基于PLC变频调速节能控制系统的设计.pdf

2 0 1 4年第 5期 工业仪表与 自动化装置 3 3 基于 P L C变频调速节能控制 系统 的设计 李俊秀 ， 韩育民 1 ． 兰州石化职业技术学院 ， 兰州 7 3 0 0 6 0； 2 ． 中国石油西部 管道甘肃输油分公 司， 兰州 7 3 0 0 0 0 摘要 针对炼油厂油品储运过程 中离心泵启动切换频繁、 能耗过大、 设备损坏严重等问题 ， 提 出 了采用 P L C变频调速控制 系统 ， 实现 了“ 一带多” 的控制方案。变频运行机泵的工作电压随泵 出口 压力的减 小而减小； 在 同等压力下 ， 变频运行的机泵比工频运行 的机泵所需要的功率小， 单位能耗 也小。设计的系统在 实际运行 中取得 了很好的节能效果。 关键词 油品储运 ； 离心泵 ； 变频例速 ； P L C控制 ； 节能 中图分类号 T P 2 1 2 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 4 0 5 0 0 3 3 0 4 De s i g n o f c o n t r o l s y s t e m o f f r ’e q u e n c y c o n t r o l o f mo t o r s p e e d e n e r g y s a v i n g ba s e d o n PLC L I J u n x i u ， HA N Yu mi n 1 ． L a n z h o t t P e t r o c h e mi c a l C o l l e g e o f V o c a t i o n a l T e c h n o l o g y ， L a n z h o u 7 3 0 0 6 0， C h i t in； 2 ． G a n s u o i l T r a n s p o r t a t i o n B r a nek , ，We s t P ip e l in e C o m p a n y ， P e t r o C h i n a ， L a n z h o u 7 3 0 0 0 0， C h i n a Ab s t r a c t Fo r c e n t r i f ug a l p u mp s t a r t e r s wi t c h f r e q u e n t l y d u rin g t h e p r o c e s s o f r e fine r y o i l s t o r a g e a n d t r a n s p o r t a t i o n，e ne r g y c o n s u mpt i o n i s t O O l a r g e，t h e e q u i p me nt wa s b a dl y d a ma g e d，fre qu e n c y c o nt r o l o f mo t o r s pe e d c o n t r o l s y s t e m i s p r e s e n t e d J．n t h i s p a p e r ，a nd t h r o ug h t h e PLC c o n t r o l f r e q u e n c y c o n v e r t e r ， r e a l i z e d t h e” o n e d r a g mu l t i p l e ”o f t h e c o n t r o l s c h e me ．T h e w o r k i n g v o l t a g e o f v a r i a b l e fr e q u e n c y r u n n i n g p u mp d e c r e a s e s wi t h t h e d e c r e a s e o f t h e p ump o u t l e t p r e s s u r e，u n d e r t h e s a me pr e s s u r e，t h e p ump o f v a r i a b l e f r e q u e n c y r un n i n g r e qu i r e d po we r i s s ma l l t ha n t h e p u mp o f po we r fre q u e n c y o p e r a t i o n，t h e u n i t e n e r gy c o n s u mp t i o n i s s ma l l ，i n t h e a c t u a l o p e r a t i o n h a s a c h i e v e d g o o d e ne r gy s a v i ng e f f e c t ． Ke y wo r d s o i l s t o r e t r a n s p o r t ； c e n t ri f u g e p u mp； fr e q u e n c y c o n t r o l o f mo t o r s p e e d； P L C c o n t r o l ； e n e r gy s a v i n g 0 引言 1 系统控制策略 机泵在炼油厂油品储运调和过程 中的主要用途 是 ①传输运转油品； ②循环调和油品， 即将罐内油 品和化工添加剂调和均匀 ； ③加剂 ， 即添加化工添加 剂 。由于每台电动 离心泵往 往都兼有 以上 3种 用 途 ， 因此泵 的工况不稳定 ， 启动切换频繁 ， 系统能耗 大 ， 设备损坏严重。若采 用“ 一 拖一” 运行方式 ， 设 备投入大 ， 变频器利用率低 ， 节能效果不明显。针对 这一实际问题 ， 设 计 了通过 P L C控制 变频器 ， 并拖 动多台电动离心泵 的“ 一带 多”自动控制系统。通 过运行考核证明， 系统不仅能满足油 品调和的工艺 要求 ， 而且取得了很好 的节能效果 。 