PLC结合变频器在风机节能上的应用(1).pdf

2019201920192019201920192019201920192019201920192019201920192019201920192019201920192019201920192019201920192019201920192019 建筑管理与经济 PLC 结合变频器在风机节能上的应用 黄发彦 内蒙古吉兰泰碱业有限公司电仪车间 摘要 随着经济的发展， 人们生活水平的提高， 人们逐渐 意识到可持续发展的重要。当前我国的水泵、 风机等大功率用 电设备基本都是大容量高压电机控制， 这些设备的耗电量能达 到全国耗电量的45左右， 这使节能技术对于我国的能源节约 尤为重要。但是现在的节能方式比较落后， 很多情况下是起不 到节能作用的， 反而增加了电能的消耗。对高压变频调速技术 深入研究探讨， 并在电机调速控制领域使用， 不但满足生产的需 要， 还能大大的节约能源的消耗。本文就PLC结合变频器在风 机节能上的应用展开探讨。 关键词 PLC； 变频器； 风机； 节能 PLC一般由中央处理器、 存贮器、 输人/输出组件、 编程器及 电源等五部分组成。其控制功能是通过存放在存贮器内的程序 来实现的。 一、 PLC与变频器的结合 PLC即可编程控制器是专门为工业设计， 在工业环境下应 用的数字运算操作的电子设备， 在它的内部存储可以执行计时、 逻辑顺序运算、 算术和计数运算等很多操作指令， 还可以通过模 拟或者数字模式输入和输出各种控制机械以及生产过程的指 令。变频器的输入信号基本包括了设备运行的许多指令信号， 如运行/停止、 微动、 正转/反转等运行中操作的开关型指令信号。 它经常利用继电器接点或者具有继电器接点特点的元件 （如晶 体管） 与PLC相连， 从而是指令可以操纵设备。使用继电器接点 的时候经常会出现接触不良， 引起错误动作； 在使用晶体管连接 的时候需要考虑晶体管自身的电流容量、 电压等， 以保证系统的 可靠稳定。设在设计变频器的输入信号电路的时候还要注意， 输入信号电路连接不当也会造成变频器的错误动作。比如， 在 信号电路用继电器等感性负载时， 继电器开闭产生的造影有可 能会是变频器发出错误指令， 应尽量避免。在输入开关信号到 变频器的时候， 有的时候设备电源会和变频器的控制电源 （24V 电源） 发生串扰， 这样会造成设备跳电， 也有可能烧坏24V电源。 正确的连接是用PLC电源把外部晶体管的集电极通过二极管连 接PLC。因为连接处输入信号的不同， 所以要根据变频器的输 入阻抗来选择合适的PLC输出模块。在PLC进行顺序控制的时 候， 由于CPU需要时间来处理数据， 有可能会出现一点时间的延 缓， 所以在精确的控制中澳考虑这个因素。变频器在运行的时 候会产生电磁干扰， 为保证PLC不被电磁干扰或者其他的因素 影响而出现故障， 变频器与 PLC链接的时候应注意以下几点 （1） PLC本身要按安全操作规章的接线标准进行接地， 并且应与 变频器的接地线分开。（2） PLC应采用稳定的24V电源， 保障输入 输出信号的稳定可靠， 避免出现误动作。 （3） 应当把变频器与 PLC安装于同一操作柜中， 方便操作， 但是要尽可能的把两者的 电线区分开， 防止出现故障。 二、 PLC控制结合变频调速在风机节能上的应用 （一） 逻辑方面 普通继电器主要使用硬接线逻辑， 根据继电器触点的串并 联方式及延迟继电器的滞后动作整合成控制逻辑， 连线相对比 较复杂， 布线后体积大， 自身功率消耗也大。PLC是程序存贮控 制器， 逻辑方面以控制程序的方法贮存在PLC内存之中。逻辑 方面仅与程序有一定关系， 当需要改变控制对象或改变生产流 程时， 只需要修改程序就可以完成， 不必进行大量的硬件改造。 所以， 灵活方面和扩展方面有所加强， 对产品更新有很大帮助。 （二） 变频器选择 变频器连续调速是使用变频器的追踪速度模拟给定信号来 改变输出频率功能。选择变频器主要是从品牌、 价格、 用户的要 求和驱动的负载特性等几个方面来考虑。