董倫 DONG Lun

（遼寧省丹東化纖公司，丹東 118002）

（Liaoning Dandong Chemical Fiber Company，Dandong 118002，China）

1 問題的提出

我公司發(fā)電廠為化纖生產(chǎn)的自備電廠，發(fā)電廠由2臺90T/H和1臺150T/T煤粉爐。2臺1.2萬KW直流發(fā)電機(jī)組成。俗稱三爐兩機(jī)運(yùn)行方式。送風(fēng)系統(tǒng)由2臺6KV 185KW和1臺6KV 310KW交流電動機(jī)組成。引風(fēng)系統(tǒng)由4臺380V 185KW交流電動機(jī)組成。此外，還有給粉系統(tǒng)，給油系統(tǒng)，供水系統(tǒng)及文丘里除塵器等。為適應(yīng)國家環(huán)保的要求，電廠排煙系統(tǒng)必須加裝脫硫系統(tǒng)的要求，我公司于2010年投資了200多萬對電廠進(jìn)行加裝脫硫系統(tǒng)的技術(shù)改造，脫硫改造之前，送風(fēng)系統(tǒng)和引風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量調(diào)節(jié)都是由風(fēng)機(jī)上所帶的閘板閥來調(diào)節(jié)的，加裝脫硫后，隨著影響鍋爐燃燒因數(shù)的增多，為保證爐膛內(nèi)壓力微負(fù)，引風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量及風(fēng)壓必須隨時(shí)調(diào)節(jié)。引風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量風(fēng)壓的量值及跟隨時(shí)間的準(zhǔn)確性一是可以保證鍋爐燃燒效率的提高，二是引風(fēng)系統(tǒng)自身可以大大提高能源的利用率。

2 風(fēng)機(jī)的節(jié)能原理

眾所周知，風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)是由風(fēng)機(jī)的風(fēng)量風(fēng)壓特性曲線決定的。如根據(jù)鍋爐負(fù)荷需減少風(fēng)量，可用兩種方法來實(shí)現(xiàn)。一是關(guān)小風(fēng)機(jī)或風(fēng)道上的閘板閥，二是降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如關(guān)小閘板閥來實(shí)現(xiàn)，風(fēng)量將從Q2減少到Q1，減少量為△Q1，而風(fēng)壓將從H1升高到H2，增加值為△H1。如果用減少風(fēng)機(jī)風(fēng)量方法來實(shí)現(xiàn)，而閘板閥開度保持不變，風(fēng)量將從Q2減少到Q1，風(fēng)壓將從H2減小到H1，減少值為△H2。以上這兩種減少風(fēng)量的方法卻得到兩個(gè)不同的風(fēng)壓H1和H3，其差值為H1-H3，這個(gè)差值對用戶來說是多余的，也就是說：用閘板閥來調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)這個(gè)壓力白白被浪費(fèi)掉了。用變頻調(diào)速時(shí)，根據(jù)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，風(fēng)壓及功率的比例關(guān)系，改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n可使風(fēng)機(jī)的流量Q，風(fēng)壓H和功率P都隨之響應(yīng)的改變，其關(guān)系式為：風(fēng)量比和轉(zhuǎn)速比成一次方的關(guān)系。風(fēng)壓比和轉(zhuǎn)速比成二次方關(guān)系。功率比和轉(zhuǎn)速比成三次方關(guān)系。通過以上關(guān)系可以看出，改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以改變風(fēng)機(jī)對應(yīng)的風(fēng)量、風(fēng)壓以及消耗功率等以滿足鍋爐引風(fēng)機(jī)風(fēng)量系統(tǒng)的要求。由于風(fēng)機(jī)的消耗功率在改變轉(zhuǎn)速時(shí)是按照三次方的關(guān)系下降的，因此，采用變頻調(diào)速的節(jié)能效果非常顯著。

3 控制系統(tǒng)變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)

電廠引風(fēng)機(jī)的變頻控制系統(tǒng)涉及的軟硬組成和控制方式主要包括：PLC控制、變頻器、管道、電氣控制以及風(fēng)機(jī)和各種傳感器等；變頻調(diào)速控制系統(tǒng)采用壓力反饋?zhàn)兯推?、PLC控制、變頻器以及電機(jī)和風(fēng)機(jī)等。除了進(jìn)行變頻設(shè)定、風(fēng)量控制以及數(shù)據(jù)顯示外，還可以加上位機(jī)控制和顯示系統(tǒng)。電機(jī)和風(fēng)機(jī)被變頻器帶動后，通過建立的特征模型控制器和上位機(jī)組態(tài)軟件或組態(tài)王讀取PLC中風(fēng)機(jī)入口處管網(wǎng)的壓力信號。讀取的信號通過編制相應(yīng)的PLC程序?qū)Τ绦虮旧磉M(jìn)行比較和運(yùn)算，上位系統(tǒng)按照職能PID控制器的控制原理輸出一個(gè)電信號，并通過PLC轉(zhuǎn)換A/D并輸出電信號。為了改變電動機(jī)的運(yùn)行品類和電壓以及改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過變頻器的啟動/停止和給定頻率可以實(shí)現(xiàn)，由此便構(gòu)成了以管網(wǎng)壓力跟蹤引風(fēng)機(jī)瘋了為標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。

