风机调速系统在静电除尘器中的应用.pdf

2 0 0 9年 第 3 1 卷 第 5期 第 4 2页 电 气 传 动 自 动 化 EL ECTRI C DRI VE AUToM AT1 0N VO1 ． 31。 No． 5 2 0 0 9 。 3 1 5 4 2 ～ 4 4 文章编 号 1 0 0 5 7 2 7 7 2 0 0 9 0 5 0 0 4 2 一O 3 风机调速 系统在静电除尘器 中的应用 姜子运，雷烨 兰州交通大学自动化学 院 ， 甘肃 兰州 7 3 0 0 7 0 摘要 采用可编程逻辑控制器和 变频 器构成 的风机调速 系统 可以使 风机平稳起动 ，减 小了起动 时大电流对 电网的冲击， 延长了设备的使用寿命 ； 同时能更精确地控制除尘器运行时电场内部的压力， 有效避免压力波 动剧烈 ， 为除 尘器的安全 高效运行提供 了保证 。 以某铝业公 司沥青烟 气净化静 电除尘器风机调速 系统为例具 体介 绍 了系统设 计、 硬件选型 、 电路 设计等 ， 并 对节能效 益进行 了评 价。 关键词 静 电除 尘器；风机调速 系统 ； P L C ；变频 器 ； 节能 中图分 类号 T P 2 9 文献标识码 B App l i c a t i o n o f f a n s pe e d c on t r o l s y s t e m i n e l e c t r os t a t i c pr e c i pi t a t o r s J l ANG Zi - y u n，L EI Ye S c h o o l o f A u t o ma t i o nE l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , L a n z h o u J i a o t o n g U n i v e r s i t , L a n z h o u 7 3 0 0 7 0 ， C h i n a Ab s t r a c t A f a n s p e e d c o n t r o l s y s t e m， c o mp o s i n g o f P r o g r a mma b l e L o g i c C o n t r o l l e r P L C a n d De q u e n e y c o n v e r t e r ， ca n mak e f a n s s mo o t h l y s t a r t a nd r e du c e t h e i mpa c t t o t he po we r g r i d ， a s a r e s u l t e x t e n d t he l i f e o f t he t eq u i p me n t s ．At t h e s a me t i me i t c a n c o nt r o l t h e ES P p r e s s u r e i ra r e a c c ur a t e l y，a v oi d flu c t u at i ng h e a v i l y ，S O g u a r a n t e e t he s a f e t y a n d e ffici e n c y o f t he ES P．Ba s e d o n a s p e c i fic fan s pe e d c o nt r o l s y s t e m whi c h i s us e d t o pi t c h g a s pu r i fic a t i o n ES P， t he s y s t e m de s i g n，h a r d wa r e de s i gn a nd s o f t wa r e de s i g n a r e i nt r o du c e d．The e f f e c t o f e n e r g y c o n s e r v a t i o n i s a l s o e v a l u a t e d． Ke y wo r d s e l e c t r o s t a t i c p r e c i p i t a t o r s ES P ； fan s p e e d c o n t r o l s y s t e m； P L C ； e q u e n e y c o n v e r t e r ； e n e r g y s a v i n g 1 引言 在碳素焙烧过程中会排 出大量含有沥青颗粒 的烟尘 ， 按 我 国 大气 污染 物综合排放标准 必须 对烟尘须净化处理 ，因此每个焙烧 车间都配有专 门的除尘系统。电除尘是应用最为广泛 的烟尘净 化方式之一 ，静 电除尘器电场 内部压力不稳定会 影响除尘效率 ，甚至使重锤脱落导致 电场短路故 障。因此为了使静电除尘器稳定高效地运行 ， 要求 风压在整个工作周期 内稳定 于一定范围内 ，风压 过小不能满足工艺需求 ，风压过大会使除尘效率 大大降低 ， 严重污染环境 。 