如果风机的启动转矩 大， 可以用微处理器控制的变频器， 最好是采用有现代先进技术 水平的绝缘栅双极型晶体管作为功率输出器件， 这样可以为电 动机和变频器本身提供良好的保护的同时， 是设备运行更可靠， 功能更多样。 （三） 电锯投入运行信号的采用 用电锯工作时的控制接触器的一对常开辅助触点控制一个 中间继电器， 中间继电器要选用最少有两对常开触点的。用其 中的一对接入PLC的一个输入点， 另一对控制一个气阀， 气阀再 带动气缸， 用气缸启闭设备上的风口。这样就实现了PLC对投 入电锯信号的接收， 也实现了风口的自动启闭， 简单实用。 （四） 速度方面 继电器控制是根据机械触点的动作来实现， 触点的通断动 作主要以毫秒为单位， 而且会产生触点的颤动等问题。PLC由 程序指令控制半导体电路来实现控制， 控制速度非常快。单个 程序的执行仅以微秒为计量单位。并且PLC内部有严格同步， 触电颤动的问题则不会产生。 （五） 变频器的参数设置和接线 （1）变频器参数的设定。使用的变频器是富士 FREN⁃ IC5000G9S系列的。根据多段速控制的需要和风机运行的特点 主要设定的。（2） 多段速控制时端子的组合。这个系列的变频器 进行多段速控制的端子为X1， X2和X3。通过这3个端子的组合 最多可以实现7段速度运行。 （六） 限时方面 继电器的控制逻辑是根据时间继电器的滞后动作进行限时 控制。可能会产生定时精度不足， 定时时间会被周围环境的温 度和温度变化改变， 时间调整起来相对繁琐。PLC使用半导体 集成电路作为定时器， 时基脉冲由晶体管振荡器产生， 精度高、 反应快。定时器的定时范围一般在0.1s至若干秒、 若干分钟甚 至更长。定时时间无法被周围温度和温度变化改变， 调好之后， 不会变化。PLC 也会提供计数功能， 而一般普通继电器不能 计数。 （七） 安装与调试 设备安装完成后， 将编号的编程软件写入主机与PLC联网， 设定变频器参数， 然后检查电路， 并逐步通电观察调试。PLC系 统运行是， 先适当的减少负荷， 观察流量是否会随着频率的降低 而减小， 然后找到合适的最低频率， 是变频器在最低稳定工作点 状态下工作。 （八） 可靠方面 继电器的接点在通断时会被产生的电弧击打， 导致对使用 寿命产生影响。而PLC是以集成电路为基本元件的电子设备， 内部处理依靠程序判定， 使用寿命会无限延长。而且以现在的 技术水平， PLC 工作时间数万小时， 几乎不会出现任何故障。 PLC还可自我检查和监控， 能实时监测自己的工作情况， 可以及 时显示出来， 传达给相关的工作人员， 还能动态地检测控制程序 的执行情况， 给当场调整和维修提供了便捷条件。 （九） 实施效果 由于风机采用了变频器软启停， 消除了原来启动时大电流 对电网的冲击， 用电环境得到了改善。由于风机电机大多数时 间运行在额定转速以下， 电机的振动、 温升及噪声都极大的减 少， 电气故障也比原来降低， 电机使用寿命也相应延长。由于采 用了温差闭环变频调速， 提高了自动化水平， 减少了人为因素的 影响， 完善了系统的运行环境质量。风机控制系统在低负荷工 况调节下其节能潜力非常巨大， 如从100额定转速降低到70 额定转速时， 由下表可知其节能率可以从O升高到65.8。对 于150kw的风机而言， 采用变频调速装置进行技术改造后， 大致 可以在1.5年就能收回成本， 因此是提高其内部系统综合运行技 能水平的重要技术措施。 三、 结语 PLC与变频器用于风机等设备驱动控制场合， 是比较适合 小型企业的控制方式， 改善了设备的工作效率， 提高了生产工艺 需求， 节省了部分人力， 程序设计简单明了， 重要的是可以减少 设备维护及维修费用， 降低了停产周期， 直接和间接效益明显。 参考文献 [1]周谷珍,李明.通风机调速节能方式分析与改进[J].工业安 全与环保,2017. [2]贺勇.变频器的节能计算方法[J].机床电器,20151739. [3]刘祖其.电器控制与可编程控制器应用技术[M].北京机 械工业出版社,2015. 200