通風(fēng)機節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)中變頻裝置的應(yīng)用

浙江上風(fēng)高科專風(fēng)實業(yè)有限公司 浙江 紹興 312300

現(xiàn)在國內(nèi)電氣公司越來越多,分出來也越來越多,原因是傳動調(diào)速系統(tǒng),經(jīng)濟效益大,設(shè)計主回路,外購電子控制器和電力電子器件,然后組裝、調(diào)試,已越來越多人掌握,辦個組裝車間也非難事,但人力分散,基礎(chǔ)工作—電子控制器和電力電子器件卻很少人也無力致力于研發(fā)和生產(chǎn)。變頻器在其它行業(yè)也有應(yīng)用,例如造紙行業(yè)、礦山的提升機以及架空索道等,但是鋼鐵行業(yè)用量大,品種規(guī)格多,是典型的用戶。

一、通風(fēng)機節(jié)能原理分析

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

結(jié)合圖來看,關(guān)小閥門可對應(yīng)減少通風(fēng)機的流量,但與之相對應(yīng)的是,管網(wǎng)的阻力水平明顯提升,風(fēng)壓自圖1中H1點提升至H2點,對應(yīng)的流量取值則從Q1點下降至Q2點,風(fēng)機原有的工作點N1轉(zhuǎn)移至N2位置。相對于閥門控制模式而言,在以變頻調(diào)速方式控制的前提下,可以在不對機械閥門開度產(chǎn)生影響的前提下,實現(xiàn)對風(fēng)機轉(zhuǎn)速的調(diào)整。換句話來說,轉(zhuǎn)動速度成為了唯一影響通風(fēng)機工作特性的因素,工作點自N1位置轉(zhuǎn)移至N3,風(fēng)壓取值自H1下降至H3,而對應(yīng)的流量取值則自Q1下降至Q3。進一步通過對通風(fēng)機流量取值、風(fēng)壓取值、以及功率取值的分析,認(rèn)為對于通風(fēng)機而言,其功率的下降有三次方的關(guān)系,因此認(rèn)為引入變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能具有相當(dāng)大的潛力。

二、通風(fēng)機變頻調(diào)速的實現(xiàn)

變頻控制系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)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(fēng)機部分這方面。在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)實踐中,對該變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的應(yīng)用方式為：電機以及通風(fēng)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(tǒng)中除塵器入口位置的管網(wǎng)壓力信號進行讀取,編制與實際工況相對應(yīng)的PLC程序。PLC控制模塊當(dāng)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(tǒng)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(zé)完成A/D的轉(zhuǎn)化。A/D轉(zhuǎn)換完成后輸出包含模擬量以及數(shù)字量的電信號,從而對變頻器的啟停頻率進行設(shè)置,達到調(diào)整電動機運行電壓以及運行頻率取值的目的,最終使通風(fēng)機的轉(zhuǎn)動速度的得到調(diào)整。在這一過程當(dāng)中,能能夠形成以管網(wǎng)壓力跟蹤煙塵含量為標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。還需要特別注意的一點是,在鋼鐵企業(yè)局部通風(fēng)機正常運行的狀態(tài)下,變頻器始終處于變頻調(diào)速的工作狀態(tài)下,因此可以通過對管網(wǎng)負壓進行調(diào)節(jié)控制的方式,實現(xiàn)對運行現(xiàn)場煙塵量的跟蹤監(jiān)測工作,達到滿意的節(jié)能效果。基于這一理念,引入模塊化的設(shè)計理念,形成完整的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。

三、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計

首先,從變頻調(diào)速控制系統(tǒng)硬件設(shè)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(nèi)的相關(guān)電氣部件。液力耦合器正常運行狀態(tài)下輸出功率取值為900kW,中壓變頻器正常運行狀態(tài)下輸出功率取值為630kW。其次,從變頻調(diào)速控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的角度上來說,軟件編制的核心在于變頻響應(yīng)速度方面的問題。結(jié)合鋼鐵企業(yè)的實際工況來看,建議以現(xiàn)場所采取的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),結(jié)合生產(chǎn)情況虛擬取值,綜合形成管網(wǎng)所對應(yīng)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(yīng),一方面能夠使整個變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性得到合理的提升,另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)對變頻調(diào)速控制系統(tǒng)動作響應(yīng)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(diào)速控制系統(tǒng)的編程結(jié)構(gòu)更加的簡單,需要盡量將具有共性的部分納入主程序當(dāng)中共性部分主要包括通風(fēng)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(guān)程序則編入子程序當(dāng)中包括局部通風(fēng)機碼表程序、以及循環(huán)程序等。同時,受到脈沖掃描以及輸入輸出程序的影響,整個系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的讀取速度可得到顯著的提升。子程序嵌入主程序當(dāng)中,對主程序的掃描可同時實現(xiàn)對子程序的掃描。再加上PLC主程序具有快速掃描的優(yōu)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。

以鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)實際工況作為切入點,結(jié)合鋼鐵生產(chǎn)系統(tǒng)線上除塵管網(wǎng)系統(tǒng)的運行特點,基于PLC技術(shù)支持,構(gòu)建了適用于局部通風(fēng)機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng),對該通風(fēng)機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的實現(xiàn)原理,硬件軟件設(shè)計要點展開了全面分析與研究。該系統(tǒng)作用于實際工況,綜合節(jié)能效果良好,證實了PLC控制下變頻調(diào)速系統(tǒng)在節(jié)約鋼鐵企業(yè)局部通風(fēng)機運行能耗方面的確切價值,值得后續(xù)的實踐工作中引起關(guān)注與重視。總的來說,鋼鐵工業(yè)變頻調(diào)速系統(tǒng)是向著大功率、節(jié)能、控制精度高、動態(tài)響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單、電動機側(cè)和電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高和諧波小等方向發(fā)展。隨著計算機控制技術(shù)在傳動系統(tǒng)中的深入應(yīng)用,許多新的控制方法和理論得以實現(xiàn),如直接轉(zhuǎn)矩控制、無速度傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制理論中的非線性控制等為高精度控制系統(tǒng)開發(fā)創(chuàng)造更多有利條件。