基于变频调速和PLC的风机控制系统研究

第33卷第12期2011-12(下)【69】第33卷第12期2011-12(下)【69】收稿日期：2011-08-31作者简介：朱秀斌（1976－），男，山东莱州人，硕士，讲师，主要从事电子电气智能控制等方面的设计和研究。0引言当今社会，风机设备被广泛的应用于钢铁生产企业中，传统风机的转速不能根据实际生产所需风量变化，而是以设定的速度运行的，这就使得很多能量被浪费了。而随着经济的发展，节能环保已经成为越来越被关注的问题，同时也是社会进步的基本要求。因此，必须改变传统的风机控制方法。风机变频调速是解决这个问题的一个行之有效的办法，它是根据实际生产情况来调节风机转速的，近年来这种方法在风机设计和改造中也得到了广泛的应用[1]。1风机的节能机理众所周知，风机的工作点是由风机的工作特性曲线和管网的特性曲线共同决定的，设此除尘用风机原工作点在2N点，如需减小流量，可采用阀门控制和变频调速控制两种方案来实现。现以除尘改造工程用风机为例，根据管网特性曲线来分析风机的实际工作点，如图1所示。用阀门控制减小流量时要关小阀门，此时，管网阻力增大，管网特性曲线从1到2，风压从H1上升到H2，流量从Q1减小到Q2，风机的工作点从N1点移到N2点。用变频调速控制时，则可以改变风机的转速，而机械阀门开度不变，管网特性曲线也不变。风机的工作特性取决于转速，如果把转速降低，风机特性曲线将从3到4，风机工作工作点将从N1点转移到N3点，风压从H1下降到H3，流量从Q1也下降到Q2。以上两种调节方式均可把流量从Q1调至Q2，但却得到两个不同的工作点N2和N3，对应着两个不同的工作压力H2和H3，其压差值为（H2-H3），这对用户来讲是多余的压力。也就是说，用阀门控制时有△P的功率被白白浪费掉了，而用变频调速控制时，根据风机风量、风压及功率的比例关系，改变风机的转速n，可使风机的流量Q、风压H和功率P都随之相应的改变，其关系式为：（1）（2）（3）基于变频调速和PLC的风机控制系统研究TheresearchoffancontrolsystembasedonfrequencyconversionandPLC朱秀斌ZHUXiu-bin（淄博职业学院，淄博255314）摘要：节能问题已成为影响我国经济建设的关键问题，尤其在环境改造工程中，风机的变频控制对于实现能源的节约与再利用起到非常关键的作用。通过PLC来实现对风机的变频自动化控制，从而实现生产的自动化及能源的节约化。本文就某钢厂除尘现场风机电气控制及PLC控制系统作了较为详细的论述。关键词：PLC；控制系统；风机中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1009-0134(2011)12(下)-0069-03Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2011.12(下).24H234QQ1Q2H2H1H3N2N1N31图1风机变频调速节能原理图【70】第33卷第12期2011-12(下)【70】第33卷第12期2011-12(下)式中n1、Q1、H1、P1分别是条件改变后的风机的转速、风量、风压、功率。由以上关系可以看出，改变风机的转速，就可以改变风机对应的风量、风压及所耗功率，以满足除尘风量系统的要求。由式（3）可知，风机消耗的功率是按照三次方的关系下降的，因此节能效果非常显著。而且由于风机的效率随转速变化不是很大，因此，当转速变化的范围在20％左右时，可以不考虑效率的变化。因此，采用变频调速法能够很好的实现节能的目的[2~4]。2控制系统变频调速的实现钢铁生产除尘风机的变频控制系统涉及的软硬件组成及其控制方式包括PLC控制、电气控制、变频器、风机、管道及各种传感器等，如图2所示。子程序、算法比较子程序等[5]。3控制系统的硬件与软件设计3.1硬件设计在整个控制系统中，在硬件的选用上采用了SIEMENSS7-400系列的PLC、ET200M智能终端及合资厂生产的3501型智能负压变送器等相关的电气产品，此外系统中还采用了液力耦合器，输出功率为900KW，和AB公司的中压变频器，输出功率为630KW。3.2软件设计变频控制系统中，在软件的编制上侧重于变频响应速度的问题，因此，通过现场采集生产数据并结合实际生产情况虚拟的给出对应管网的压力值，并且采用相应的仿人智能PID控制算法，提高了自动控制系统的稳态性能、响应速度，提高了变频系统的效率，起到了很好的效果。为了简化编程应尽可能将共性的部分如风机加减速脉冲扫描程序、输入输出程序等编入主程序，而对于其他的程序如循环程序、码表程序等，应将其编入子程序，通过在主程序中周期的扫描，从而读取对应的子程序，而这个时候，由于在主程序中直接加入了风机加减速脉冲扫描程序、输入输出程序等，提高了系统的读取速度，因为PLC程序的扫描方式是根据主程序来了，在主程序中嵌入了