鋼鐵企業PLC控制的局部通風機變頻調速系統

（上海梅山鋼鐵股份有限公司設備分公司，江蘇 南京 210039）

鋼鐵企業PLC控制的局部通風機變頻調速系統

張永行

（上海梅山鋼鐵股份有限公司設備分公司，江蘇 南京 210039）

在當前的電氣控制系統中，PLC是相當典型的工業控制裝置之一。通過對PLC控制裝置的使用，除了能夠實現比較復雜的邏輯控制目的以外，還能夠支持定時控制功能以及順序控制功能的實現，且控制過程當中具有較好的穩定性，可靠性，以及抗干擾性。而在鋼鐵企業舉步通風機中，為了能夠在實現安全監控目標的同時，使節能效果更加的確切，就需要探討將PLC控制與變頻調速相結合的控制方法，使鋼鐵企業中所應用的局部通風機通風性能得到改善，節能效益進一步的發揮出來。文章即針對該問題展開分析與研究。

鋼鐵企業；PLC控制；局部通風機；變頻調速系統

1 局部通風機節能原理分析

已有的研究資料中認為：風機的工作性能會受到風機工作特性曲線以及管網特性曲線這兩個方面因素的影響。在風機工作點恒定的前提下，可通過變頻調速控制或者是閥門控制的方式，對風機的流量進行合理的控制。以鋼鐵企業比較常見的除塵通風機為例，變頻調速節能原理的基本示意圖如圖1所示。

結合圖1來看，關小閥門可對應減少通風機的流量，但與之相對應的是，管網的阻力水平明顯提升，風壓自圖1中H1點提升至H2點，對應的流量取值則從Q1點下降至Q2點，風機原有的工作點N1轉移至N2位置。相對于閥門控制模式而言，在以變頻調速方式控制的前提下，可以在不對機械閥門開度產生影響的前提下，實現對風機轉速的調整。換句話來說，轉動速度成為了唯一影響通風機工作特性的因素，工作點自N1位置轉移至N3，風壓取值自H1下降至H3，而對應的流量取值則自Q1下降至Q3。進一步通過對通風機流量取值、風壓取值、以及功率取值的分析，認為對于通風機而言，其功率的下降有三次方的關系，因此認為引入變頻調速系統節能具有相當大的潛力。

2 局部通風機變頻調速的實現

整個變頻控制系統的基本組成結構包括上位機部分，PLC控制部分、變頻器部分、電氣控制部分、以及風機部分這幾個方面。

在鋼鐵企業生產實踐中，對該變頻調速控制系統的應用方式為：電機以及通風機在變頻器的帶動作用之下正常啟動，通過所建立的特征模型控制器，通過WINCC對PLC控制系統中除塵器入口位置的管網壓力信號進行讀取，編制與實際工況相對應的PLC程序。PLC控制模塊當中，將所讀取的信號通過程序本身進行比較與運算，同時由上位系統遵循智能PID控制器的控制原理，面向PLC輸出電信號，由PLC模塊負責完成A/D的轉化。A/D轉換完成后輸出包含模擬量以及數字量的電信號，從而對變頻器的啟停頻率進行設置，達到調整電動機運行電壓以及運行頻率取值的目的，最終使通風機的轉動速度的得到調整。在這一過程當中，能能夠形成以管網壓力跟蹤煙塵含量為標準的閉環反饋控制系統。

還需要特別注意的一點是，在鋼鐵企業局部通風機正常運行的狀態下，變頻器始終處于變頻調速的工作狀態下，因此可以通過對管網負壓進行調節控制的方式，實現對運行現場煙塵量的跟蹤監測工作，達到滿意的節能效果。基于這一理念，引入模塊化的設計理念，形成完整的變頻調速控制系統。

3 變頻調速控制系統設計要點

首先，從變頻調速控制系統硬件設計的角度上來說，PLC選型為西門子S7-400系列PLC裝置，同時選擇包括ET200M智能終端以及3501#負壓變送器在內的相關電氣部件。液力耦合器正常運行狀態下輸出功率取值為900kW，中壓變頻器正常運行狀態下輸出功率取值為630kW。

其次，從變頻調速控制系統軟件設計的角度上來說，軟件編制的核心在于變頻響應速度方面的問題。結合鋼鐵企業的實際工況來看，建議以現場所采取的生產數據為基礎，結合生產情況虛擬取值，綜合形成管網所對應的壓力取值，然后在PID智能控制算法的支持下，完成對動作的響應，一方面能夠使整個變頻調速控制系統的穩態性得到合理的提升，另一方面能夠實現對變頻調速控制系統動作響應速度的加強，能夠起到較好的效果。

需要引起重視的一點是：為了能夠使整個變頻調速控制系統的編程結構更加的簡單，需要盡量將具有共性的部分納入主程序當中（共性部分主要包括通風機加速脈沖掃描程序、減速脈沖掃描程序、輸入程序、以及輸出程序等），其他的相關程序則編入子程序當中（包括局部通風機碼表程序、以及循環程序等）。在對主程序進行周期性掃描的過程當中，可以實現對主程序所對應子程序的讀取。同時，受到脈沖掃描以及輸入輸出程序的影響，整個系統對數據的讀取速度可得到顯著的提升。子程序嵌入主程序當中，對主程序的掃描可同時實現對子程序的掃描。再加上PLC主程序具有快速掃描的優勢，因此可以有效解決在子程序、主程序掃描時間差方面存在的問題。與此同時，快速的掃描特性還能夠對通風機正常運行條件下的加速、減速變化動作加以及時的響應，從而對實際工況下的運行數據進行動態跟蹤，在對通風機進行實時控制的同時，體現良好的節能效果。

圖1 通風機變頻調速節能原理示意圖

結語

本文以鋼鐵企業生產實際工況作為切入點，結合鋼鐵生產系統線上除塵管網系統的運行特點，基于PLC技術支持，構建了適用于局部通風機的變頻調速控制系統。文章中對該局部通風機變頻調速控制系統的實現原理，硬件軟件設計要點展開了全面分析與研究。該系統作用于實際工況，綜合節能效果良好，證實了PLC控制下變頻調速系統在節約鋼鐵企業局部通風機運行能耗方面的確切價值，值得后續的實踐工作中引起關注與重視。

[1]左毅．基于PLC控制的局部通風機變頻調速系統的研究[D]．安徽理工大學, 2008．

[2]徐益民, 林海鵬, 趙汗青． PLC在礦井局部通風機變頻調速系統中的應用[J]． 煤礦機械, 2004 （12）．

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