PLC和变频器在净化风机上的应用.pdf

2018 年 1 月 不影响袁避免发信端产生互调干扰遥 3 共用天馈系统的常见故障分析 甚高频共用天馈系统常见的故障为接收不到机组信号尧 输出功率低尧发射/接收互调干扰等遥 下面结合日常维护经验袁 对以上故障可能出现的原因进行分析遥 渊1冤线路老化问题袁接头松动 共用天馈系统常常运行年限长袁并且是连续工作袁存在设 备及各元件间连接处松动或脱落尧 线路断路尧 线路短路的隐 患袁从而导致信号收发出现问题遥 由于甚高频通信大都为主备 机工作模式袁并且有些信道为非常用或者仅应急使用袁故障很 难在管制员使用过程中发现袁 因此维护人员需要在日常维护 中定期检查线路及接头袁排除隐患遥几个信道共同使用一组设 备袁主机和备机之间也共用滤波器尧隔离器等设备袁只要熟练 掌握系统间信号流程即可及时有效发现并解决问题遥 渊2冤系统参数调试配置 系统参数调试配置除需满足表 1 所描述的技术要求外袁 还需注意频率分配问题遥 通常袁 共用天馈系统内含有 4 个信 道袁这些信道频率需要科学计算尧科学分配袁否则极易造成接 收或者发射时产生互调干扰遥 接收机互调干扰[2]是指由 2 个或多个干扰电台作用于混频 器的输入端袁在混频器中组合而形成的干扰遥 例如院当接收机接 收频率为 fs的有用信号时袁 还存在 2 个频率分别为 f1和 f2的干 扰信号进入混频器输入端遥 f1和 f2混频袁当产生的组合频率依mf1依 nf2等于或接近于有用信号频率 fs时就会形成接收机互调干扰遥 发射机互调干扰是在电台发射机中由于其他信道的发射 信号或 RF 共用器件耦合到发射机末级与本机发射信号在功 放电路中互相调制而产生新的频率组合袁 随同有用信号一起 发射出去遥 当出现互调干扰时袁 维护人员除需要关注共用天馈系统 中的腔体滤波器尧天线等的性能参数外袁还需注意发射功率尧 接收机门限以及频率设置遥 通常建议同一机柜内信道间频率 间隔大于 500kHz遥 渊3冤同轴电缆长度 甚高频共用天馈系统在日常运行中袁 可能会临时使某信 道在合路器端口断开单独接天线袁 或者临时替换从腔体滤波 器至合路器的一根馈线袁导致四根馈线长度不同遥 这些情况将 会导致信道间相互串扰袁发射功率降低遥 究其原因在于以上调整对系统的电抗匹配造成了影响遥 而 VSWR渊驻波比冤是与系统的阻抗匹配有关的袁例如发射机 的阻抗为 50赘袁 那么元器件尧 馈线尧 天线的阻抗也尽量选用 50赘袁 不匹配会造成高频电流在传输过程中造成功率反射袁 VSWR 越大袁反射功率越大遥如果 VSWR 太高最直接的结果就 是发射出去的信号反射功率过大袁 可能会造成发射机或元器 件的损坏袁同时还伴随其它问题袁比如发射功率损耗过大导致 发射功率不足袁无法进行地空通信遥 在共用天馈系统中要求与腔体滤波器和合路器连线长度 要一致或者为发射功率 1/2 波长的整数倍以达到电抗匹配袁 建议长度值为 18cm尧89cm遥 4 结 语 共用天馈系统对 VHF 通信信号质量的作用不言而喻遥 技 术人员通过熟悉共用天馈系统中射频信号流程袁 结合日常工 作中所积累总结的故障分析袁 可以快速判断定位共用天馈系 统故障点袁缩短故障反应时间袁确保甚高频地空通信畅通尧安 全和稳定袁为民航的飞速发展和飞行安全提供可靠保障遥 参考文献 [1]甚高频地空通信地面系统第 1 部分院话音通信系统技术规范渊MH/ T4001.1-2016冤[S].北京院中国科学技术出版社袁2016. [2]张肃文.高频电子线路渊第五版冤[M].北京院高等教育出版社袁2009院 161162. 收稿日期 2017-12-19 PLC 和变频器在净化风机上的应用 徐尚锴（中国铝业股份有限公司青海分公司， 青海省 西宁市 810108） 【摘要】 风机在工业生产中具有广泛的应用， 同样在铝电解生产中风机作为净化、 供料等工艺的重要组成部分有着举足轻重的作用， 但是传 统对风机的直接启动和停车方式已经不能满足现代工业生产， PLC 和变频器在风机控制中的综合应用， 既能减少很多的人力， 又能满足工业生 产中需求， 同时节约了能源。 