楊桓

【摘要】除塵系統(tǒng)是卷煙廠制絲車間的主要能耗之一，在設(shè)計(jì)上一般是按照最大生產(chǎn)負(fù)荷或最惡劣工況環(huán)境設(shè)計(jì)，除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)都存在生產(chǎn)負(fù)荷不均勻狀態(tài)，各除塵點(diǎn)可能會(huì)出現(xiàn)空載情況，造成能源浪費(fèi)。為了合理控制風(fēng)力分布，降低除塵系統(tǒng)電耗，本文通過(guò)對(duì)除塵系統(tǒng)控制方式的改進(jìn)，加裝風(fēng)速傳感器、氣缸、電磁閥等硬件設(shè)備，結(jié)合PLC通信與控制技術(shù)，建立了除塵節(jié)能控制系統(tǒng)，自動(dòng)關(guān)閉空載除塵支路，降低風(fēng)機(jī)負(fù)載以達(dá)到節(jié)能目的。該系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀態(tài)提供合適的風(fēng)力匹配，讓電機(jī)始終運(yùn)行在最佳節(jié)能點(diǎn)，節(jié)能效果較好，有一定推廣應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】除塵系統(tǒng)? 生產(chǎn)負(fù)荷? 風(fēng)機(jī)負(fù)載? 節(jié)能控制系統(tǒng)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展勢(shì)態(tài)，我國(guó)越來(lái)越重視各個(gè)領(lǐng)域中的節(jié)能減排工作。而工廠作為能源消耗主要源頭，許多工業(yè)企業(yè)致力于控制生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)消耗，節(jié)約生產(chǎn)能源。除塵系統(tǒng)是卷煙廠制絲車間的能耗來(lái)源之一，電耗占比約15%，在設(shè)計(jì)上一般是按照最大生產(chǎn)負(fù)荷或最惡劣工況環(huán)境設(shè)計(jì)，除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)都處于“大馬拉小車”的狀態(tài)，其電能損耗相當(dāng)嚴(yán)重且吸風(fēng)口沒(méi)有和生產(chǎn)設(shè)備相關(guān)聯(lián)，普遍存在著風(fēng)力浪費(fèi)。我車間集中除塵系統(tǒng)主要由除塵風(fēng)機(jī)、濾塵器、除塵管道、風(fēng)速傳感器、插板閥和控制系統(tǒng)等部分組成。其中風(fēng)機(jī)是除塵系統(tǒng)中最主要的耗電設(shè)備，共分為8組，每組都包括一個(gè)風(fēng)機(jī)和多個(gè)除塵點(diǎn)。同組多個(gè)除塵點(diǎn)共同連接至1根主風(fēng)管上，由于生產(chǎn)安排會(huì)出現(xiàn)同組的多個(gè)除塵點(diǎn)不一定同時(shí)生產(chǎn)，但是風(fēng)機(jī)卻需要滿負(fù)荷工作或同一組生產(chǎn)設(shè)備的前后工序也存在著交替運(yùn)行的情況。這樣會(huì)導(dǎo)致一部分設(shè)備停機(jī)時(shí)，它的吸風(fēng)口仍然提供負(fù)壓，導(dǎo)致能源浪費(fèi)，當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷不足時(shí)，這種浪費(fèi)尤為嚴(yán)重，具有較大的節(jié)能空間，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)確有必要。

1 集中除塵系統(tǒng)能耗高原因分析

制絲車間采用的集中風(fēng)力除塵系統(tǒng)是由若干組小型的除塵系統(tǒng)并聯(lián)組成的。單組除塵主要由每個(gè)除塵點(diǎn)的集塵罩、除塵管路（1根主管和若干支管）、風(fēng)力調(diào)節(jié)閥、除塵防爆閥、除塵器、離心風(fēng)機(jī)和異步電機(jī)等部分組成。實(shí)際生產(chǎn)中，制絲不同生產(chǎn)線或同一生產(chǎn)線前后工藝段并不總是同步運(yùn)行的，生產(chǎn)設(shè)備存在著交替運(yùn)行的情況，甚至還存在一些設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)的狀態(tài)。這樣就會(huì)出現(xiàn)部分生產(chǎn)線不生產(chǎn)時(shí)，其除塵點(diǎn)吸風(fēng)口仍然提供負(fù)壓吸風(fēng)，除塵點(diǎn)實(shí)際風(fēng)速大于實(shí)際需求，導(dǎo)致除塵系統(tǒng)風(fēng)量浪費(fèi);當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷不飽和時(shí)，該情況就更加明顯。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)粗略估算，此類空載造成的損耗約占除塵總能耗的22%，制絲車間有8組除塵系統(tǒng)，以30kW環(huán)境除塵風(fēng)機(jī)為例，每月22工作日，每工作日16 h計(jì)算，空載損耗約2323.2kW·h，8組除塵每月整體造成18585.6kW·h的能耗浪費(fèi)。

