浙江上風高科專風實業(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、通風機節(jié)能原理分析

已有的研究資料中,風機的工作性能會受到風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機工作特性的因素,工作點自N1位置轉(zhuǎn)移至N3,風壓取值自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(guān)系,因此認為引入變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能具有相當大的潛力。

二、通風機變頻調(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,最終使通風機的轉(zhuǎn)動速度的得到調(diào)整。在這一過程當中,能能夠形成以管網(wǎng)壓力跟蹤煙塵含量為標準的閉環(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(guān)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(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機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng),對該通風機變頻調(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?？偟膩碚f,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。