西门子EMAQ04

西门子EMAQ04

SIMATIC S7-200 SMART， 模拟输出 SM AQ04，4 AO， +/-10V，11 Bit 分辨率， 或 4-20mA，11 Bit 分辨率

  当一台感应电机被机械驱动，并且有一台变频器给电机的出线端子提供某一电压的时候，它将作为一台发电机给变频器回馈能量。
        通常，在交流电机和负载的减速阶段，储存的大部分能量将被电机转化为电能反馈到变频器。当一个高惯性负载突然减速时，会有过大的反馈能量不能被变频器的直流母线所吸收，导致直流母线上电压过高而跳闸。

        由于变频器的直流侧电容只能吸收很小一部分的反馈能量，对于**过系统本身损耗的的制动力矩, 需提供一个动力制动电路来消除剩余能量。通过控制一个**的制动控制电路控制的制动单元的工作/停止周期来防止直流母线上的电压过高。通过控制在发电过程中制动单元的工作/停止周期来防止直流电压**过较大值和直流侧电容的过度充电。许多变频器的固有特征是当输出频率小于基础频率时，为恒定V/F比值控制（力矩恒定）；当输出频率大于基础频率时，为恒电压控制（功率恒定）。因为其恒压变频特性，基础频率之上的再生功率是恒定的，但在基础频率之下，将逐渐衰减至在速度为零时功率为零。当停车时，系统固定损耗大多数情况为摩擦力使驱动系统停止。
        当运行在基础频率之上任何速度，再生功率都为较大值且保持恒定，此时制动电阻器发挥较大功效。较大制动扭矩与在恒定电压下反比于电阻值的再生电流是一对函数关系。于是电阻值的选择决定了制动扭矩的大小。
        电阻的额定功率取决于制动周期（制动时间和循环时间）和电阻的冷却。
        出于安全的考虑，通常使用一个热继电器来单独保护电阻防止持续过载。这个热继电器应该控制切断变频器输入电源。

制动电阻的应用

        通常情况下，当电源为380-460V时，变频器的直流母线电压较大值为800V，电阻，电缆，绝缘需与此工作电压匹配。
        电阻值及额定功率可以由需吸收的能量，即释放的功率值和连续减速的延时时间算出。为了得到电阻的阻值需要知道要求的制动扭矩；为了得到电阻的额定功率需要知道负载的能量有多大。
        电机和负载的动能等于 0,5 J?2

        因为能量与角速度的平方成正比，系统的较大能量集中在高速状态，会在开始减速的时候传递给电阻。假如电机运转在基础频率之上，传递给电阻的能量为定值，直到降至基础频率以下。用于制动周期的制动电阻应能承受热冲击，推荐使用额定脉冲式电阻。

举例：
转动惯量为10 的负载由1500rpm减速到静止。
计算制动电阻值，额定功率。

需要的数据:
        电机及驱动                                             30kW
        电机额定转矩                                         191Nm
        减速时间                                                 待定
        重复周期时间                                         30 s
        负载转动惯量 (J)                                    10 Kgm2
        电阻阻值(R)                                            未知
        电阻额定功率值（Pr）                         未知
        电阻工作电压 (V)                                  750V

首先较基本的一步是确定减速时间 (Tb ):

                                        

较大减速发生在电机额定转矩的150%。
较大值         Mb max = 1.5 x 191 = 286.5
较快的减速时间Tb :  

秒

可以确定一个实际的减速时间 , 对于这个例子，令 =7s
计算减速时间为7s时需要的制动转矩

       

       

制动功率为：

	Kw

     = 35.24 kW

制动电阻阻值为：

        电阻的额定功率为：
        由于制动电阻的工作为间歇性的，其额定功率可按间歇性的功率选择而不必是连续功率。优点是可根据电阻的过载系数来充分利用电阻的过载值（O/L), 这个系数可由一组冷却曲线得出，这个曲线是由制动电阻生产商或者供应商提供的。
        在这个例子中，减速时间设置为7秒，循环周期时间为30秒。
        所选择的电阻的额定功率为：

