若维修人员需要检修风机 ， 把主操作 台 转换开关切换到“ 检修” 档 ， 则主操作台和控制 电 表 1风机节能改造 1 0分配表 S 7 4 0 0站 P L C S 7 3 0 0泵站 P L C P L C输入输出信号 线号 I ， 0 通讯数 据位 中继 通讯数据位 I ／ 0 排油烟 风机 运转指示 Q 9 6 ． 2 DB 2 0 1 ． D B X． 1 7 ． 0 M4 8 0 ．0 DB 2 ． D B Xl 7 ． O Q9 3 ．o 4 Q9 6 ．O Q 9 6 ． 1 电机通 风机 运转指示 Q 9 6 ．4 7 ＆M48 1 ．O 开卷冷 却风 机运转指示 Q 9 6 ． 6 D B 2 0 1 ． D B X． 1 7 ．4 M 4 8 0 ．4 D B 2 ． D B X1 7 ． 4 Q 8 9 ．o 1 o 排油烟 风机启 动 1 6 3 ． o DB 2 0 0 ． D B X 6 ．5 D B 1 ． D B X 6 ． 5 2 排油 烟风机 停止 I 6 3 ． 1 D B 2 0 0 ． D B X 6 ．6 D B 1 ． D B X 6 ． 6 3 励磁 电源接 触器远程启动 I 6 3 ． 2 D B 2 0 0 ． D B X 6 ．7 D B 1 ． D B X 6 ． 7 5 带 粗 励磁 电源接 触器远程停止 I 6 3 ． 3 D B 2 0 0 ． D B X 7 ．0 D B 1 ． D B X 7 ． 0 6 开卷冷却风机启动 1 6 3 ． 4 D B 2 0 0 ． D B X 7 ． 1 D B 1 ． D B X 7 ． 1 I 4 9 ．0 8 轧 开卷冷却风机停止 I 6 3 ． 5 D B 2 0 0 ． D B X 7 ． 2 D B 1 ． D B X 7 - 2 I 4 9 ． 1 9 主操作台 检修转换开关 I 6 3 ． 6 D B 2 o 0 ． D B X 7 ． 3 D B 1 ． D B X 7 - 3 l 2 励磁电源接触器本地启动 I 6 0 ．6 2 P 2 8 6 励磁 电源接触器本地停止 1 6 0 ．7 2 P 2 8 7 励磁 电源接 触器辅助触点 D B 2 0 1 ．D B X1 7 ．7 M4 8 1 ． 1 D B 2 ． D B X1 7 ．7 I 6 0 ． 1 2 P 2 8 l 励磁 电源接 触器合闸 Q 9 7 ． o 电机通 风机运转信号 D B 2 0 1 ．D B X1 7 ． 6 M4 8 1 ． O D B 2 ． D B X1 7 ．6 I 5 2 ．5 远程／ 本地控制切换信号 D B 2 0 1 ．D B X1 7 ． 5 M4 8 1 ． 2 D B 2 ． D B X1 7 ．5 1 6 0 ．0 2 P 2 8 0 排油烟风机运转指示 Q 9 6 ．2 D B 2 0 1 ．DB X ． 1 7 ． O M4 8 0 ．0 DB 2 ．DB X1 7 ． 0 Q1 0 8 ．4 4 I 4 4． 1 I 4 4 ． 4 电机 通风机运转指示 Q 9 6 ．4 D B 2 0 1 ．DB X ． 1 7 ． 1 M4 8 0 ． 1 D B 2 ．DB X 1 7 ． 1 7 I 4 5 ．4 I 4 0 ． 4 排油烟风机启动 I 6 3 ． 0 D B 2 0 0 ．DB X 6 ． 5 D B1 ．DB X 6 ． 5 I 4 0 ． 1 2 排油烟风机停止 I 6 3 ． 1 D B2 0 0 ． D B X 6 ． 6 DB 1 ． D B X 6 ． 6 I 4 O ． 2 3 励磁电源接触器远程启动 I 6 3 ． 2 D B 2 o o ．D B X 6 ． 7 D B 1 ．D B X 6 ． 7 5 带 励磁电源接触器远程停止 1 6 3 ． 3 D B 2 0 0 ．D B X 7 ． 0 D B 1 ．D B X 7 ． O 6 精 主操作台 检修切换信号 I 6 3 ．6 D B 2 0 H0 ． D B X 7 ． 3 D B 1 ． D B X 7 -3 1 2 轧 励磁电源接触器本地启动 1 6 0 ． 6 2 P 2 8 6 励磁电源接触器本地停止 I 6 0 ． 7 2 P 2 8 7 励磁 电源接触器辅 助触 点 DB 2 0 1 ． D B X1 7 ． 7 M4 8 1 ． 1 D B 2 ． D B X1 7 ． 7 I 6 0 ． 1 2 P 2 8 l 励磁电源接触器合 闸 Q9 7 ．0 2 P Q1 7 O 电机通风机运转信号 D B 2 0 1 ． D B X 1 7 ． 