【关键词】 PLC； 变频器； 风机； 应用 【中图分类号】 TP273【文献标识码】 A 【文章编号】 1006-4222 （2018） 01-0309-02 图 1 风机变频调速系统框图 1 概 述 随着工业生产的不断发展袁 铝电解行业也有了前所未有 的发展和规模袁 铝电解生产的工艺要求也由人工控制逐渐向 工业自动化过渡袁 对设备的可靠性和平稳性以及对节能的要 求程度越来越高袁 比如传统铝电解净化车间对风机的控制方 式基本采用全电压直接启动的方式袁 产生的冲击电流是额定 电流的 4耀7 倍袁 这种巨大的冲击电流不仅造成电机本身绝缘 老化尧对电网的污染尧对周围用电设备等会产生巨大的不良影 响遥 针对以上存在的问题袁该分厂对净化车间高压风机和反吹 风机进行 S7-300PLC 和变频器改造袁并用 wincc 6.0 组态软件 作为工控机监控系统袁用 profibus-DP 总线作为控制信息和故 障信号等的传输遥用变频器 PID 控制算法控制电机袁实现电机 的闭环控制袁达到了平稳启动和停车袁同时满足了生产需求和 节约电能的目的遥 风机变频调速改造系统框图如图 1 所示遥 2 设备技术参数 渊1冤高压风机型号为 9-19.7.1D袁电机型号为 Y200L2-2袁 额定功率 37kW袁额定电压 380V袁额定电流 69.8A袁额定转速 2950r/min遥 渊2冤反吹风机型号为 G4-73-NO.9D袁电机型号为 Y200L- 4袁额定功率 30kW袁额定电压 380V袁额定电流 63.5A袁额定转速 论述309 2018 年 1 月 1470r/min遥 3 硬件选型 3.1 PLC 选择 PLC 采用 S7-300 CPU315-2Dp袁是西门子中型 PLC 工业 产品袁具有抗干扰能力强袁故障检测和判断能力强袁系统运算 速度高袁相应快袁识别数字量信号和模拟量信号等特点遥 PLC 与带有 CP5611 网卡的工业控制计算机之间也采用 MPI 通讯 协议袁进行控制信号的集中管理和控制袁传输速率也为1.5Mbps袁 且及时采集系统故障信号并显示在工控机上袁 有助于故障的 查找和处理袁缩短了故障排除时间袁为现场操作人员提供了良 好的设备运行信息袁建立了一套完整的集散控制系统遥 3.2 变频器选型 在机械设备电控系统中袁 变频器的选用是否合理直接关 系到整个设备的运行可靠性与经济性袁 在实际选用中需对以 下几大要素展开综合分析院淤机械设备类型曰于负载转矩特性曰 盂调速范围曰榆静态速度精度曰虞起动转矩曰愚使用环境遥 根据 上述分析结果袁确定变频器的控制方式尧防护结构袁由此完成 最终的选型工作遥 根据负载转矩特性袁可将生产机械划分为三种院淤恒转矩 负载曰于恒功率负载曰盂流体类负载遥 净化风机控制属于是典型 的流体类负载袁此类负载转矩尧功率分别与转速的二次方尧三次 方成正比遥 根据我国工业生产机械设备情况来看袁各种风机尧水 泵尧油泵均为典型的流体类负载袁其采用变频器对风量尧流量进 行调节袁有利于节能降耗袁符合我国工业可持续发展要求遥 4 电动机调速与节能的关系 风机属于流体机械袁流量 Q 与转速 n 的关系如下式所示院 Q1/Q2n1/n2 上式中院Q1尧Q2分别是转速 n1尧n2时的流量遥 压力 H 与转速 n 的关系如下式所示院 H1/H2渊n1/n2冤2 上式中院H1尧H2分别是转速 n1尧n2时的压力遥 功率 P 与转速 n 的关系如下式所示院 P1/P2渊n1/n2冤3 上式中院P1尧P2分别是转速 n1尧n2时的功率遥 通过上述三个公式分析可至袁流量尧压力尧功率分别与转 速一次方尧二次方尧三次方成正比遥 因此袁风机运行中袁可以通 过减小转速的方式实现节流袁如院转速减小至 80时袁流量尧轴 功率分别降至 