PLC与变频器在风机控制中的应用
发表时间：2018-04-17T09:15:13.447Z 来源：《防护工程》2017年第35期作者：吕志华
[导读] 在实际的应用过程中，采用的节能措施主要是利用调速器来进行风量的调节，应用变频器会节省百分之二十到百分之五十。
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摘要：在化工企业生产过程中，污水处理曝气鼓风机占据了非常重要的作用。这种设备的主要用电设备包括风机，对于一般的曝气鼓风机来讲，为了使整个风机系统变得稳定，高效率生产，就需要利用PLC与变频器的作用对风机进行控制，保证设备的安全性以及可靠性.
关键词：PLC;变频器;风机控制;应用
1风机变频调节的原理
在实际的应用过程中，采用的节能措施主要是利用调速器来进行风量的调节，应用变频器会节省百分之二十到百分之五十。在实际的设计中，用户点击设计的容量比实际的需求会高很多，这样就造成资源的利用率低，造成资源的浪费。利用变频器进行风机控制的时候，根据物理知识我们分析可以知道，轴功率眭转速比的三次方进行变化，节能效果好。
2 PLC与变频器在风机控制系统中的设计
对于化工企业中的曝气鼓风机来讲，其风机的控制一般都会采用星三角控制，对于炉风机进风量的大小，风速的控制等等，主要是利用执行器来进行阀门以及风门开度的调节，这样就会造成进风量，风力强度这些因素的不稳定。并且传统的风机控制往往只是用单回路来进行控制，也就是控制系统中的各个回路之间是没有联系的，独立的，这样对于各个控制量的稳定性来将具有一定的难度，对于整个企业的生产的稳定性来讲具有消极的影响，不能保证企业的正常生产。为了解决这种问题，需要利用PLC与变频器结合来进行风机的控制，这样能够更好的保证系统的稳定性。在这种结合技术控制风机的过程中，主要采用的是模糊控制技术，这种控制技术可以将曝风机的各个回路联系在一起，当生产过程中某一个参数发生变化的时候，其余的控制量也会做出一定的变化，这样就能够很好的保证系统的正常运行，保证企业的经济效益。在整个的控制系统中，其器件主要包括可编程控制器（也就是PLC），变频器，检测仪表，继电器等等；对于污水处理中的需要控制的参量有溶氧量，风力强度，风力方向，风力大小，鼓风风压，引风负压等等；系统中的检测仪表主要包括有关的传感器，变送器，压力表等等；PLC主要包括很多的开关量输入点，输出点以及有关的模拟量输入点，输出点，以及触摸显示屏等等；变频器包括几个部分，比如是鼓风变频器，引风变频器等等。
3应用PLC与变频器结合的系统的优势
系统应用变频器后性能有了极大的改善主要变现在：系统的自动化有所提高，变频器的应用增加了工厂技术的先进性，通过自动化的通讯以及PLC、组态软件等技术的应用提高了系统的自动化程度；提高了系统的稳定性。首先系统自动化平台的建立应用了国际领先的自动化产品，经过严密的测试以及实验，其应用于控制系统中具有绝对的可靠性；简化了控制系统并提高了自动化程度。全场的中心控制系统应用变频器后，结合全中文的上位机设计截面，使得操作员能够通过简单的指令操作对系统进行控制，在系统稳定运行的前提下，提高了自动化程度，降低了系统的人工操作出错率，同时也减少了系统维护的工作量；系统开放性予以增加。通过现场总线的应用，系统应用了国际通用的开放协议，因此I/O余量在各站都有所提高，方便了后期继续扩展以及改造系统；有效提高了系统的安全性。由于变频器的加入使得系统相关设备的保护系统予以完善，能够有效防止一些意外事故的发生以及人员操作失误引发的事故；有效节能。系统能耗过高时现代污水处理系统中的技术难点，通过变频器的应用能够对系统实行分级控制，同传统的系统操作相比，该运行模式下的系统不但稳定性安全性更好，同时还能够实现快速的操作切换。简单来讲我们利用PLC以及变频器设计的控制系统，可以在无人操作的条件自主的对进风强度，进风方向等等进行自动的控制。这样就能够使气体的含量等等可以保持在最佳范围之内，这样就能够很好的保证整个污水处理系统的正常运行，提高风机运行的安全系数，保证企业经济效益。这种控制系统能够很好的实现鼓风，引风的软启动；对风机进行变频调速，可以在无人的情况之下自动控制风机的运行，当系统的负载发生变化的时候，可以结合PLC来控制参数，保证风机正常，安全的运行。
4变频调速节能理论
风机, 是传送气体装置。就其结构和工作原理, 现先以风机为例加以说明。采用变频器对风机进行控制, 属于减少空气动力的节电方法,它和一般常用的调节风门控制风量的方法比较, 具有明显的节电效果。曲线( 1) 为风机在恒定转速n1 下的风压一风量( H―Q) 特性, 曲线( 2)为管网风阻特性( 风门全开) 。假设风机工作在 A 点效率最高, 此时风压为 H2, 风量为 Q1, 轴功率 N1 与 Q1、H2 的乘积成正比, 在图中可用面积 AH2OQ1 表示。如果生产工艺要求, 风量需要从 Q1 减至 Q2,这时用调节风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 1 中看出, 风压反而增加, 轴功率与面积 BH1OQ2 成正比。
5应用案例
在单位锅炉房扩建工程中,新增一台20T锅炉。原设计采用软启动控制,未设变频调速装置,根据目前的发展现状及工程应用采用变频控制技术实现该工程的引风及鼓风控制,下面说明变频器应用在工程锅炉采暖系统上的节能效果。20T蒸汽锅炉所用电机容量如下:引风
机:110KW。鼓风机:37KW。本变频控制柜可保证在供热锅炉正常工作的基础上,同时达到节电、节煤以及环保的目的。电机总容量
=110+37=147KW。锅炉用于供暖条件下每天工作24小时、每月30天、每年6个月,变频控制柜在起炉高额区和恒温运行区的综合节电率约在35%左右,由此:1、每月节电总量=147KW×35%×24×30=37044度。按每度电以0.75元计算,则:10T炉的节电资金:0.75×37044度=27783元/每月。2、每月用煤量约为1500吨,按5%节能率计算:(1)每月节煤量:1500T×5%=75吨。现按每吨煤280元计算。(2)每月节煤资金:280元×75吨=21000元。每月节电节煤总额:27783+21000=48783元安装20T锅炉的鼓、引风和安装监测仪表所需投入200,000元,收回投资时间:200,000元÷48783=4.1月。因此,不到一个采暖期就能够完全回收该部分投资,投资的回收是非常快的,其经济及环保效益也很明显。目前,国内外许多电力拖动场合已将矢量控制的变频器广泛应用于通用机械、纺织、印染、造纸、轧钢、化工等行业中交流电动机的无级调速,已明显取得节能效果并满足工艺和自动调速要求。但在风机、水泵应用领域仍没有得到充分应用。其主要原因是对风机、水泵类负载可大量节能了解不够。我国风机、水泵用电量占工业用电的60%以上,如果能在这个领域进行风机节能改造,充分使用变频器进行变频无级调速,对节约用电、降低能耗、促进环保、提高经济效益都具有积极意义,同时也极大地降低企业电力成本,提高企业竞争力。
结束语：
利用PLC与变频器对风机进行控制，能够保证整个系统运行的稳定性与安全性，降低系统发生故障的几率，保证企业的正常运行以及经济效益。