6 M 4 8 1 ．O D B 2 ． D B X l 7 ． 6 I 4 5 ． 4 远程／ 本地控制切换信号 D B 2 0 1 ． D B X l 7 ．5 M 4 8 1 ．2 D B 2 ． D B X l 7 ． 5 I 6 0 ． 0 2 P 2 8 0 2 0 1 1 年 第 3期 沈华P r o fi b u s A G _ S E N D与 A G _ R E C V功能在轧机风机节能改造中的应用 5 1 ． 房都不能启动风机 ， 以防误操作 ， 保证了检修人员 安全。 在程序 中， 编写了电机互锁保护程序 ， 在直流 调速器交、 直流合闸状态， 不能停止直流电机冷却 风机； 在直流电机冷却风机停止的状态下， 直流调 速器不能合闸； 其它原因造成风机跳闸或冷却风量 不足时， 也能使装置跳闸或有报警指示。只有排除 故障， 才能继续开机， 确保直流电机安全运转。 由于本地 的励磁接触 器的控制 、排油烟风机 和部分电机冷却风机的启动停止是在 s 7 3 0 0 站， 而排烟风机 、电机通风机的远程控制是接在 s 7 4 0 0站上 ，因此 编程时运 用 A G _ R E C V F C 6 和 AG 通讯功能 ， 具体实现方法如下 在_ S E N D F C 5 S 7 3 0 0 站 创 建A G _ R E C V 数 据 块 D B 1 和 AG _S E N D数 据 块 D B 2 ，在 s 7 4 0 0站 创 建 AG _S E N D数 据块 D B 2 0 0和 A G _ R E C V数 据块 D B 2 0 1 s 7 3 0 0 站和 S 7 4 0 0站的数据块可以任意 定义 用于在 S 7 3 0 0和 S 7 4 0 0 P L C之间发送和接 收数据 ， 由表 1可以看出 ， 在 S 7 3 0 0站编程时 ， 只 需将要传送到 s 7 4 0 0 站的数据赋值于 s 7 3 0 0 站 的 AG _ S E N D数据块 D B 2的某一位 也可以是字 节 、字 、双字 或整个 数据 块 ，在 S 7 4 0 0站 的 AG _R E C V数据块 D B 2 0 1 对应的位就能取 出来 。 相 反地 ，在 S 7 4 0 0 U站也定义了 A G S E N D数据块 D B 2 0 0 ，在 S 7 3 0 0站 定 义 了 A G _ R E C V数 据 块 D B 1 。S 7 4 0 0站编程如下 A DB2 01 ． DBXr7 ．0 M48 0． 0 A M4 8 0 ． 0 Q 9 6 ． 2 同时组织块 O B中按图 1 参数调用 F C 5 A G _ S E N D 和 F C 6 A G _ R E C V 。S 7 3 0 0站编程如下 A Q 9 3 ． 0 DB2． DBXl 7．0 同时组织块 O B 0中按梯形图 2 所示参数调用 F C 5 A G S E N D 和 F C 6 AG _ R E C V 。 通过以上编程 ， 实现了从 3 0 0站传送 1 8个字 节的数据给 4 0 0站 ， 从 4 0 0站发送 1 O个字节 的数 据给 3 0 0站。通过存取数据块的相应的位就可以 实现通讯编程 ， 如参考 1 0表和上面已写出的指令 M1l O． 1 l W1 6 2 o F C5 E N EN0 I N0 0UT5 I N1 0UT6 I N2 OU1 _ 7 I N3 I N4 MO ． O MO ． 1 MW 2 F C6 EN ENO I N0 0UT3 I N1 0UT 4 0UT 5 I N2 0UT 6 M0 - 2 MO- 3 MW4 MW 6 图 1梯形 图 1 F C5 EN EN0 I N0 0UT 5 I N1 0UT 6 I N2 0Ur丌 I N3 I N4 M 2 5 5． 1 Q 9 6 ． 1 MW 3 0 1 W l 6 样l 0 C P 释 DB1 ． DBXO ． 0 BYTE 1 0 FC6 EN EN0 I N0 OUT3 I N1 0UT 4 OUT 5 I N2 0UT 6 M2 5 5 ． 0 Q9 6 ．0 MW 2 0 o MW 2 0 2 图 2 梯形 图 2 部分， 将 s 7 3 0 0站排油烟机指示信号传送Ns 7 4 0 0站上 ，即排油烟机指示信号在 S 7 3 0 0站使用 Q 9 3 ． 0驱动， 在 S 7 4 0 0站则用 Q 9 6 ． 2 驱动。