6SL3040-1MA00-0AA0技术参数

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一级配电设备动力配电中心( PC)低压开关柜和二级配电设备电动机控制中心(MCC)的低压开关柜,在智能化方面有以下基本要求: ①智能装置与通信管理中心(CCU)之间建立数字通信连接和信息交换控制管理, CCU与上位监控系统之间也建立数字通信连接和信息交换控制管理; ② 对进线、母联等重要断路器按备自投(BZT)的电气逻辑要求实施投退操作; ③上位系统可通过信息管理通道发布对电动机的起动、变速、停运及重起动等控制命令,还可获取各种运行参数及状态信息; ④全系统的工况包括电力系统的实时与历史运作数据。通过人机界面(HM I)实时地反映给操作者。
在实际运作过程中,由工控设备和开关设备组合实现“四遥”操作,逻辑控制和通信管理由PLC实现,人机界面则作为人机对话单元。
本文对如何利用ABB 的工控元件组建智能化低压开关柜的相关技术进行探讨,并对PLC中相关的程序过程进行适当的描述。
1　主要工控元器件
(1) EM-Plus是ABB的电力智能仪表,它一般用于0. 4 kV的进线回路。
(2) EM一般用于低压母联和低压馈电回路的遥测。
(3) RSI32 /RCM32 /RCU16用于低压馈电回路的遥测、遥信和遥控。
(4) M102-M和M102-P电动机测控综保单元。用于Modbus总线和Profibus-DP总线。
(5) AC31系列PLC的主机07KR51用于建立逻辑控制和RS-485 /Modbus信息交换。
(6) ABB的AC500系列PLC PM581-ETH用于构建通信管理中心。
2　PC的智能型低压开关柜
一般低压开关柜采用继电器建立电气逻辑控制关系,它存在继电器较易损坏、触点抖动、线路复杂和数据发送困难等问题。利用PLC能够彻底地解决上述问题。解决的要点为: ①建立总线系统,解决“四遥”信号的采集、传递的通道问题; ②利用智能仪表采集各种电参量,各种数字信息通过通信总线传递给上位电力监控系统;③系统中设置手动和自动操作模式,方便操作控制; ④ 控制程序对所采集各种电参量进行解读、分析和处理,除供自身使用外,还可将各种信息加上SOE时间标签后发送给上位系统; ⑤利用PLC可建立冗余的控制逻辑、总线体系和通信管理,提升了系统的智能化及可靠性。
2. 1　三进线两母联智能型低压开关柜固件配置
三进线两母联低压系统(见图1)各路进线回路和母联回路采用**式断路器,进线回路的电力仪表采用EM-Plus,母联回路的电力仪表采用EM。QF4的逻辑控制单元采用07KR51,其余断路器的逻辑控制单元采用ICMK14F1。在每段母线中配套安装了多路塑料外壳式断路器馈电回路和1套电容补偿开关柜。馈电回路的信息装置为RSI 32、RCM 32和RCU 16,电容回路的测控仪表采用RVT。馈电回路监测开关和保护动作状态及单相输出电流,执行遥控分闸操作。
系统中配置了发电机进线断路器。当任两路市电失压时起动发电机对系统供电;当两路以上市电恢复后则由市供电,同时关闭发电机。发电机的起停由备自投程序负责。
在开关柜的母联回路中安装了CCU及HMI等设备。其中,逻辑控制单元为07KR51,通信单元为07KP53, CCU为PM5812ETH, HM I为CP450-ETH。上位电力监控系统需要采集开关柜中的所有信息,并通过以太网与CCU交换信息。
开关柜内的总线采用RS-485 /Modbus-RTU接口和规约。
2. 2　系统控制电气逻辑说明
I段进线接线如图2所示。QF1 的D I/DO信息接入远程单元ICMK14F1中, KC和KO为合闸与分闸出口继电器。

PLC的工作电源由3套市电进线端经继电器互投构成的WK工作电源。建立WK工作电源的目的是防止因为某段进线出现失压而使PLC系统掉电。

EM2Plus的通信接口接入COM3 /COM4 环形通信总线,而远程功能扩展单元ICMK14F1的通信接口则连接到07KR51的CS31总线。
2. 3　现场通信网络
系统中配置了2套命名为1CCU和2CCU的07KR51和07KP53组合。1CCU的COM2 设置为RS-485 /CS31 总线接口, 速率为187. 5 kb / s。COM2 连接远程扩展单元ICMK14F1,由此将6台断路器的自动操作互相关联起来

MCC开关柜的Modbus总线方案2程序流程如图6所示。

可靠、效果良好。 

1　引言

福建省三钢（集团）有限责任公司（以下简称三钢公司）炼钢厂的转炉炼钢工艺较复杂，检测参数多，设备动作频繁。工艺参数检测的准确与否，自动控制水平的高低，直接关系到钢水质量与产量的高低。为此，必须有一套检测准确及时，自动控制水平较高的控制系统，才能稳定生产，满足企业生存与发展的需求。

