PLC与变频器在除尘风机自动控制上的应用(1).pdf

广西教育 191 2018.6 【摘 要】本文简述在转炉炼钢厂利用西门子PLC可编程控 制器， 实现二次除尘风机根据转炉阀门状态控制除尘风机自动调 速， 达到净化转炉厂区的空气、 降低大气污染、 降低电耗的目的。 【关键词】风机转速 除尘阀等级 除尘阀 【中图分类号】G 【文献标识码】A 【文章编号】0450-9889（2018）06C-0191-02 广西柳州钢铁集团公司转炉炼钢厂 ， 40T大型化改造新建 两座150T转炉， 配置两套二次烟气除尘系统， 2013年10月同步 投产， 主要用于转炉生产中收集转炉兑铁水、加废钢、 转炉出 钢期间逸出的烟尘， 转炉吹炼时从活动烟罩处外逸的一次除 尘系统不能收集到的烟尘， 以及转炉停产检修切割粘钢产生的 烟尘， 输送副原料过程产生的烟尘等， 达到净化转炉厂区的空 气， 降低大气污染的目的。 二次烟气除尘系统的净化设备两台正压反吹风布袋除尘 器， 电控系统采用德国SiemensPLC可编程序控制器， 高压变频 装置为北京合康公司产品， 实现高压电动机的调速和驱动， 额 定转速750r/min， 以满足各吸尘点不同工艺抽风量的需要， 调 节不同工况时风机的运行转速。 计算机与PLC之间通过工业以 太网通讯， 实现人机界面操作实时监控风机运行状况及各吸尘 点抽风量的变化， 并根据工艺要求设置相关参数。 控制计算机 HM 其它检测仪表 二台高压变频控制 二次除尘二楼电气室 二次除尘风机操作 S7-400PLC 以太网交换机 压力变送器 控制电缆 5 类线以太网络 二次除尘系统现场 两台风机 机旁操作箱 铂热电阻 高压变频器室 控制电缆 两台风机 机旁操作箱 二台高压变频控制控制计算机 HM S7-400PLC 高压变频器室 以太网交换机 二次除尘风机操作 二次除尘二楼电气室 二次除尘系统现场 其它检测仪表 压力变送器 铂热电阻 控制电缆 控 制 电 缆 5类线以太网络 图1 二次除尘系统电气控制原理图 风机的控制设有自动、 手动（或本地）两种控制方式， 其中 手动控制可在控制计算机HMI画面上操作设备进行单独控制， 本地控制则在检修维护时在机旁箱操作风机启动、 停止， 设有 故障报警功能， 故障信号送至风机操作室。 自动控制则是根据 7、 8转炉发送来的各除尘阀开闭信号自动调节风机输出转 速， 以满足净化烟尘的生产需要。 一、 二次除尘风机自动调速设计 （一） 自动调速程序设计原则。 转炉的整个吹炼钢周期中需 要工作的阀有侧吸矩形阀、 顶吸支管阀、 吹氩喂丝、 三次除尘、 装包除尘阀、 精炼除尘阀。 从生产工艺流程看 兑铁时东面侧 吸矩形阀、 西面侧吸矩形阀阀门打开， 下枪开吹， 矩形阀阀门关 闭； 吹炼下枪时东面顶吸支管阀、三次除尘支管阀、 西面顶吸 支管阀阀门打开， 出钢结束阀门关闭； 出钢结束信号1分钟后， 炉 后吹氩喂丝阀， 18分钟后， 阀自动关闭； 钢包车离开座包位， LF 炉除尘阀阀门打开， 钢包车回到座包位， 阀门关闭， 钢包车离开 座包位。 要达到吸净厂区的烟气， 降低大气污染， 又降低电耗的 目的， 二次除尘风机转速高低的自动调节则应依据各个除尘阀 开闭信号来触发风机转速的自动调速控制。 根据炉前传至二次 除尘PLC的相关除尘阀的开关信号， 将转炉除尘阀信号等级分 配， 分别以侧吸矩形阀为一个除尘阀等级， 顶吸支管阀为第二 个除尘阀等级， 共建立六个除尘阀等级。 高速 中速 低速 低低速 除尘阀状态 除尘阀等级 风机运 行台数 二台风机运行 除尘阀等级之和 ≥比较值1 ≤比较值1 ≥比较值2 ≤比较值2 ≥比较值3 ≤比较值3 ≥比较值4 ≥比较值4 除尘阀等级之和 ≥比较值5 高高速 ≤比较值5 ≥比较值6 高 速 ≤比较值6 ≥比较值7 中 速 ≤比较值7 ≥比较值8 低 速 ≥比较值8 低低速 一台风机运行 高高速 高高速 比较值 1 比较值 2 比较值 1 比较值 2 比较值 3 比较值 3 比较值 4 比较值 5 比较值 6 比较值 6 比较值 7 比较值 7 比较值 8 比较值 8 比较值 4 比较值 5 高高速 高速 中速 低速 低低速 高速 中速 低速 低低速 图2 二次除尘风机自动调速流程 新150T二座转炉同时吹炼时， 系统总管道最大风量达1600 万m3/h， 风机转速的自动调节转速必须实现除尘效率高， 净化 厂区的空气， 又能降低电耗， 抽风能力满足各吸尘点不同工艺 抽风量的需求， 将风机设五个速度（分别以开一台风机或两 台风机来设定）。