其它输 人输出信号 同样按照上述方法编程 ，实现 了 S 7 3 0 0站与 S 7 4 0 0站数据通讯 ， 最终改变 了轧机风 下转第 3 4页 1 C ． D O 2 0， 2 6 B砌 虹B Y ～ 博 m 一 一 3 4 电气传 动 自动化 2 0 1 1 年 第 3期 电压 回路且采用 了空间矢量调制 ，因此 电机绕组 上 的 电压波形为等 高而宽窄不同 的直流脉 冲波 ， 电流为带有调制毛刺 、 接近正弦形的正弦波 。选择 电机 电缆时需要根据 以上特点对常规算法进行校 正。选择电缆截面时， 如果按变频器制造商推荐的 最大截面去选择，则成本较高造成浪费且不适合 钻机搬迁安装方便的要求 ； 如果只按照普通 5 0 H z 、 电机额定 电流去选择 ，则有可能在实 际运行 中电 缆发热严重 ， 甚至烧毁而造成事故。电缆的选择需 要 附加考虑变频控制方式及装置使用工况。 对于泥浆泵频率控制 ， 不存在弱磁运行 ， 只考 虑调制时的电流集肤效应 ，但要注意校正特殊工 况时的工作 电流 。特殊工况是指变频器处 于待机 运行状态但实 际速度为零较长 时间 大 于 1 O分 钟 后 ， 电机开始转动 ， 在装 置默认参数设置下 ， 输 出电流将达到最大值。 在零速待机时， 输出电流为 I m。 0 ．8 、 ／ 2 1 ． 1 3 ， 从零速开始转动时输出 电流为 ， m 一1 ．O 、 ／ 2 1 ．4 1 4 ，其中 为电机 额定 电流 ，电缆截面需根据 ， m 选择再考虑集肤效 应修正 ，即 S k * S ，其中 为大于 1 ． 0的修 正系 数 ， 5 为 ， m 对应的电缆截面。当对 电磁兼容性有 要求需选择屏蔽电缆 时， 由于散热受到影响 ， 因适 当加大截面。 对于绞车转盘速度控制 ， 由于受安装尺寸 、 电 机制造因素等限制， 电机需要弱磁运行， 将使电流 集肤效应加大 ， 但没有特殊工况 ， 因此 只需考虑弱 磁对截面的影响 ， 据有关文献 ， 参考计算公式为 s Js 、 ／ ， 其中S 为所 需截面， 为大于1 ．0 的 V e 集肤效应修正系数 ， 5 为电机额定电流 、 额定频率 时对应的电缆截面， 为最高运行频率， 为额 定运行频率。选择电缆工作电压时， 不能只根据电 机额定电压的最大值， 还要考虑电压波形传输的直 流特性及工作状态， 直流传输特性是指 P WM波在 传输过程中前行波与反射波共同对电压的影响， 工 作状态是指 电机工作于制动状态时对电压的影响 ， 综合以上因素 ，最大电压参考计算公式为 U ⋯ 1 ．3 5 * 、 ／ 2* U l l2 I 1 ． 1 5 “ 1 ．2 5 ．2 7 U ／ ，其中 为整流 电源进线线 电压 。 4 特殊应用参数设置 对于没有能耗制动的变频钻机 ， 由于辅刹用其 他方法实现 ， 没有低 于 1 0 ％额定频率的工作状态 ， 因此绞车 、 转盘 、 泥浆泵均采用无码频率控制较 为 简单 、 可靠 ， 按 以上计算方法选择 电缆截面不很经 济 ， 对装置 的参数设置做适当的调整 ， 既不影响运 行 ， 又可以节省投资 ， 需要调整 的参数为启动状态 时电机的励磁电流设定值 。 参考文献 [ 1 ] 连理枝． 低压断路器及其应用[ M] ． 中国电力出版社， 2 0 0 2 ． [ 3 ] 张纬钹 ， 何金 良，高玉明． 过电压防护及绝缘配合[ M] ． 北京 清华大学出版社 ， 2 0 0 2 ． 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 2 0 5 上接 第 5 1页 机的开停方式 ， 实现节能降耗的 目的。 4 结束语 两台轧机都在原有软硬件的基础上通过 S 7 3 0 0与 S 7 4 0 0 P L C 间 的 A G R E C V F C 6 和 AG _S E ND F C 5 通讯功能在花较少成本 实现 了节 能降耗改造 。这项节能改造在硬件上只增加了若 干按钮 、转换开关 、指示灯和接触器 ，成本不 到 3 0 0 0元 ， 为公司节约 了不少 电费成本 ， 减少 了电能 浪费 ， 电费平均按 0 ．7 5 元／ 千瓦时计 ， 则每年可以 为公司节约电费是 2 4 0千瓦 O ． 7 5元／ 千瓦时 4小 时／ 天 3 6 5天／ 年 2 6 2 8 0 0 元／ 年。 这项改造的成功经 验也可 以应用到其它相类似的系统 中。 作者简介 沈华 1 9 8 2 一 ， 男 ， 广 东从 华人 ， 工程师， 大学专科 ， 2 0 0 3年毕业于 湖南冶金职业技术学院， 主要从事 设备 维护与管理方 面的工作。 收稿 日期 2 0 1 0 1 2 2 8