西門子KP900顯示屏

6AV2124-1JC01-0AX0 SIMATIC HMI KP900 精智， 精智面板， 按鍵操作， 9” 寬屏 TFT 顯示屏， 一千六百萬色， PROFINET 接口， MPI/PROFIBUS-DP 接口， 12MByte 項目組態存儲器， Windows CE 6.0， 可項目組態的低版本 WinCC Comfort 11版

8“變”3的節能魔術

——太鋼攜手西門子的一次時間觀和方之旅

問：8怎么變成3？答：豎著砍掉一半。這是腦筋急轉彎的謎底，卻不是太鋼的答案，因為，鐵膽雄心的太鋼人顯然要在節能的數字之變上制造一個更大的魔術。經過太鋼和西門子的通力合作，變頻器化身“魔術師”，成功將燒結風機中單個電機的耗電量從每小時8千度“變”為3千度。

面積超過600m2的太鋼4號燒結機，使用了兩套西門子羅賓康高壓變頻器與高壓電機。在這座大型不銹鋼企業里，時間觀被詮釋為：節能、生產都是一種與時間的賽跑。時間與能效可以“魔術”置換的感受，尤為強烈。一臺大變頻一個小時就能節電5千度，兩臺大變頻一天可節電24萬度。如按自供電價0.4元/度計算，一年節約電費3000余萬元，18個月就收回了設備成本，節能率可達40%，使得初始的設備投資轉化為一次成功的戰略性技術創新。

太燒結風機系統外景

不銹鋼巨子搭檔節能伙伴

從神舟一號到神舟十號，每一次飛船升空，都有太鋼不銹鋼產品助力其中。從一角硬幣到火箭衛星，從百姓餐桌到三峽大壩，太鋼生產的不銹鋼以其優勢占領了國內不銹鋼市場近半壁江山。作為不銹鋼熔煉的初始流程，燒結工序是關鍵所在。究竟采用哪種變頻驅動方案，是一個重大的方向性選擇。

當時準備上馬的太鋼4號燒結機，其規模當屬世界大。燒結面積越大，產量就越高，對風機的要求也越高，因此能源消耗巨大。根據太鋼3號450m2燒結機的實際工況，太鋼計劃在600m2大型燒結風機中采用兩臺大變頻，來控制高壓電機的轉速。盡管采用變頻驅動風機能夠大幅節能，且是大勢所趨。然而如此大規模的應用并無先例可循，技術難度大，投資回報率未知，沒有十分把握，誰也不敢貿然行事。

自從有了設計中國大規模變頻調速風機的想法，太鋼煉鐵廠電氣部趙宏部長就時刻留意各種知識和信息。一天，在與國外專家交流時，趙部長獲知風機的性能曲線，可以利用主氣流的溫度、壓力以及流量來測算的消息后，如獲至寶。“那正是太鋼需要的曲線，有了這條曲線，風機的控制就更加精確了。”趙部長立馬組織團隊開始技術研究。

經過夜以繼日的計算和評估，2008年趙部長團隊提交了十幾頁的項目可行性報告，決定采用變頻調速技術。這個方案前期投資大，但著眼長遠，兩年之內就可以收回全部投資。經過對*技術的研究和嚴密推理，2009年4月太鋼正式開啟了變頻節能之路。

太鋼同時收獲的還有可靠的節能伙伴。燒結車間敢于嘗新，采用當今*的變頻節能技術，這個過程西門子專家團隊起到了*的作用。由于國內沒有可以參考的項目，整體技術方案必須依靠太鋼和西門子的通力配合，共同摸索。回憶當時的情景，趙部長坦誠的說：“在終核算的幾天里，晚上一直睡不著覺，這可是關系到超過5千萬的投資，一旦誤差過大，怎么向廠里交待！”

太鋼4號燒結機采用的10,760kW西門子高壓電機

15,000kVA西門子羅賓康變頻器機柜

采用變頻調速之前太鋼曾經使用風門擋板調節風量

西門子KP900顯示屏
 

管理三步走，節能一大步

西門子的能源管理方基于三個步驟，識別、評估和實現。此前的時間觀主要解決能效“怎么算”的問題，這里的方主要解決節能“怎么做”的問題。有了方的依托，太鋼與西門子在節能合作上闊步向前。

*步，充分識別和挖掘太鋼隱藏的節能潛力。

能量流怎么識別呢？首先得給所有的設備能耗照張“X光片”，哪個設備能耗大，哪個能耗小，哪些能耗有用，哪些沒用，都能看個一清二楚。只有掌握了較長時間段內，電能、水能、熱能的消耗數據，才能進一步改造、優化。