除尘风机属 高耗能设备 ，其容量一般都是根 据生产 中可能 出现的最大负荷条件选择 ，但 在实 际运行 中负荷值往往 比设计要小得多 。如果 电机 不采用变频调速控制 ，则风量通 常只能通过调节 风机人 口阀门开度来控制l 1 】 ， 其结果是造成很大的 能量损耗 。采用变频器电动机进行调速运行 l 2 ] ， 则 能耗将会显著减少 ， 对节能环保有显著意义。 本文 以某铝业公 司碳素车间沥青烟气净化静 电除尘器风机调速系统为例具体介绍了系统设计 、软硬件设计 等 内容 ， 并 对节能效益进 行了评 价 [ 。 2 风机调速 系统 设计 2 ． 1 需求分析 该风机调速系统是某铝业公 司碳素车间沥青 烟气净化静 电除尘器的一个子系统 ， 控制对象包括 一 用一备 2台风机 A C 3 8 0 V供 电， 功率 2 2 5 k W 以及 用于切 换风道的 电动 阀门 2台 A C 3 8 0 V供 电 ， 功率 7 ． 5 k W 、 人 口温度传感器 、 轴承温度传感 器 、 除尘器乐力传感器 、 变频器等。工艺要求有就 地手动控制和远程监控运行两种工作方式。 2 ． 2 系统体 系结构 调速系统是 由监控级 、 控制级和现场级j部分 组成 的集中式控制系统 ，监控级主要设备有操作 员工作站 I P C机 1台 ， 另配有 2 1 ” C R T显示器以 及打印机 ， 安装于中央控制室 ； 控制级主要设备有 P L C控制柜 、 变频器柜 、 切换柜以及低压控制柜 ， 安 装于控制室 ；现场级主要设备有温度和压力传感 2 0 0 9年 第 5期 姜子运 ， 雷烨 风机调速系统在静 电除尘器 中的应用 ‘ 4 3 。 器 、 电动机 ， 现场控制箱等。其控制系统体系结构 时刻等可根据设定打印报表 。 如图 l 所示。 2 ． 5 ． 2 下位机软件设计 图 1 系统体系结构 图 2 - 3 系统配置 上位机选用 I P C 6 1 0工控机作为主机 ，组态软 件为 Wi n C C；下位机选用 7 3 0 0系列 P L C ， C P U为 6 E S 7 3 1 4 ， 2块开关量输入模块 6 E S 7 3 2 1 ， 1块开关 量输 出模块 为 6 E S 7 3 2 2 ， 1块 模 拟量输 人 模块 为 6 E S 7 3 3 1 ， 1块 模 拟 量 输 入 输 出 混 合 模 块 为 6 E S 7 3 3 4 ； 大功率变频器的价格 比较 昂贵， 因此选择 I 台 MM4 3 0 2 5 0 K变频器采用一拖二的方式工作 。 2 ． 4 电路设计 风 机调速 控制 系统 电路 主要 有 P L C模块 电 路 、 变频器 电路 、 风机切换 电路及 阀门控制 电路 4 部分。其中风机主回路 电路如图 2所示 。 图 2 风 机主 回路示意图 2 ． 5 软件设计 2 ． 5 ． 1 上位机软件设计 上位机开发软件为 Wi n C C，设计 内容 主要有 主登陆界面 包括系统 内各设备的运行状态和参 数 以及风机起停按 钮 、 电动阀门起 停按钮 、 参 数 设定界面 包括设定运行压力值 ，设定压力报警 值 、 设定各温度报警值等 、 报警汇总界面和历史 参数记录界面。其 中重要参数如压力 、 报警类型及 P L C开发软件为 S T E P 7 ， 软件设计 主要包括模 拟量转换部分 、 故障判断及处理部分 、 电路联锁部 分以及 P I D处理部分。 模 拟量 转换部 分就是 用 F C 1 0 5 ， S C A L E功能 块把模块接收的标准电气信号转换为与实际物理 量对应的信号 ， 其用法如图 3所示。 注 O U T [ F L O A T I N ] 一 K I ／ K 2 一 KI HI 一 HIL I M L O _ L I M ] L O _ HM 图 3 S C A L E功能块举例 故障判断及处理部分是对采集的信号和设备 状态进行判断 ，如果故障则进入相应 的故障子程 序进行处理 ； 电路联锁部分主要是风机及 电动 阀门 的控制 电路部分 ； P I D处理部分是在监控运行方式 下根据设 定 的风压利 用 P I D模块 F B 4 1 ， C O N T _ C 功能块 计算得到合适的值并输 出给变频器 ， 其主 要参数如表 1 所示 。 表 1 F B 4 1 功 能块 主要 参数表 序 参数名 参数 默认 设定范 围 描述 号 类型 值 l C Y C L E T I ME 1 s ≥l s 采样时 间 2 S P I N T R E AL 0 ． O 一1 0 0 ．0 ～ l 0 0 ． 0 ％ 外部设定点 3 p V I N R E A L O ． O 一 1 0 0 ．0 ～ 1 0 0 ． 0 ％ 实际采样值 4 G A I N R E A L 2 ． O 控制器增益 5 T I T I ME 2 0 s ≥C Y C L E 积分时问 6 T D ．r I ME 1 0 s ≥C YC L E 微分时间 7 T M L A G T I ME 2 s ≥C YC L E ／ 2 微分滞后时间 8 P V F A C R E A L 1 ．0 过程变量因子 9 L M N R E A L 0 ．