热处理炉助燃风机变频自动控制节能研究与应用(1).pdf

2 0 1 4年第 2期 No ． 2， 2 0 1 4 九江学院学报 自然科学版 总第 1 0 5期 J o u rnal o f j i u j i a n g U n i v e r s i t y n a t u r a l s c i e n c e s E d i t i o n S u m N o ． 1 0 5 热处理炉助燃风机变频自 动控制节能研究与应用 汪定 态 山钢股份莱钢集团公司设备检修 中心 山东莱芜2 7 1 1 o 4 摘要本文主要对风机变频控制节能进行分析，并通过修改 P L C程序及优化变频器参 数 ，利用较为先进的模糊 P I D控制技术 ，实现助燃风机压力和流量 自动控制。 关键词 热处理炉，助燃风机 ，模糊 P I D 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A文章编号 1 6 7 4 9 5 4 5 2 0 1 4 0 2 0 0 4 4 一 0 3 三相异步电机变频调速技术以其卓越的调速 性能，显著的节电效果，成为现代电力传动技术 的一个发展方向。风机通过调节风门、挡板开度 的大小来调整受控对象的方法，不仅控制精度受 到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。 随着当今社会市场竞争不断加剧 ，采用变频调 速 技术对风机类负载进行改造 ，已成为必然趋势。 莱钢热处理线 2 辊底式热处理炉助燃风机采 用的是离心式风机 ，原设计 通过手动调节 风机频 率与 自动调节风机人 口百叶阀 门开启度相结合 的 方式来控制风机出口气体的流量和压力。虽控制 手段简单 ，但精度不高 ，而且部分 电能损 耗在百 叶阀门上，变频器应用不合理，造成能源浪费。 l风机工作原理与变频节能分析 1 ． 1工作原理 风机内空气的压缩过程通常是经过几个旋转 叶轮在离心力的作用下实现的。当电动机转动时， 风机的叶轮随着转动，叶轮在旋转时产生离心力 将空气从叶轮 中甩 出，空气从 叶轮 中甩 出后汇集 在机壳中，由于速度慢，压力高，空气便从通风 机出口排出流人管道。当叶轮中的空气被排出后 。 就形成了负压，吸气 口外面的空气在大气压作用 下又被压人叶轮中。因此，叶轮不断旋转，空气 也就在风机的作用下，在管道中不断流动。理论 上 ，离心风机的压力 一流量特性曲线是一条直线 ， 但由于风机内部存在摩擦、阻力等损失，实际的 压力与流量特性 曲线随流量的增大而平缓下降， 对应的离心风机的功率 一流量曲线随流量的增大 而上升⋯。当风机以恒速运行时，风机的工况点 将沿压力 一流量特性曲线移动。风机运行时的工 况点，不仅取决于本身的性能，而且取决于系统 的特性，当管网阻力增大时，管路性能曲线将变 陡。风机调节的基本原理就是通过改变风机本身 的性能曲线或外部管网特性曲线，以得到所需工 况 。 [ 】 1 ． 2风机变频节能分析⋯ 从流体力学原理得知，风机风量与转速及电 机功率相关。当风量减少风机转速下降时，其电 动机输人功率迅速降低。例如风量下降到 8 0 ％时， 转速也下降到 8 0 ％，其轴功率则下降到额定功率 的5 1 ％； 若风量下降到 5 0 ok时，轴功率将下降到 额定功率 2 0 ％。采用变频调速，改变风机电动机 的输入频率从而改变电动机、风机转速，达到调 节空气流量的目的，既满足生产工艺变化的要求， 又节省电能，是一举多得的最佳措施。图 1 可说 明其节电原理。 收1 离日期 2 0 1 4 0 4 2 7 通讯作者汪定态 1 9 7 0一 ，男，安徽铜陵人，工程师，主要从事电气自动化控制及仪表维护工作。 第 2期 汪定态热处理炉助燃风机变频 自动控制节能研究与应用 4 5 Q 图 1 风机运行曲线图 图 l 中，曲线 1 为风机在恒定转速 13 下 的风压 一 风量 HQ 特性 曲线 ；曲线 2 为 管网风阻特性曲线 风门全开 ；曲线 4 为变 频运行特性 曲线 入 口阀f 1 - 开 。 假设风机工作在 A点效 率最高 ，此时风压为 H ，风量为 Q ，轴功率 N 与 Q． 、H 的乘积成正 比，在图中可用面积 A H O Q 。 表 示。如果 生产工 艺要求，风量需要从 Q 。 减至 Q ，这时用通过调 节入 口阀门的方法相当于增 加管网阻力 ，使管 网 阻力特性变到曲线 3 ，系统由原来的工况点 A 变到新的工况 点 B运行 。从图 中看 出，风压反而 增加 ，轴功率与面积 B H O Q 成正 比。显 然 ，轴 功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式， 风机转速 由n ， 降到 n ，根据风机参数的比例定 律，画出在转速 n 风量 Q H 特性曲线 4 。 可见在满足同样风量 Q 的情况下 ，风 压 H， 大幅 度降低，功率 N 随着显著减少，用面积 C H ， O Q 表示 。节省的功率 AN H 。一H ， Q ，用面 积 B H ， H ， C表示。显然，节能的经济效果是十分 明显的。 2助燃风机变频 自动控制实现 2 ． 1存在问题 根据生产工艺要求，操作人员手动输人一固 定风机频率经验值，在保持电机转速恒定的情况 下，通过自动调节风机人 口百叶阀及主风管放散 阀开口度，来调节空气的流量和压力。现场实际 控制存在以下问题 1 操作人员手动输入风机频率经验值偏差 大，压力、流量调节速度慢，调节精度差； 2 人 口百叶 阀电动执行 机构 因频 繁调节 ， 易发热， 使其寿命大大降低 ； 3 百叶阀阀片易变形，调节精度差，造成 供风压力不稳 ，风 机喘震 ，严 重时会造成停炉事 故。 4 变频器长期运行在同一频率下，未能充 分发挥变频节能作用 ，节能效果差 。 2 ． 2 自动控制方案 根据热处理炉工艺要求，笔者对助燃风机的 工作原理和工作特性进行了深入分析和研究，并 通过研究热处理炉 P L C控制程序，确认将 2 热处 理炉助燃风机手动控制改为变频 自动控制这一方 案。