西門子專家團隊首先以未使用變頻調速的3號450m2燒結機作為樣本，記錄車間和系統中的能源消耗。經過分析，燒結主抽風機的電耗一般占整個生產線的50%，而風量控制準確程度直接決定成品的質量、產量。

第二步，評估車間和系統在整個生命周期內的成本，計算出具體應用的節能潛力和可行措施的成本效益。

能量流透明了，確定了大的能耗設備——燒結主抽風機之后，“評估”階段著手計算具體的節能潛力，考量潛在措施的經濟性，這是做出決策的關鍵一步。這個步驟就像全科醫生拿著X光片和多種化驗報告，進行病理分析，給出診斷結果的過程。

風機轉動越快，送風量就越多，但是能耗也隨之成倍增長。如果轉速下降，能耗也會翻倍減少。經過反復論證，在同樣產品、同樣產量的條件下，變頻調速等于時時刻刻都在節能，即使在整個燒結廠滿負荷生產的情況下，保守估算節能率也將在35%以上。

第三步，采取有針對性的措施，將節能潛力變為現實，大約2/3的工業能源由驅動系統消耗，而將整個驅動系統的能耗，降低40-50%是十分具有操作性的。

憑借醫生的診斷報告，接下來就是對癥下藥了，藥品可靠、藥力持久，病痛才能一掃而光。在考察了多種變頻方案之后，太鋼終決定選用兩臺西門子羅賓康高壓大功率變頻器，輸出電壓為10KV。變頻器采用水冷工藝，其內部采用去離子水循環冷卻，外部采用工業冷卻水二次冷卻。與空冷型變頻器相比，不需要額外的空調等冷卻設備，變頻器噪音低，受周圍環境的影響小，變頻室整潔、干凈。此外，西門子羅賓康高壓變頻器還具備“飛車啟動”功能，縮短了風機每次起、停接近50分鐘的等待時間，從而大大節省了能耗和時間成本。

將能效與時效劃上等號

當風機在變頻工況下順利啟動的那一刻，看到現場的有功功率僅為3000KW，遠低于不使用變頻器的8000KW，趙部長團隊那顆懸著的心才真正踏實。數據驗證前期測算非常準確，在變頻工況下工作，電機啟動電流小、轉速低、振動小，風量調節平穩，潛在的附加經濟效益不可*。

程海峰是太鋼煉鐵廠電氣作業區的點檢員，他也是在4號燒結機一從事巡檢工作的工程師，平常電氣室內無人值守，只有另一名同事在中控室監控。每天早上9點他準時到4燒變頻室一圈，檢查有無異常情況，已經接近4年。

點檢員程海峰在向回訪的西門子服務工程師介紹變頻器工作狀態

邁入變頻室的大門，比想象得更為安靜和清爽。程工的喜悅溢于言表：“使用水冷大變頻，噪音小，沒有風冷的粉塵污染。同事們的工作量有所減輕，工作環境也有所改善，不用像3燒那樣頻繁的操作風門擋板。90%的現場數據在中控室就可以直觀顯示，維護量小，運行穩定。”

“水冷變頻作為大型燒結風機的系統驅動，在大型鋼廠是*應用，吸引了多家企業前來太鋼取經。看到我們的有功功率和變頻器水冷溫度，同行都非常贊嘆。”趙部長指著變頻室的人機界面說，“能效與時效本質相同，只是很少有人意識到而已。”

4號燒結機的節能故事只是能源管理的一個縮影。它的意義在于，其實每一件事幾乎都有昂貴的和便宜的解決方法，但是經濟性的事實卻往往被“迷霧”遮蓋。只有評估整個產品生命周期的能效，才能做出正確的決策。

能源對于重型工業來說，是巨大的費用因素。根據德國聯邦統計局2008年的數據顯示，能耗在德國各個行業整個生命周期的成本中占據很高比例，如鋁業的能耗占57%，水泥占47%，鋼鐵占36%，制漿造紙占29%，基礎化工占27%。對于電氣傳動系統，能源消耗至少占到生命周期成本的80%。

在太鋼構建資源節約型企業過程中，通過使用西門子變頻驅動解決方案、全集成自動化、奧鋼聯*的鋼鐵工藝等，保障產量年年增長，耗能卻逐年遞減。太鋼總經理高祥明先生談到：“2011年與2005年相比，太鋼噸鋼綜合能耗下降22.9%；噸鋼新水消耗下降91%；二次能源年回收占總能耗的45%以上，達到行業優秀水平。”