收稿 日期 2 0 1 31 22 3 作者简介 李俊秀 1 9 5 6 ， 男 ， 本科 ， 教授 ， 主要从事 电气 自动化 技术 的教学与研究。 图 1为某柴油调和控制系统组成框图 ， 主要 由 电动离心泵 、 压力变送器 、 变频器、 控制器 P L C和电 控设备等组成。系统采用变频调速控制方式 ， 通过 改变泵的出口流量实现压力调节。图中3台电动离 心泵 P ～P ， 用一台变频器拖动 ， 每一工作时间只有 一 台泵 由变频器拖动 ， 另外一台或两 台泵则作工频 运行。由于 同一时问需要开启泵的数量及运行时间 均无一定规律 ， 因此 ， 系统采用一 台 P L C通过程序 自动控制 ， 实现 3台泵 的工频 与变频切换及变频器 的运行。图中 P Y ～P Y 为压力变送器 ， 自动检测泵 的出口压力并转换为4～ 2 0 m A的电流信号送压力 调节器 ， 通过 P I D运算将控制信号送控制器 P L C， 再 由 P L C控制系统中机泵 的变频与工频运行 ， 以满足 油品调和的工艺要求。 2 0 1 4年第 5期 工业仪表与自动化装置 3 5 载保护信号 ； Q o ． 1 、 Q o ． 2和 Q O ． 3通过 中间继 电器 K A 、 K A 和 K A 5 控制 M 、 M 和 M3 的变频运行及压 力变送 器 P Y 一P Y 中 的一 台 切 入 闭 环 控制 ； Q 0 ． 4 、 Q o ． 5 和 Q o ． 6通过 中间继 电器 K A K A 和 K A 控制 M 、 M 和 M 的工频运行 ； Q1 ． 1和 Q 1 ． 2通 过 中间继电器 K A 和 K A 控制变频器 的运行 、 停止 及工频切换到变频的速度跟踪 ； Q 1 ． 3通过中间继电 器 K A 给出变频器的故障状态_4 ； S A ”S A 和 s A 为 检修开关 ， 接 通 为运行 ， 断 开为检 修 ； 中问继 电器 K A 。 、 K A 。 和 K A 1 2 由热继 电器 F R 、 F R 2 和 F R 控制 ， 当热继 电器 动作跳 闸时 ， P L C程序 执行 闭锁 K A 、 K A 和 K A ， 确保热继 电器复位前不能 自动开机。 3系统软件设计 系统在运行过程中， P L C以扫描工作方式巡回 检查各接点的运行状态 ， 根据其变化和预定 的时序 与逻辑关系， 执行用户程序 ， 通过输 出继电器 自动控 制各执行元件。P L C控制程序框 图如图 5所示 。 图5 P L C控制程序框图 4 变频运行的效能评估 4 ． 1 运 行数 据 该系统中柴油泵与电动机的参数如表 1 所示， 对 该系统进行了为期一个月的标定， 变频器利用率如表 2 所示， 机泵在不同工况及压力下的能耗如表 3所示。 4 ． 2 直接效益 由表 2统 计数 据可 知 ， 柴油 泵运 行 时 间约为 2 4 8 h ， 其 中机泵变频运行时间占7 8 ． 3 ％。由能耗统 计表 3可知， 机泵工频运行时， 按机泵运行在 0 ． 4 MP a考虑 ， 其平均单位能耗为 0 ． 3 1 6 k W h ／ t ； 若机 泵变频运行时， 按机泵运行在 0 ． 3 5 M P a考虑 ， 其平 均单位能耗为 0 ． 2 1 1 k W h ／ t 。当月原油加工量为 3 5万t ， 若按全年原油加工量 1 0 0 0万 t 计算， 全年的 电能可计算如下 1 采用工频运行所耗 电能 按机泵正常运行在 0 ． 4 M P a考虑 为 0． 31 6 1 0 0 0 1 0 31 6 1 0 k Wh 2 采用变频运行所耗 电能 机泵变频运行一般 在 0 ． 3～ 0 ． 4 MP a之间， 故按 0 ． 3 5 M P a考虑 为 0． 21 1 X1 0 0 0 1 0 X7 8． 3％ 3 1 61 0 X 1 7 8 ． 3 ％ 2 3 4 X 1 0 k W h 3 节约电能为 IV1 一 ， 2 3 1 61 0 一2 3 41 0 8 21 0 k Wh 4 ． 3间接效益 1 机泵采用变频软启 动， 既消除了工频启动对 电网电压的影响， 又解决了大电流对 电动机及泵 的 冲击， 大大延长了机泵的使用寿命。 2 采用变频调速 ， 改变了通过 回流法调节泵 的 输出压力 ， 实现了“ 按需供量” 的高效节能。 3 装车 中止后 ， 系统压力会快速上 升 ， 通过变 频调速使机泵运转速度降低或停转， 保持系统恒压， 避免了设备 由于憋压损坏的现象 。 4 采用变频技术后 ， 系统压力变化平稳 ， 减少 了噪音带来的污染 。 5 由于变频器保护功能齐全 ， 延长了电机使用 寿命 ， 提高了系统运行的可靠性。 表 1 柴油泵与电动机参数表 3 6 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 4年第 5期 表 3 机泵在不同工况及压力下能耗统计表 5结束语 对工频运行的机泵 ， 即使工作在低负荷情况下 ， 由于机泵工作电压不变， 能耗仍然较大 ； 而对变频运 行 的机泵 ， 其工作 电压随泵出口压力的减小而减小 ， 在同等压力下 ， 变频运行的机泵 比工频运行 的机泵 所需要的功率小 ， 单位能耗也小。在变频运行情况 下 ， 泵设定的出口压力越低 ， 耗能越少 ， 节能效果越 明显。因此， 在保证泵输转量的前提下， 应尽量使用 较低的出口压力。运行结果表 明， 当泵出 口压力在 0 ． 3 0 ． 4 M P a时， 变频与工频运行 的机泵输转量相 差不大， 而能耗会降低 1 0 ％ ～ 3 5 ％。所以在装车过程 中， 变频泵工作压力应打在 0 ． 3～ 0 ． 4 M P a 之间， 既能 满足装车速度的要求 ， 又能达到节能降耗的目的。 参考文献 [ 1 ] 刘美俊． 西门子 s 7系列 P L C的应用与维护 [ M] ． 北 京 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