論P(yáng)LC、變頻器應(yīng)用于循環(huán)風(fēng)機(jī)

周杰才

（江蘇雙山集團(tuán)股份有限公司，江蘇 射陽(yáng)224300）

1 關(guān)于本系統(tǒng)

S 廠絡(luò)筒車間目前有鼓風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，其功率都為13.5Kw，主要用來(lái)為車間通風(fēng)排氣、除濕降溫。 筆者認(rèn)為可以利用變頻器的多段速功能代替變極的方法對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)靈活性高，減少能量的無(wú)端消耗。 S 縣四季分明，根據(jù)工人的工作需要和工作內(nèi)容的不同對(duì)車間溫度、濕度的要求也有所不同，生產(chǎn)車間對(duì)風(fēng)量的需求也不同。應(yīng)根據(jù)車間溫度的具體情況，決定投入鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行速度，達(dá)到自動(dòng)保持溫度、濕度恒定的要求。這樣，可以達(dá)到既降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，又實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的效果。

2 關(guān)于具體改進(jìn)方案的實(shí)施

用PLC 通過(guò)溫度傳感器感受車間的溫度高低并對(duì)車間溫度、濕度的要求進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷，相應(yīng)的輸出點(diǎn)動(dòng)作來(lái)控制變頻器的多段速端子，實(shí)現(xiàn)多段速控制。從而不用人為的干預(yù)，設(shè)備自動(dòng)根據(jù)投入鼓風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)進(jìn)行風(fēng)量控制。根據(jù)投入運(yùn)行的鼓風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)實(shí)施五個(gè)速段的速度控制。 擬速度設(shè)定方案，如表1 所示。

表1 運(yùn)行鼓風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)和需求頻率對(duì)應(yīng)表

3 關(guān)于硬件設(shè)計(jì)

3.1 PLC 系統(tǒng)的選擇

本系統(tǒng)是一個(gè)中型應(yīng)用控制系統(tǒng)。 PLC 為此系統(tǒng)的控制核心，此系統(tǒng)的輸入信號(hào)有兩部分，一部分是啟動(dòng)、停止控制按鈕，另一部分是溫度傳感器信號(hào)作為PLC 的輸入變量， 經(jīng)過(guò)PLC 的輸入接口輸入到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器，然后在PLC 內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)行。

我們從以下四個(gè)方面來(lái)選擇∶

1）PLC 機(jī)型選擇。機(jī)型選擇的基本原則是在能夠滿足控制要求及保證運(yùn)行可靠﹑維修方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性價(jià)比。①在結(jié)構(gòu)形式上選擇整體式。 ②在安裝方式上選擇集中式。 ③在功能要求上選擇只有開(kāi)關(guān)量控制，具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能的小型PLC。 ④機(jī)型統(tǒng)一。 對(duì)于一個(gè)企業(yè)應(yīng)盡可能使用機(jī)型統(tǒng)一的PLC，有利于備件的采購(gòu)。

2）PLC 容量選擇。 容量選擇包括I/O 點(diǎn)數(shù)和用戶程序存儲(chǔ)容量的選擇。 ①I/O 點(diǎn)數(shù)的選擇。 由于PLC 平均I/O 點(diǎn)的價(jià)格還比較高，一般情況下I/O 點(diǎn)是根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)際個(gè)數(shù)，再加上10%—15%的備用量來(lái)確定。 ②用戶存儲(chǔ)容量的選擇應(yīng)按實(shí)際需要留20%--30%的余量來(lái)選擇。

3）I/O 模塊的選擇。PLC 輸入模塊的作用是用來(lái)檢測(cè)、接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的信號(hào)，并將輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC 內(nèi)部接收的低電平信號(hào)。①輸入信號(hào)的類型選擇。常用的輸入信號(hào)類型有三種∶直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入， 根據(jù)需要我們選擇直流輸入②輸入信號(hào)電壓等級(jí)的選擇。 有5V、12V、24V、48V、60V 等可供選擇，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來(lái)考慮我們選擇24V 電壓。

3.2 變頻器選型

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻的電能控制裝置。現(xiàn)在使用的變頻器主要使用的是交-直-交方式（VVVF 變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換為直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。