這就是太鋼與西門子共同制造的奇幻魔術。在一連串數字的背后，真實可感的是能耗的減少和環境的改善。鐵水奔流，風云靜好。現在的太鋼廠區，金屬質感的廠房間點綴著綠樹碧草，成為一座名副其實的現代化花園式工廠。

西門子正在努力幫助千百個像太鋼這樣的企業，實踐綠色工業。西門子東北亞區工業業務領域總裁吳和樂博士說：“除了需要在設備層面有節能的風范，比如高效電機、變頻器等，要把眼光放遠，跨越產品設計、生產規劃、生產工程、生產實施以及服務的整個生命周期，實現節能。”西門子的節能產品與解決方案、能源管理咨詢、節能改造服務，合同能源管理以及融資租賃服務，將工業企業的節能夢想變為現實。

現代化花園式工廠——太鋼

由8變3，是一個開端，也是一個宣言。站在創新科技的舞臺，太鋼與西門子將攜手合作、迎風而立，繼續施展將能效數字由腐朽變神奇的魔術，創造鋼鐵未來的科技感性時代！

西門子操作員面板使用“趨勢視圖”以曲線的形式顯示變量變化的趨勢。趨勢類型中“觸發的實時循環”用于顯示變量的實時曲線，面板掉電后曲線就會丟失。“數據記錄”用于顯示數據記錄文件中歷史數據的曲線。“觸發的緩沖區位”和“實時位觸發”都可以將PLC 中連續地址區中的數據通過趨勢視圖以曲線的形式輸出。“實時位觸發”用于觸發顯示一段連續地址區中的數據，“觸發的緩沖區位”可以切換顯示兩段連續地址區中的數據。下面以“觸發的緩沖區位”為例介紹配置方法。
在趨勢類型中選擇“觸發的緩沖區位”后，“源設置”如圖1所示。

圖1
其中，“過程值”和“緩沖區變量”為PLC 中連續地址區中的數組變量，如DB1和DB2的DBB0到DBB9。
? “趨勢傳送1”用于觸發顯示連續地址區“過程值”中的數據曲線；
? “趨勢傳送2”用于觸發顯示連續地址區“緩沖區變量”中的數據曲線。
“趨勢請求”僅起顯示作用，取決于“位”的設定值，同時決定了“趨勢傳送1”和“趨勢傳送2”的數據格式。“位”直接定義了“趨勢請求”的數據格式：
? “位”設置為0，“趨勢請求”顯示為二進制1，十六進制0001；
? “位”設置為1，“趨勢請求”顯示為二進制10，十六進制0002；
? “位”設置為2，“趨勢請求”顯示為二進制100，十六進制0004；
? “位”設置為3，“趨勢請求”顯示為二進制1000，十六進制0008；
? “位”設置為4，“趨勢請求”顯示為二進制10000，十六進制0010。
而“趨勢傳送1”和“趨勢傳送2”為了觸發對應的數據曲線，必須與“趨勢請求”的數據格式保持*，并將高位（即第15位）置1：
? “趨勢請求”顯示為十六進制0001，觸發要求“趨勢傳送1/2”為十六進制8001；
? “趨勢請求”顯示為十六進制0002，觸發要求“趨勢傳送1/2”為十六進制8002；
? “趨勢請求”顯示為十六進制0004，觸發要求“趨勢傳送1/2”為十六進制8004；
? “趨勢請求”顯示為十六進制0008，觸發要求“趨勢傳送1/2”為十六進制8008；
? “趨勢請求”顯示為十六進制0010，觸發要求“趨勢傳送1/2”為十六進制8010。
當趨勢請求功能正確執行后，對應連續數據區的曲線會顯示在“趨勢視圖”中，同時，“趨勢傳送1”和“趨勢傳送2”會自動復位為0。

1. 創建變量
? area1為字節類型數組，長度10，起始地址DB1.DBB0
? area2為字節類型數組，長度10，起始地址DB2.DBB0
? request 數據類型為WORD，地址MW200
? trans1數據類型為WORD，地址MW202
? trans2數據類型為WORD，地址MW204