根据二次除尘系统抽风能力， 结合由η＝GC/ Gi计算出的除尘效率η， 考虑除尘布袋的透气性、 除尘器的 阻损及清灰方式、风管风量大小等诸多因素， 计算出以满足各 吸尘点不同工艺抽风量需求的参数比较值1-4或比较值5-8。 PLC与变频器在除尘风机自动控制上的应用 □柳州铁道职业技术学院 唐匀生 技术应用职教实务 广西教育 192 2018.6 视开风机台数， 分别确定开一台风机时两台风机开启时的比较 值， 当除尘阀等级之和与比较值1-4或比较值5-8相比较， 满足 高高速、 高速等速度条件后， 由PLC发出相应速度控制信号至 高压变频器， 高压变频器输出不同频率给高压电机， 使风机转 速自动实现升/降速运行， 满足生产工艺要求， 净化厂区空气。 （二）信号传输。 由于二次除尘风机自动调速的实现均取决 于转炉7、 8炉PLC开关量信号， 而转炉7PLC站、 8炉PLC站 及二次除尘PLC站各自独立控制着各自的系统， 因此在二次除 尘PLC上必须能读到转炉7、 8炉PLC控制的侧吸矩形阀、 顶 吸支管阀等相关阀门的动作信号， 要实现信号互通， 首先要建 立各PLC间的通讯。 西门子PLC可编程序控制器在柳钢转炉厂炼钢、连铸、 供水电公辅设施领域广泛应用，各自有独立的PLC分别控 制炼钢、连铸、 供水电公辅系统，转炉厂新建150T转炉系统 中已组建了一个工业以太环网，因此用西门子通讯功能， 只 要在转炉7PLC和8炉PLC的CPU网络配置（ “Insert New Connection”S7connection）中输入二次除尘PLC的IP地址， 即 可实现使转炉7PLC、 8炉PLC与二次除尘风机PLC间相互通 讯。程序调用接收、发送功能块SFB14和SFB15功能块编程， 将7、 8转炉控制阀门动作数据信号传至二次除尘PLC（如图 3） ， 分别放置在二次除尘风机PLC的数据块DB3和DB5上， 二次 除尘PLC站即可调用这些阀门开、 闭信号编写控制程序， 计算机 HMI上监控到侧吸矩形阀、 顶吸支管阀相关阀门的动作信号。 图3 转炉PLC站与二次除尘PLC站通讯 （三）程序设计。 首先在配置好二次除尘系统的PLC站程 序中， 建立FC10功能块用以存放风机自动调速程序， 从DB3和 DB5直接调用侧吸矩形阀、 顶吸支管阀开阀、关阀的信号， 用 MOVE语句将除尘阀开关量信号转换为数值。 如开一个侧吸矩 形阀时将1赋于设定的临时地址， 开两个则将2赋于设定的临时 地址， 再用MUL语句乘以侧吸矩形阀除尘法等级（除尘阀等级 由计算机HMI上给出） ， ADD语句相加后得出一个目前除尘阀 等级的和， 由生产工艺根据炼钢时产生烟气大小给出的比较值 与目前除尘阀等级的和相比较， 确定输出的转速值。 如此多次 应用MOVE语句、 MUL乘法、ADD加法和CMP比较语句， 实现 除尘阀等级及风机转速设定的要求， 分别确定出一台风机和两 台风机需要多大的转速， 将速度信号转换为模拟信号， 由PLC输 出至高压变频器， 高压变频器根据接收到的4-20mA模拟量电 流信号， 调节输出频率的大小， 控制高压电动机的转速， 稳定高 效地收集处理转炉二次烟尘。 图4 风机控制程序简略图 二、 除尘电耗 由于除尘风机的传动电机功率较大， 以及各吸尘点经常处 于不同时工作的工艺条件， 如果单纯地以手动设定风机转速， 是无法实现既净化烟尘又节电的。 一台风机运行的转速设定至 少650r/min以上， 两台风机转速同时提高到600r/min以上， 由此 节电是无从谈起的， 因为除尘阀风机的电耗主要取决于系统阻 损和烟气实际风量。 图5中当风量由1.0下降为0.5时用其它方法 如关小阀门， 则使阻抗曲线发生变化， 由R1变化到R2， 工作点 由A转移到B， 而采用自动调速， 风机减小风量时， 阻抗曲线R1 不变， 在由实际扬程决定的功率特性上由A转移至D， 采用自动 调速的方法节电量BD， 因此节电率可达20-60。 风机的负载 转矩与转速的平方成正比， 轴功率与转速的立方成正比， 实际扬 程越小， 节电效果也越大。 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 100 速度 立方曲线 R1 90 速度 80 速度 70 速度 A D B 节电量 图 5 二次除尘风机自动调速功率特性曲线 R2 图5 二次除尘风机自动调速功率特性曲线 利用转炉除尘阀的开/闭信号， 通过工业以太网通讯， 实现 二次除尘风机控制自动调节除尘风机的转速， 有效地净化转炉 厂空气， 并取得非常好的节能效果， 降低操作人员的劳动强度。 【 作者简介 】 唐匀生 （ 1962 ） ， 柳州铁道职业技术学院讲师。 （责编 丁 梦） 职教实务技术应用