      西门子EMAQ04
      = 17.5Kw

        实际上，在再生制动过程中，电机和负载的机械损耗可耗散15%到20%的制动能量。通常的情况下，实际上推荐的制动电阻阻值是代表应用中的较小值，使用推荐的阻值有可能会产生额外的制动转矩。然而，由于负载惯量的能量反馈值是由减速度决定，制动单元通过调整制动电阻的运行/停止周期来实现按照实际速率消耗能量。

如何快速响应市场变化的需求，如何早于竞争对手将新产品推向市场，如何增加工厂的灵活性和透明度，如何节约成本、降低能耗，一直以来，都是企业孜孜不倦追求的目标。这些任务看似艰巨，但并非是不能够完成。简而言之，这些目标都可以通过西门子产品、解决方案、服务及我们在各行业的专业技术来实现。“工欲善其事，必先利其器”，西门子产品毫无疑问是工业用户的较佳选择。在抚顺石化“千万吨炼油，百万吨乙烯”项目中，西门子以其DCS/SIS的一体化无缝集成解决方案和性能优良的自动化仪表为项目的顺利运行提供了坚实的基础。

“千万吨炼油，百万吨乙烯”项目

"千万吨炼油，百万吨乙烯”项目是一个特大型炼油化工一体化项目，项目集中原油加工、炼油结构调整技术改造工程、100万吨/年乙烯技术改造工程、热电厂“以大代小”扩能改造工程及配套项目、石油一厂新区和化塑厂搬迁工程，是分别立项又相互联系的炼油和化工综合项目。该项目生产流程长、工艺复杂，又有大量易燃、易爆危险装置，安全要求较高，对肩负全厂生产重任的控制系统的性能也提出了更高的要求。控制系统和仪表不仅要采用较新的技术、确保安全可靠，而且需要满足石油化工特殊工艺过程的技术要求，除基本的过程控制和检测外，还要建立全厂实时数据库，为厂级计算机信息管理和生产调度建立基础。

过程控制与安全控制的融合

面对项目提出的巨大挑战，西门子利用自己在自动化领域的优势，依靠具有丰富经验的团队，为抚顺石化的炼化和化工项目提供了节能降耗、灵活耐用，便捷高效的自动化系统和仪表。在控制系统方面，抚顺石化采用西门子SIMATIC PCS 7作为全厂DCS系统，并与S7-400FH系统联合使用，构成DCS/SIS的一体化无缝集成解决方案。

为了确保生产装置的人员和设备安全、保证装置在事故情况下的安全联锁和紧急停车，避免灾难性事故的发生，项目采用SIS系统对重要装置进行保护，并与DCS系统一体化集成。西门子的SIS系统选用具有冗余容错性的SIMATIC S7-400FH控制器，内置完全冗余设计及自诊断功能，能对内部及外部的故障进行快速而有效的诊断，通过不同的模块冗余（FMR）方式，对现场仪表和执行装置进行单模块、双模块和三重化模块配置，完成IEC61511安全规范规定中的安全仪表功能。这样SIMATIC PCS 7与S7-400FH系统将基本过程控制系统与安全仪表系统完全整合在一起，这样既可以减少投资，又可简化系统设计、开发与维护工作，且能更好地满足国际安全标准规定的等级要求。

上位机系统采用客户机/服务器结构，其中客户机用于对现场控制设备的监视和操作，服务器可完成生产过程的数据记录与归档。操作员站、工程师站和自动化系统站与控制系统之间采用西门子SIMATIC NET冗余光纤环网作为通讯网络，通信速率高达1Gbps，有效保证了海量数据高速传输的需求，在环型网络的某一个节点出现故障时，环形网络会在0.3秒内重建通讯通道。