變頻器在選型上應(yīng)注意以下幾點(diǎn)∶

1）采用變頻的目的∶恒壓控制或恒流控制等。

2）變頻器的負(fù)載類型∶如葉片泵或容積泵等。 特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。

3）變頻器與負(fù)載的匹配問(wèn)題∶①電壓匹配∶變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。②電流匹配∶普通的離心泵，變頻器的額定電流與負(fù)載的額定電流相符。 ③轉(zhuǎn)矩匹配∶這種情況在橫轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生。

綜合以上三個(gè)方面考慮再加上價(jià)格因素決定選用富士FRENIC 5000P11S 系列低噪音風(fēng)機(jī)·泵用變頻器

3.3 硬件接線圖

根據(jù)控制要求，繪制PLC 與變頻器控制端子硬件接線圖，如圖1所示（以三菱某型號(hào)為例）。

圖1 接線圖

3.4 變頻器的參數(shù)設(shè)置

這個(gè)系列的變頻器進(jìn)行多段速控制的端子為RH，RM 和RL。 通過(guò)這三個(gè)端子的組合最多可以實(shí)現(xiàn)七段速度運(yùn)行。進(jìn)行五段速度控制時(shí)的端子組合如表2 所示。

表2 多段速端子與速度段組合表

4 關(guān)于軟件設(shè)計(jì)

風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式是通過(guò)裝設(shè)在生產(chǎn)車間的溫度傳感器的信號(hào)來(lái)確定的，根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)出的車間溫度的高低，來(lái)合理調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。 具體系統(tǒng)控制要求如下∶

1）流程圖

根據(jù)系統(tǒng)控制要求畫出程序流程圖，如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)流程圖

2）梯形圖

根據(jù)系統(tǒng)控制要求設(shè)計(jì)PLC 程序梯形圖，如圖3 所示。

圖3 PLC 梯形圖

5 關(guān)于節(jié)能效果分析

5.1 理論節(jié)能分析

風(fēng)機(jī)的機(jī)械特性具有二次方律特征，其流量，風(fēng)壓與消耗功率與轉(zhuǎn)速n 的關(guān)系，如圖4 所示。

圖4 風(fēng)機(jī)流量、壓力、消耗功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線圖

由圖4 可知風(fēng)機(jī)消耗功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比。根據(jù)車間的溫度情況， 通常保持在30℃～35℃， 亦即改造后變頻器時(shí)常運(yùn)轉(zhuǎn)在40HZ。 根據(jù)同步轉(zhuǎn)速公式n=60f/p 和風(fēng)機(jī)消耗功率與其轉(zhuǎn)速三次方成正比可知，理論上改造前后功耗比為∶

P1／P2=51.2%

即改造后能耗只為改造前的51.2%， 由此可見(jiàn)節(jié)能效果非常明顯。

5.2 實(shí)測(cè)能耗

當(dāng)變頻器在50HZ 和40HZ 運(yùn)行時(shí)在變頻器輸出側(cè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)∶40HZ 時(shí) 電流 為12.2A， 電 壓250V；50HZ 時(shí) 電 流 為15.8A， 電 壓 為370V。 則∶

P1=1.732*250*12.2=5.28kw

P2=1.732*370*15.8A=10.13kw

P1/P2=52.1%

由于此系統(tǒng)中電機(jī)總功率比較小，因此變頻器的能耗占的比重較大，盡管實(shí)測(cè)值與理論值有一定的差距，但改造后每個(gè)小時(shí)能耗仍可節(jié)約4.85 個(gè)千瓦。

5.3 節(jié)能效果計(jì)算

改造前每年消耗的電能（按每天工作20 小時(shí)，每年工作250 天計(jì)）∶

W1=10.13*20*250=50650Kwh

改造后每年消耗的電能∶

W2=5.28*20*250Kwh=26400Kwh

則每年節(jié)約電能為∶W=W1-W2=24250Kwh

如果以每度電0.5 元計(jì)，則每年節(jié)約電費(fèi)12125 元。 可見(jiàn)節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

［1］丁斗章.變頻調(diào)速技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］高勤.可編程序控制器原理及應(yīng)用(三菱機(jī)型)[M].電子工業(yè)出版社，2006.

［3］唐修波.變頻技術(shù)及應(yīng)用[M].中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2006.