圖2
在畫面中添加 IO域分別顯示變量 request, trans1和trans2，注意：“顯示格式”設置為十六進制，如圖3所示。

圖3

2. 設置趨勢視圖參數
打開趨勢視圖屬性“時間軸”，軸模式：點；值的數目：10，必須與定義的數組長度保持*，如圖4所示。

圖4

3. 設置趨勢曲線的屬性
在趨勢屬性中選擇趨勢類型“觸發的緩沖區位”后，采樣點為10，其他參數如圖5所示。

圖5

4. 激活運行系統
通過 PLCSIM 可以模擬 DB1.DBB0-- DB1.DBB9 和DB2.DBB0—DB2.DBB9 中的數據，如圖6所示。
這樣，激活運行系統后，由于趨勢傳送“位”設置為 4，趨勢請求變量 request 顯示為十六進制 0010。通過為觸發變量 trans1/ trans2 賦值十六進制 8010 ，可以分別顯示DB1或DB2中的數據曲線。

圖6

圖7

一、應用概述
這個應用可以不使用SIMATIC S7系列PLC，只利用HMI設備如MP370/TP170 B來控制MM440變頻器的運行控制和監控。
這一應用要求變頻器帶有Profibus-DP通訊模板，所有后數字位為7的SIMATIC OP/TP ，MP， TD都可以做為2類主站實現這個功能。（IF1B接口）。
本例采用的是：
硬件設備：MM440＋Profibus模板 MP370屏
軟件環境：WinCC Flexible 2007
任何時候MP370都只能控制一臺MM440，所以變頻器外圍應該設置急停電路來實現緊急情況下的變頻器停車。
急停電路應該由急停開關（常閉接點）、自閉鎖的繼電器/接觸器和確認按鈕構成。當急停時，自閉鎖的繼電器/接觸器斷開，數字輸入端的接入電平為0V，當急停按鈕被釋放，必須要按確認按鈕以使繼電器接觸器重新自閉鎖，這時數字輸入端才能重新接入+24V高電平。
出于安全原因，不允許將急停開關直接接到數字輸入端。當急停開關被釋放，變頻器可以立即上電。

二、功能描述
Micromaster 440變頻器可以不用SIMATIC S7，而直接通過ProTool / WinCC Flexible進行簡單控制和狀態顯示。
在MP370屏的功能界面完成驅動的設置定義，參數通過MP370設定值的輸入/輸出變量傳給變頻器，寫控制字或讀取狀態字來控制變頻器或顯示變頻器狀態。相對于MP 370，MM440充當了SIMATIC S7控制器的角色。

三、操作步驟：

1.設置MM440的DP地址，在屏的control panelTransfer菜單中設置其地址與通訊速率。使用DP電纜連接MM440 的DP接口與屏的IF 1B接口。

2.建立新的項目，選擇正確的屏和設備版本

3. 新建連接。所建連接類型為SIMATIC S7 300/400，屏的接口為IF 1B，需要注意的是此處的PLC設備就是帶有Profibus-DP模板的MM440變頻器，DP地址即為撥碼開關或P918所設的地址。

4. 建立變量。用DB塊指示變頻器的各個參數，根據變頻器個參數是U32或者U16在建立變量時為其選擇正確的數據類型。在變量地址選擇時DB號為變頻器的參數號，DB塊中起始位置表示的變頻器參數的index值，如要對P1121.0進行讀寫，則變量的地址應為DB1121 DBD0。

5.創建畫面。通過拖動工具欄中的對象在畫面上合理布局需要顯示的各個變量，將I/O域連接相應變量，注意顯示格式。在畫面設計時應注意添加“退出”按鈕，并將單擊事件設為“stop run time”。

6、寫BI類型的參數時，因為變頻器進行的BICO連接，數據類型為U32型，但它實際得到的值是0/1信號，但在Flexible中只能定義數據類型為DInt型，而不能定義為Bool型，否則為無效數據格式。在進行對BI進行寫操作時，系統將0做為0，將65536即2的17次方做為1。

7、變頻器的起/停通過自由功能塊完成，在變頻器應激活自由功能塊功能及相應使用的自由功能塊，本例使用邏輯塊，同理也可以使用定時器、比較器等來實現這一功能。激活自由功能塊，設置P2810.1=1，AND1的輸出r2811連接到P840。在屏的組態中建立變量DB2810 Dint型，定義按鈕“ON”的單擊事件為給AND1 P2810賦值為65536即1，按鈕“OFF”的單擊事件為為P2810賦值為0。在屏的組態中建立變量DB2889 Real型，對變頻器參數P2889進行讀寫，并將2889連接到P1070做為變頻器的頻率給定值，注意通過P2889設定的頻率值是以百分數來顯示的。

8、編譯并下載。選擇正確的通訊方式和站地址。若提示設備版本不正確，需進行OS升級。