2 集中除塵系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化措施

根據(jù)流體力學(xué)與風(fēng)機(jī)的相關(guān)知識(shí)，可以得到風(fēng)機(jī)頻率與轉(zhuǎn)速、功率節(jié)電率關(guān)系見(jiàn)表1[3]，在現(xiàn)場(chǎng)部分設(shè)備預(yù)熱狀態(tài)、生產(chǎn)批次間間隙時(shí)間段、以及停機(jī)等產(chǎn)塵點(diǎn)無(wú)物料通過(guò)的時(shí)間階段，利用變頻器通過(guò)調(diào)整頻率控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以及通過(guò)關(guān)閉部分不用的支路，控制除塵系統(tǒng)整體負(fù)載，可以在保證除塵風(fēng)量滿足生產(chǎn)需求情況下有效節(jié)約能源，將頻率降低10HZ，節(jié)能效率接近50%。

方案實(shí)施分為三個(gè)階段進(jìn)行，第一階段是硬件配置安裝;第二階段是除塵PLC控制程序的改進(jìn)和上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面的完善;第三階段是節(jié)能控制系統(tǒng)的調(diào)試。

第一階段，硬件設(shè)備的安裝，主要涉及風(fēng)速傳感器、電磁閥和氣缸等裝置的選型及安裝。通過(guò)電磁元件驅(qū)動(dòng)氣缸，控制風(fēng)閥進(jìn)行除塵管道關(guān)閉和打開(kāi)。根據(jù)PLC輸出信號(hào)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)關(guān)。

第二階段，主要是軟件程序編寫(xiě)和調(diào)試。系統(tǒng)軟件部分整體設(shè)計(jì)方案包括整體工業(yè)以太網(wǎng)通信、風(fēng)速控制模塊和閥門控制模塊。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安裝完風(fēng)速傳感器、氣缸和電磁閥后，將現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)和模擬信號(hào)接入到PLC相應(yīng)的AI模塊和DI模塊中，通過(guò)修改完善PLC程序，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速需求，實(shí)施控制調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率。比如針對(duì)SDT風(fēng)機(jī)預(yù)熱和冷卻狀態(tài)時(shí)空運(yùn)轉(zhuǎn)，造成電能無(wú)功損耗問(wèn)題，采取合理改變SDT風(fēng)選風(fēng)機(jī)啟動(dòng)條件措施，即在SDT“預(yù)熱狀態(tài)”“冷卻狀態(tài)”時(shí)不允許風(fēng)機(jī)啟動(dòng)如圖4。根據(jù)水分儀物料水分以及皮帶秤累積量、流量等指標(biāo)判斷是否有物料通過(guò)該產(chǎn)塵點(diǎn)，在PLC內(nèi)以選取的指標(biāo)來(lái)控制電磁閥開(kāi)啟和關(guān)閉。實(shí)現(xiàn)了除塵系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取產(chǎn)塵點(diǎn)空載信號(hào)的功能。并且在除塵間上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面添加各電磁閥和氣缸的開(kāi)關(guān)顯示狀態(tài)，增加各風(fēng)速傳感器的風(fēng)速顯示，便于操作人員實(shí)時(shí)了解各閥門的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和風(fēng)速情況。

第三階段，節(jié)能控制系統(tǒng)的調(diào)試主要涉及PID參數(shù)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)主風(fēng)管風(fēng)速，除塵PLC配置與編程，讀取主管道風(fēng)速，并使用PID控制回路調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率，保證除塵主管道風(fēng)速不低于17.23m/s。

3 總結(jié)

經(jīng)過(guò)實(shí)施階段后，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，（1）除塵系統(tǒng)PLC能夠?qū)崟r(shí)獲取工藝生產(chǎn)段的物料狀態(tài)信號(hào)，從而手動(dòng)或自動(dòng)打開(kāi)相應(yīng)的風(fēng)管支路電磁閥;（2）風(fēng)速傳感器能正確將風(fēng)速數(shù)據(jù)傳輸至PLC，經(jīng)過(guò)程序運(yùn)算，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的變頻器頻率;（3）經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，實(shí)施后除塵系統(tǒng)能耗顯著降低，變頻器總體運(yùn)行頻率在40～45 Hz，根據(jù)表1測(cè)算，節(jié)電率約為35%。每月可節(jié)約除塵系統(tǒng)用電6504.96（18585.6×0.35）kW·h。

本項(xiàng)目利用西門子工業(yè)以太網(wǎng)通訊技術(shù)，使集中除塵控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取工藝生產(chǎn)線停機(jī)或待機(jī)信息，依據(jù)除塵點(diǎn)空載信號(hào)進(jìn)行集中除塵系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)，建立了根據(jù)生產(chǎn)線運(yùn)行情況調(diào)整除塵風(fēng)機(jī)頻率的軟件基礎(chǔ)。同時(shí)除塵系統(tǒng)實(shí)際風(fēng)量比實(shí)施前也顯著下降，減少了車間內(nèi)部環(huán)境溫濕空氣外排量，降低了制絲車間空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。對(duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)節(jié)能改造，思路簡(jiǎn)單、成本較低、效果較好，能夠解決除塵系統(tǒng)空載耗能問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮雄裕. 除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能方法研究[J]. 機(jī)械制造與自動(dòng)化 ，2017，2：181-183