4 控制系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計(jì)

第一，硬件設(shè)計(jì)：在整個(gè)控制系統(tǒng)中，選用SIEMENS S7-400系列的PLC、ET200M智能終端及合資廠生產(chǎn)的3501型智能壓力、富士FRN-P11型變送器等相關(guān)的電氣元器件作為其硬件，此外，在系統(tǒng)中還應(yīng)用了研華牌工控機(jī)，XP系統(tǒng)中裝有WINCC上位機(jī)工控系統(tǒng)。四臺電動機(jī)均是185KW－2極電動機(jī)。

第二，軟件設(shè)計(jì)：在變頻控制系統(tǒng)中，編制軟件側(cè)重于變頻相應(yīng)速度的問題。因此，本系統(tǒng)通過現(xiàn)場采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況虛擬了對應(yīng)管網(wǎng)的壓力值，同時(shí)采用了仿人智能PID控制算法，從而提高了自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能并提高了變頻系統(tǒng)的效率。為了簡化編程，盡量在編入主程序輸入輸出風(fēng)機(jī)加速度脈沖的掃描程序，對于其他程序則通過主程序中的周期掃描從而選取對應(yīng)的子程序。由于將風(fēng)機(jī)加速脈沖掃描程序和輸入輸出程序直接加入到了主程序，從而有效的提高了系統(tǒng)的讀取速度。根據(jù)轉(zhuǎn)程序產(chǎn)生的PLC程序掃描方式，當(dāng)在主程序嵌入子程序后，執(zhí)行掃描主程序的同時(shí)還在執(zhí)行子程序，但是由于子程序存在的時(shí)差問題以及PLC主程序具有快速掃描的特性，從而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的加速度變化能夠快速的跟蹤實(shí)際數(shù)據(jù)的變化而達(dá)到了實(shí)際的控制和節(jié)能效果?？刂葡到y(tǒng)在變頻系統(tǒng)中需要檢測很多的信號，這些信號包括電機(jī)過載保護(hù)信號、短路保護(hù)信號以及管網(wǎng)風(fēng)量檢測信號等。故障在報(bào)警中分為重故障和輕故障，故障發(fā)生時(shí)，不影響整個(gè)系統(tǒng)自動運(yùn)行的為輕故障，而對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行影響很大的為重故障。系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)會退出自動運(yùn)行狀態(tài)并發(fā)出故障報(bào)警信號以確保設(shè)備的安全，如果要恢復(fù)自動運(yùn)行系統(tǒng)，只有在維修員維修后通過按鈕或PLC內(nèi)部切換使其運(yùn)行狀態(tài)在手動和自動之間切換，這樣不僅解決了系統(tǒng)的故障問題，還能對設(shè)備和管網(wǎng)起到保護(hù)作用。

5 現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用及數(shù)據(jù)測試結(jié)果

采用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由于廢棄了之前工頻下運(yùn)行的工作方式，因此，可以對風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。我們采集了改造系統(tǒng)之后風(fēng)機(jī)所耗電量的數(shù)據(jù)，（由于篇幅有限，此處省去表一，表二和表三）。改造之前風(fēng)機(jī)是以2930轉(zhuǎn)/分恒速運(yùn)行的電機(jī)電流約300A～340A，基本屬于滿負(fù)荷運(yùn)行。調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)閥門由于增大了管網(wǎng)阻力而降低了風(fēng)機(jī)的效率，因此，風(fēng)機(jī)沒有處于最佳工作狀態(tài)而導(dǎo)致引風(fēng)效果不理想。加之鍋爐燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的煙塵容易堵塞管網(wǎng)，尤其在除塵管網(wǎng)軸流的風(fēng)機(jī)處，由于并行的冷卻管直徑不大，很容易堵塞而造成能力的浪費(fèi)。根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，鍋爐生產(chǎn)氣量在1，2，3月份幾乎相同，引風(fēng)機(jī)的基本工藝指標(biāo)相同。改造前兩個(gè)月的平均用電為517870KWH，而改造后月平均耗電為351070KWH，節(jié)約了146800KWH，節(jié)電率為28.35%。以每臺風(fēng)機(jī)每年工作10個(gè)月計(jì)算，每年節(jié)電 1468000KWH，節(jié)約電費(fèi) 1468000×0.46＝67.5萬元。由此可以看出，我公司185KW的電動機(jī)4臺每年節(jié)電近70萬元左右。

6 結(jié)束語

本文結(jié)合鍋爐引風(fēng)機(jī)管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于PLC、變頻器的風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理。軟件和硬件設(shè)計(jì)，經(jīng)過實(shí)際測量風(fēng)機(jī)節(jié)能效果方面也得到了顯著的提高，此外，電機(jī)的機(jī)械特性、風(fēng)機(jī)電機(jī)的基礎(chǔ)震動、鍋爐內(nèi)的壓力控制都得到了明顯的改善。真是一舉多得的好事情。

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