西门子公司提供的高可靠性并且灵活易用的控制系统已经帮助抚顺石化的常减压蒸馏、延迟焦化等装置陆续投入生产，产品收率、质量均达到设计值，确保工厂可靠、稳定运行。

过程仪表遍布生产流程

控制系统犹如工厂中的“神经**”，管理着生产过程中的每一个环节。而过程中配备的每一个自动化过程仪表，担负着数据采集等工作。自动化过程仪表遍布在生产过程中，就好比是生产过程中的“手足”。自动化过程仪表的性能优劣对生产过程具有决定性的影响。好的过程仪表，将为企业带来更多的收获与惊喜。

项目总共使用了SIPART PS2智能电气阀门定位器4000台，此外还使用了全集成过程仪表，包括温度变送器模块SITRANS TH300，雷达物位计SITRANS LR460，音叉物位开关SITRANS LVS200和音叉液位开关SITRANS LVL200，超声波流量计SITRANS FUS。这些过程仪表在变温控温、流量监测、过程控制中扮演者**的角色，为企业节约了成本，降低了能耗，实现了项目运行轻松**。

以自动化过程仪表中广泛使用的阀门定位器为例。在“千万吨炼油，百万吨乙烯”项目中，使用的阀门有数千个，而每一个阀门都要安装与之配套的阀门定位器。由于阀门定位器以仪表空气为动力源，在使用过程中消耗大量的仪表空气。数千阀门定位器的仪表空气消耗对于企业来说是一笔不小的开支。因此，抚顺石化方面希望使用的阀门定位器，在保证设备运行稳定、可靠的同时，具有良好的节能减排的性能，较大限度的节约成本。

作为在智能阀门定位器市场占有主导地位的自动化过程仪表供应商，西门子的SIPART PS2智能电气阀门定位器正是为实现该目的，量身定做的自动化过程仪表。

SIPART PS2阀门定位器是由西门子公司开发研制的智能阀门定位器，在节能方面具有良好的口碑。SIPART PS2阀门定位器与传统的电气阀门定位器相比，是一款可以实现节能减排的自动化过程仪表，并且具有性能可靠、操作便捷等优势。传统的阀门定位器采用喷嘴--挡板结构，在稳态时，喷嘴挡板结构中的喷嘴仍然在排气状态，会消耗大量的仪表空气；而西门子SIPART PS2阀门定位器采用压电阀结构，在稳态时，关闭压电阀，其仪表空气的消耗量基本为零。这一技术将使得作为阀门定位器动力源的仪表空气的消耗大大减少，从根本上解决了仪表空气能耗的问题，实现了企业提出的节约成本的目标。

西门子SIPART PS2智能电气阀门定位器可以对阀门进行预防性维护，通过检测阀门各项参数并实时提供数据，通过自动控制系统的处理器进行数据处理后，报告阀门工作状态，工作人员根据处理后的数据可以对阀门工作是否正常做出判断，以实现对阀门的预防性维护，大大减少了不必要的定期维护，为企业节约了人力物力，降低了成本。

根据统计，西门子的SIPART PS2智能电气阀门定位器在仪表空气支出这一项可以为抚顺炼油和化工项目节约400多万元，节能率**过了95%，圆满的解决了抚顺石化的节能问题。

一体化过程控制系统助企业腾飞

随着**能源成本的不断提升，越来越多的企业把目光投向了自动化控制系统，利用先进的过程集成技术来实现优化管理，降低运营成本。在抚顺石化“千万吨炼油，百万吨乙烯”项目中，一方面，大型项目的高效运行离不开自动化控制系统；另一方面，企业希望通过在集成自动化方面的投入，实现节约项目整体运行成本的目的。在双方的通力打造之下，使得这一联合炼油厂成为世界上采用 SIMATIC PCS 7 作为主自动化系统的较大型集成式炼油及乙烯工厂。

西门子以其*有的自动化理念，形成完整解决方案，并且配备以高效稳定、节能降耗的自动化过程仪表，从整体性角度解决用户的系统性问题。可以说通过西门子控制系统，被集成的不仅仅是兼具模块化和扩展性的执行器、传感器和控制器等产品，还包括从工业流程、工程组态到生产线运行的集成，以及企业中所有自动化组件的无缝协同，必将成为企业的较佳选择。

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