钢铁企业PLC控制的局部通风机变频调速系统.pdf

2 0 1 4 N O ．0 9 下 钢铁企业 P L C控制的局部通风机 变频调速系统 张永行 上海梅山钢铁股份有限公司设备分公司，江苏 南京 2 1 0 0 3 9 高 新 技 术 摘要 在 当前的电气控制 系统中，P L C是相 当典型的工业控制装置之一。通过对 P L C控制装置的使用，除了能够实现 比较复杂的逻辑控制 目的以外 ，还能够支持定时控制功能以及顺序控制功能的 实现 ，且控制过程当中具有较好的稳定性 ， 可靠性，以及抗干扰性。而在钢铁企业举步通风机 中，为 了能够在 实现安全监控 目标的同时，使节能效果更加的确切 ， 就需要探讨将 P L C控制与变频调速相结合的控制方法，使钢铁企业中所应用的局部通风机通风性能得到改善 ，节能效益 进一步的发挥出来。文章即针对该问题展开分析与研究。 关键词钢铁企业；P L C控制；局部通风机 ；变频调速系统 中图分类号T D 6 3 5 文献标识码A 1 局部通风机节能原理分析 已有的研究资料中认为风机的工作 性能会受到风机工作特性曲线以及管网特 性 曲线这两个方面因素 的影响。在风机工 作点恒定的前提下 ，可通过变频调速控制 或者是阀门控制的方式，对风机的流量进 行合理的控制。以钢铁企业 比较常见的除 尘通风机为例，变频调速节能原理的基本 示意图如图 1 所示 。 结合图 1 来看 ，关小阀门可对应减少 通风机的流量 ，但与之相对应的是，管 网 的阻力水平明显提升，风压自图 l 中H1 点 提升至 I -I 2点，对应的流量取值则从 Q 1 点 下降至 O 2 点 ，风机原有的工作点 N 1 转移 至 N 2 位置。相对于阀门控制模式而言，在 以变频调速方式控制的前提下，可以在不 对机械阀门开度产生影响的前提下，实现 对风机转速的调整。换句话来说，转动速 度成为了唯一影响通风机工作特性的因素， 工作点 自N 1 位置转移至 N 3 ，风压取值 自 H 1 下降至 H 3 ，而对应的流量取值则 自Q 1 下降至Q 3 。 进一步通过对通风机流量取值、 风压取值、以及功率取值的分析，认为对 于通风机而言，其功率的下降有三次方的 关系，因此认为引入变频调速系统节能具 有相当大的潜力。 2 局部通风机变频调速的实现 整个变频控制系统的基本组成结构包 括上位机部分， P I E 控制部分、 变频器部分 、 电气控制部分、 以及风机部分这几个方面。 在钢铁企业生产实践中，对该变频调 速控制系统的应用方式为 电机 以及通风 机在变频器的带动作用之下正常启动，通 过所建立的特征模型控制器 ，通过 WI N C C 对 P IE 控制系统中除尘器入 口位置的管网 压力信号进行读取，编制与实际工况相对 应的 P IE 程序。P IE 控制模块当中，将所 读取的信号通过程序本身进行 比较与运算， 同时由上位系统遵循智能 P I D控制器的控 制原理 ，面向 P L C 输 出电信号 ，由P L C模 块负责完成MI 的转化。A ／ D转换完成后 输出包含模拟量以及数字量的电信号 ，从 而对变频器的启停频率进行设置 ，达到调 一 8一 中国新技术新产品 整 电动机运行电压以及运行频率取值的目 的， 最终使通风机的转动速度的得到调整。 在这一过程当中，能能够形成 以管 网压力 跟踪烟尘含量为标准的闭环反馈控制系统。 还需要特别注意的一点是 ，在钢铁企 业局部通风机正常运行 的状态下 ，变频器 始终处于变频调速的工作状态下，因此可 以通过对管网负压进行调节控制的方式 ， 实现对运行现场烟尘量的跟踪监测工作 ， 达到满意的节能效果。基于这一理念，引 入模块化的设计理念，形成完整的变频调 速控制系统。 3 变频调速控制系统设计要点 首先，从变频调速控制系统硬件设计 的角度上来说，P L C选型为西门子 s 7 4 0 0 系列 P L C装置，同时选择包括 E r 2 0 0 M智 能终端 以及 3 5 0 1 负压变送器在内的相关 电气部件。液力耦合器正常运行状态下输 出功率取值为 9 0 0 k W，中压变频器正常运 行状态下输出功率取值为 6 3 0 k W。 其次，从变频调速控制系统软件设计 的角度上来说，软件编制的核心在于变频 响应速度方面的问题。结合钢铁企业的实 际工况来看 ，建议 以现场所采取的生产数 据为基础，结合生产情况虚拟取值，综合 形成管网所对应 的压力取值，然后在 P I D 智能控制算法的支持下 ，完成对动作的响 应，一方面能够使整个变频调速控制系统 的稳态性得到合理的提升，另一方面能够 实现对变频调速控制系统动作响应速度的 加强 ，能够起到较好的效果。 需要引起重视的一点是为了能够使 整个变频调速控制系统的编程结构更加的 简单，需要尽量将具有共性 的部分纳入主 程序当中 共性部分主要包括通风机加速 脉冲扫描程序、减速脉冲扫描程序、输入 程序、以及输出程序等 ，其他的相关程 序则编人子程序当中 包括局部通风机码 表程序、以及循环程序等 。在对主程序 进行周期性扫描的过程当中，可以实现对 主程序所对应子程序的读取。同时，受到 脉冲扫描以及输入输出程序 的影响，整个 系统对数据的读取速度可得到显著的提升。 Q Q 图 1通风机变频调速节能原理示意图 子程序嵌入主程序当中，对主程序的扫描 可同时实现对子程序的扫描。再加上 P L C 主程序具有快速扫描的优势 ，因此可以有 效解决在子程序、主程序扫描时间差方面 存在的问题。与此同时 ，快速的扫描特性 还能够对通风机正常运行条件下的加速 、 减速变化动作加以及时的响应 ，从而对实 际工况下的运行数据进行动态跟踪 ，在对 通风机进行实时控制的同时，体现 良好的 节能效果。 结语 本文以钢铁企业生产实际工况作为切 入点，结合钢铁生产系统线上除尘管网系 统的运行特点，基于 P L C技术支持，构建 了适用于局部通风机的变频调速控制系统。 文章中对该局部通风机变频调速控制系统 的实现原理，硬件软件设计要点展开了全 面分析与研究。该 系统作用于实际工况 ， 综合节能效果 良好 ，证实了P IE 控制下变 频调速系统在节约钢铁企业局部通风机运 行能耗方面的确切价值，值得后续的实践 工作中引起关注与重视。 参考文献 f 1 1 左毅 ． 基于 P L C控制的局部通风机变频 调速 系统的研究 ． 安徽理工大学 ， 2 0 0 8 ． f2 1 徐益民， 林海鹏， 赵汗青． P L C在矿井局 部通风机变频调速 系统中的应用 硼． 煤矿机 械 ， 2 0 0 4 1 2．