0 输出操作值 3 节能分析 离心式风机属于二次方律风机 ， 其机械特性具 有二次方率特点 ，即风机转矩 7 1 与转速 n成正 比 T o c n ， 功率 P与转速 n 成 正 L Po c n ， 而调速 4 4 电气传 动 自动化 2 0 0 9年 第5期 电机 的转速 凡与电动机工作频率 厂 成正 比例关系 n o c 厂 ，因此功率 P与 电动机工作频率 厂 ， 成正 比 例关系 尸o c 厂 。假定工作于工频 5 0 H z 时电机功 率为 ， 则实际工作频率为 厂 时 电机实际功率将为 ，故 实 际 节 能 百 分 比 为 1 一 } 1 0 0 ％ 。 该调速系统投入运行两年来 ，变频器 的实际 输 出频率 即电动机的 工作频率一般约 4 2 H z ， 也 就是说实际节约能量约为 4 0 ％，产生了很好的经 济效益和社会效益。 4 结束语 采用由变频器构成的调速风机可以实现风机 的平稳起动 ，大大降低了工频起动时对电网的 冲 击 ， 延长 了设备 的使用寿命 ； 同时也降低 了起动时 的负压冲击 ， 减少设备 的故障率 ； 使用过程 中也能 较好的跟踪设定 目标 ，为提高除尘效率创造 了条 件。此外 ， 该系统在节能方面也创造了很好的效果。 但是该 系统是 固定参数 的 P I D控制 系统 ， 在 实际使用过程中往往因为移炉或其它工艺条件发 生变化时会引起控制效果 的波动 ，此外 P I D参数 的设 定更 多地依赖 于工程人 员 的经验 和反 复凑 试 ， 从而使工程 中 P I D回路 的整定效果差异很大。 参考文献 [ 1 ] 徐鹿眉． 基于P L C的直流电动机双闭环控制系统[ J ] ． 电 站设备 自动化 ， 2 0 0 6 ， 9 2 1 2 4 ． [ 2 ] 欧 剑． 基于除尘风机高压变频器的应用[ J ] _ 现代电子 技术 ， 2 0 0 8 ， 1 6 2 1 2 4 ． [ 3 ] 刘国海等． 集散控制与现场总线[ M] ． 北京 机械T业 版社 ， 2 0 0 6 ． [ 4 ] 西门子 中国 有限公司． s 7 3 0 0可编程序控制器系统手 册[ M] ． 上海 西 门子 中国 有限公 司， 2 0 0 5 ． [ 5 ] 任怀平， 陈亦滔． 变频器在供热锅节能技术上的应用与 研究 [ J j ． 铁路T程造价 管理 ， 2 0 0 8 ， 7 5 6 5 8 ． 作者简介 姜子运 1 9 8 1 一 ， 男， 汉族 ， 安徽 省 六 安 市人 ， 硕 士 研 究 生 。研 究 方 向 为 系统分析与集成 。 雷烨 1 9 8 3 一 ， 女 ， 汉族 ， 陕西省 西安 市人 ， 硕 士研 究生。 研 究 方 向 为控 制 理 论 与控 制 工 程 。 收稿 日期 2 0 0 9 0 2 1 8 上接第 3 4页 J 路之间都要有空端子隔开。 端子排上的接线是根据 设计院提供 的二次原理 图以及开关 柜上元件 的布 置做 出来 的 ， 除 了满 足本柜需要外 ， 还应根据设计 院的二次原理图， 预 留外引接线的端子 。 5 ． 3 开关柜 内控制回路 开关柜 内控制回路一般有 个 回路 储能 回 路 、 合闸回路 、 跳闸回路 ， 其余 的回路都是闱绕这 个 回路展开的。储能回路 ， 弹簧机构 的断路器都有 储能 回路 ， 通过储 能电机来实现储存能量 ， 以满 足 断路器合闸时所需的能量要求 ， 在开关柜面板上可 以通过指示灯来 显示储能状态 ， 储能及未储能指示 则是储能回路的辅助回路。合闸回路 ， 通过合闸线 圈的通电动作 ， 在储能簧 的作用下 ， 使得储 能保持 掣子脱扣而完成断路器合 闸的过程。 有就地试验位 置合闸 、 远方运行位置合 闸 、 D C S 合 闸 、 保护合闸 ， 即可手动合闸， 也可电动合闸， 合闸指示灯， 以及跳 位继电器是合闸回路的辅助回路。跳闸回路， 通过 跳 闸线圈的通 电动作 ， 在分 闸簧的作用下 ， 使得合 闸保持掣子脱扣而完成断路器跳闸的过程。 有就地 试验位置跳闸 、 远方运行位置跳闸 、 D C S跳闸 、 保护 跳闸 ， 即可手动分 闸， 也可电动分闸 ， 跳 闸指示灯 ， 以及合位继电器是分闸回路的辅助 回路 。 防跳 回路 ， 防跳 回路是断路器在故障状态下防 止再次合 闸的回路 ， 有 i种方式可 以实现 ， 采用综 合保护装置 的防跳 ， 采用断路器 的防跳 ， 或者采用 防跳继电器 ， 种方式 只能选用一种。 6 结束语 随着技术 的进步 ， 市场 的残酷竞争 ， 以及用户 的严格要求 ， 高压开关柜 的生产和设计 ， 更趋 于合 理化 、 人性化 、 模块化 、 市场化 ， 本文从户 内高压开 关柜的系统人手 ， 论述 了开关柜的设计过程 ， 以及 设计时需要注意的问题 ， 对于今后高压开关柜的设 计有一定的指导作用 。 作者简介 朱国谦 1 9 6 8 一 ， 男， 1 9 9 6年毕业于西安交通大学电气工程 学院 电器专业， 大学本科 ， 1 9 9 6年 7月参加 工作 ， 就职 于天 水长城开关厂有限公司， 从事高压开关成套设备的制造、 工 艺、 研发 、 设计 工作 。 收稿 日期 2 0 0 9 0 4 0 2