解决方案如下 1 根据现场压力、流量反馈信号，修改自 动化 P L C程序 ，实现了风机由手动转变为 自动控 制模式的功能 见图2 。 图 2 变频 自动控制原理 图 2 通过研究热处理炉 助燃风机 P L C程序 ， 采用中断的方式来执 行模糊 P I D控制算法 ，利用 S T E P 7实现智能算法选择适当的P I D参数，通过 改变 P L C中P I D模块中的 P I D参数，优化电机转 速控制给定值 见图3 。 图 3 模糊 P I D控制器结构图 3 优化变频器加减速时间、过载能力等参 数，改善变频器动态 响应 ，提高电机响应速度。 经过多次测试和参数整定，实现了风机由手 动转变为自动控制模式的功能，达到了助燃风机 气体流量与压力 自动调节的目的。 3节能效果 项 目改造完成后，实现了热处理炉助燃风机 自动控制，不仅助燃空气压力、流量调节速度快， 调节精度高，而且提高了人 口百叶阀电动执行机 构的使用寿命 ，确保 了热处理炉 的稳定运 行。通 过改造前后两个月 的运行 比较 ，节 电率达到 1 3 ％ 左右，节能的经济效果显著，详见表 l 。 4 6‘ 九江学院学报 自然科学版 2 0 1 4年第 2期 此改造项 目自实施后，年节约备件约 l O万 元；按一年 3 3 0个工作 日计算，年可节约成本 1 4 4 1 0 0 0 ． 8 元 l O万元 2 1 ． 5万元 。 4结束语 通过热处理炉助燃风机变频 自动控制节能改 造，提高了风机出口风压动态响应速度及空气流 量控制精度，降低了操作人员的劳动量，提高了 变频设备的利用率。自改造以来，设备运行稳定， 具有一定推广意义。 参考文献 [ 1 ]邸春哲．L G变频器在热水锅炉控制系统中的应用 [ J ] ． 控制工程， 2 0 0 7 ，1 4 2 1 2 7 ． 责任编辑宁梵西 上接第 4 o页 参考文献 [ 1 ]C a t e g o r y O WA S P TOp T e n P r o j e c t ．h t t p s ／ ／ w w w．o w a s p ．o r g ／ i n d e x ．p h p ／ C a t e g o r y O WA S P ．． To p ．． Te n ． ．P r o j e c t ． [ 2 ]王永生．基于we b 应用的S Q L注入攻击入侵检测研究 [ D ] ．郑州郑州大学，2 0 1 2 ． [ 3 ]王志华，魏斌，李 占波，等．基于本体的 We b信息抽取 系统 [ J ] ．计算机工程与设计， 2 0 l 2 ，2 3 7 2 6 3 4 ． [ 4 ]M U s c h o l d ， M K i n g ， S M o r a l e e ， e t a 1 ．，r Il e e n t e r p r i s e o n t o l o g y[ J ] ．1 h e k n o w l e d g e e n g i n e e r in g R e v i e w，1 9 9 8 ， 1 3 1 3 1 ． R e s e a r c h , o n D e t e c t i o n o f S Q L I n j e c t i o n At t a c k B a s e d o n O n t o l o g y CHEN J i a l i ，ZHUANG J i n l i a n h o o l o f M a t h e m a t ic s a n d C o m p u t e r S c ie n c e ， L o n g Y a n U n i v e r s it y ， L o n g y a n ， F u j ia n 3 6 4 0 1 2， C h i n a ABS T R ACT A f t e r e x p l a i n i n g t h e c o n c e p t a n d p r o c e s s e s o f S Q L i n j e c t i o n a t t a c k ， a w a y t o d e t e c t t h e S Q L i n j o e ． t i o n a t t a c k b a s e d o n o n t o l o g y W ,f1 ．S p r e s e n t e d ．B y e s t a b l i s h i n g t h e d o ma i n o n t o l o g y and t a k i n g i n f o r ma t i o n c o mp a r i s o n b e - t w e e n n o r m a l w e b p a g e s a n d a b n o r m a l w e b p a g e s p a g e s w h i c h mi g h t i n c l u d e S Q L i n j e c ti o n v u l n e r a b i l i t i e s ，i t d e t e c t ed t h e S Q L i n j e c ti o n a t t a c k v u l n e r a b i l i t i e s w h i c h e x i s t i n t h e w e b p a g e s 。T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s i n d i c a t e d tha t thi s me tho d h a d h i g h e r a c c u r a t e n ess ． KEY WOR DS S Q L i n j e c ti o n a t t a c k ， o n t o l o g y ，n e t w o r k s ecu r i t y ， i n f o r ma t i o n c o mp a r i s o n 责任编辑胡安娜