80尧51渊803冤曰转速减小至 40时袁流量尧轴 功率分别降至 40尧6.4渊403冤袁由此获得良好的节电效果袁 如院 当频率下降 10袁 其节电率计算可得院1-渊1-10冤3 27.1遥以此类推袁频率下降 15尧20尧25尧30袁节电率分别 可达 38.6尧48.8尧57.8尧65.7遥 目前该分厂变频改造后袁用压力传感器检测系统风压后袁 风机运行在 45Hz 时袁 就能满足生产需要袁 利用公式 n60f/P 可得院 高压风机同步转速为 n60f/P越3000r/min曰 高压风机转差率 s渊渊n0-n冤/n0冤0.017袁 那么高压风机在 45Hz 运行时袁实际转速为 n实际越60f渊1-s冤/P2654r/min袁那么根 据公式 P1/P2渊n1/n2冤3可计算出输出功率比额定功率降低渊37- 26.97冤越10.03kW袁节电率为院10.03/37伊100豫越27.1豫袁恰好与频 率下降到 10豫时的节电率是相吻合遥 同理也可计算出反吹风 机在 45Hz 运行时的节电率遥 5 变频调速技术节省能源 长期以来袁此车间主要是通过阀门控制的方式袁对风流量 进行调节袁 根据生产实际发现袁 阀门控制流量由 100豫减至 70豫袁能量仅仅减少了 2豫曰采用变频调速控制方式后袁流量由 100豫减至 70豫袁能量仅仅减少了 52豫袁由此充分显示了变频调 速控制在节能降耗方面的显著优势袁系统运行效率大幅提升遥 根据国外相关报道显示袁工作点处于最大流量 80时袁使 用风阀尧导流叶片尧涡流联轴器将分别消耗电机能量的 93尧 70尧67袁使用变频器则只消耗 51袁此值将近风阀的一半曰 流量为 80时使用风阀尧导流叶片尧涡流联轴器将分别消耗电 机能量的 73尧49尧29袁使用变频器则只消耗 15袁节能效 果十分显著遥 6 应用变频器调速的其它好处 6.1 减少噪音 在风机的运行过程中袁转速减小的同时袁噪音也大幅降低袁 如下式所示即为风机噪声抑制公式院渊dB冤551og渊速度1/速度2冤遥 当风机的转速由 100豫减小至 50豫袁则其噪声降低量值计 算如下院55伊1og渊1500/750冤55伊0.3016.5dB遥 由此显示袁噪音电平降低了 16.5dB袁效果十分明显遥 6.2 设备软启动， 消除了起动冲击 感应交流电动机的启动电流可达满载电流的 7 倍袁 即便 是采用 Y-吟起动也会达到 4.5 倍遥无论是采用何种启动方式袁 可要充分考虑在接通电源的一瞬间对电网的冲击袁电机越大袁 则相应的冲击也就越大袁 由此袁 必须要增强供电设备供电能 力袁以更好的承受冲击遥 通过了变频器的应用袁有效避免了启动冲击问题袁其起动 电流由零开始袁随着负荷不断增加而逐步上升袁无论何时均不 会出现超过满载电流的情况袁 同时可人为对起动时间进行设 置袁从而平稳达到预设速度遥 6.3 高功率因数 供电局对用户功率因数有着十分严格的要求遥 当功率因 数低于 90豫时袁用户必须采取一定的补偿措施袁否则将予以罚 款袁反之则可受奖遥 通过变频器的使用袁功率因数可接近 1袁有 效避免了功率因数的补偿遥 7 结 论 PLC 和变频器在净化风机中应用后袁 可用 profibus-dp 总 线和 wincc6.0 组态软件袁实现现场设备的集中管理和控制袁对 设备能够采取时时监控遥 并且经济效益显著袁节约了大量的能 源袁 而且减轻了轴功率的负担袁 有效地延长了设备的使用寿 命袁达到了改造的目的遥 参考文献 [1]吴忠智袁吴加林.变频应用手册[M].北京院机械工业出版社. [2]满永奎.通用变频器及应用[M].北京院机械工业出版社. [3]李发海袁王 岩.电机与拖动基础[M].北京院清华大学出版社. [4]廖常初.大中型 PLC 应用教程.北京院机械工业出版社袁2006. 收稿日期 2017-12-12 作者简介 徐尚锴渊1983-冤袁男袁自动化工程师尧电气支持工程 师袁本科袁主要从事铝电解设备管理和能源管理工作遥 论述310