2　转炉倾动的负载特点

炼钢就是把从高炉出来的铁水和废钢装入炼钢炉内，通过氧化脱碳及造渣过程，降低有害元素，除去炉气及炉渣，冶炼出符合要求的钢水来。

目前炼钢的方法主要有三种，即平炉炼钢法、转炉炼钢法、电炉炼钢法。大部分采用氧气**吹转炉炼钢。其优越性是有利于实现生产过程的自动化。

2.1　氧气**吹转炉炼钢的主要设备有
（1）原料供应设备：包括铁水废钢、散状材料及铁合金等的供应；
（2）转炉主体设备：它由炉体、炉体支承装置和炉体倾动的电力拖动控制系统等组成；
（3）吹氧装置：氧气转炉炼钢时，用氧量大，要求供氧及时，氧压稳定，，因此必须有一套完善的设备来保向转炉供氧；
（4）烟气净化处理设备；
（5）炉渣处理设备，炉外精炼设备，铸锭设备。

    根据工艺要求，转炉倾动角度为正负360°。转炉的炉子耳轴下部比上部高，下部比上部重，按正力矩设计。因此，当转炉电控系统失灵或抱闸力不够时，依靠炉体本身的正力矩来确保炉口向上，不发生倒钢事故。

    在转炉正常工作时，如果需要倾倒钢水，就由电动机输出正力矩，带动转炉缓慢倾动。倒完钢水后，需要缓慢的把炉体回归正位，这时，就需要把转炉的势能回馈系统，电动机工作在回馈状态。

2.2　转炉对传动系统的要求
由于转炉的工艺和传动技术特点，因此转炉对传动系统有很高的要求：
（1）机械倾动转炉能连续回转360°，并且能准确停止在任意位置上，还应根据工艺要求具有调速性能。其倾动位置能与氧、盛钢桶车及烟罩等相关设备有一定的连锁要求；
（2）在运转过程中，必须有较大的性，在电气或机械中某一部分发生故障时，倾动机械应有能力继续进行短时间运转、维持到炼钢一炉结束，即使倾动机械发生无法控制事故时，炉子也不会自动倾翻发生“倒钢”事故；
（3）倾动机械应有良好的柔性性能，以缓冲冲击负荷和由启动、制动产生的扭振。

  氧是典型的位能式负载，只要抱闸装置一打开，氧电机就马上有**的负载，氧提升时，电动机的电磁转矩克服负载转矩。电动机工作在电动状态。氧下降时，负载力矩拉着电机转。电动机工作在回馈制动状态。同倾动控制系统类似，氧传动控制系统也必须与抱闸装置协调工作，防止“溜车”现象，而且也有足够的启动力矩和过载能力。并且速度可调节。
    转炉一般配有两套氧，一套工作，另一套备用或检修。

3　变频器在三钢公司炼钢厂转炉控制系统的配置

根据转炉的倾动和氧控制系统的特点，选用了ABB公司的ACS800系列DTC变频器。 

3.1 ABB ACS800系列变频器的技术特点

    ABB ACS800系列变频器的技术特点如下，它特别适用于此处转炉控制：

    ABB ACS800系列变频器将DTC技术和模糊控制理论合二为一，构成高性能、的变频器调速产品，并且性能大大优于矢量控制变频器。

    在DTC中，定子磁通和转矩被作为主要的控制变量。高速数字信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机的状态以40,000次/s更新。由于电机状态以及实际值和给定值的比较值被不断地更新，逆变器的每一次开关状态都是单独确定的。这意味者其传动系统可以产生较佳的开关组合并对负载扰动和瞬时掉电等动态变化做出快速响应。在DTC中不需要对电压、频率分别控制的PWM调制器。因此没有固定的斩波频率，在实际运行中，不会产生其它变频器驱动电机时所发出的那种高频噪声，同时也降低了变频器本身的功耗。

标准内置的交流电抗器明显地降低了进线电源的高次谐波含量，大大降低了变频器的电磁辐射，同时保护整流二极管和滤波电容器免受电压、电流的冲击。

零速满转矩：由ACS800带动的电机能够获得在零速时电机的额定转矩，并且不需要光码盘或测速电机的反馈。而矢量控制变频器只能在接近零速时实现满力矩输出。

DTC提供的精确的转矩控制使得ACS800能够提供可控且平稳的较大起动转矩。较大起动转矩能达到200%的电机额定转矩。 

自动起动：ACS800的自动起动特性**过一般变频器的飞升起动和积分起动的性能。因为ACS800能在几毫秒内测出电机的状态，任何的条件下都可在0.48s内迅速起动。而矢量控制变频器则需大于是2.2s。

在磁通优化模式下，电机磁通被自动地适应于负载以提率，同时降低电机的噪音。这得益于磁通优化，基于不同的负载，变频器和电机的总效率可提高1%-10%。

精确的速度控制：ACS800的动态转速误差在开环应用时为0.3%s，在闭环应用时为0.1%s。而矢量控制变频器在开环时大于0.8%s，闭环时为0.3%s。ACS800变频器的静态精度为0.01%。

    精确转矩控制：动态转矩阶跃响应时间，在开环应用时能达到1-5ms，而矢量控制变频器在闭环时需10-20ms，开环时为100-200ms。

    三钢公司炼钢厂的转炉容量为100t，转炉的倾动电机为4台90kW的变频电机，氧电机为2台75kW的变频电机；上位控制系统采用GE的90-70系列PLC。