論PLC、變頻器應用于循環風機

周杰才

（江蘇雙山集團股份有限公司，江蘇 射陽224300）

1 關于本系統

S 廠絡筒車間目前有鼓風機兩臺，其功率都為13.5Kw，主要用來為車間通風排氣、除濕降溫。 筆者認為可以利用變頻器的多段速功能代替變極的方法對風機進行調速，其優點是調節靈活性高，減少能量的無端消耗。 S 縣四季分明，根據工人的工作需要和工作內容的不同對車間溫度、濕度的要求也有所不同，生產車間對風量的需求也不同。應根據車間溫度的具體情況，決定投入鼓風機的運行速度，達到自動保持溫度、濕度恒定的要求。這樣，可以達到既降低勞動強度和生產成本，又實現節能增效的效果。

2 關于具體改進方案的實施

用PLC 通過溫度傳感器感受車間的溫度高低并對車間溫度、濕度的要求進行判斷，根據判斷，相應的輸出點動作來控制變頻器的多段速端子，實現多段速控制。從而不用人為的干預，設備自動根據投入鼓風機的臺數進行風量控制。根據投入運行的鼓風機臺數實施五個速段的速度控制。 擬速度設定方案，如表1 所示。

表1 運行鼓風機臺數和需求頻率對應表

3 關于硬件設計

3.1 PLC 系統的選擇

本系統是一個中型應用控制系統。 PLC 為此系統的控制核心，此系統的輸入信號有兩部分，一部分是啟動、停止控制按鈕，另一部分是溫度傳感器信號作為PLC 的輸入變量， 經過PLC 的輸入接口輸入到內部數據寄存器，然后在PLC 內部進行邏輯運算或數據處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅動電機來控制電機的運行。

我們從以下四個方面來選擇∶

1）PLC 機型選擇。機型選擇的基本原則是在能夠滿足控制要求及保證運行可靠﹑維修方便的前提下，力爭最佳的性價比。①在結構形式上選擇整體式。 ②在安裝方式上選擇集中式。 ③在功能要求上選擇只有開關量控制，具有邏輯運算、定時、計數等功能的小型PLC。 ④機型統一。 對于一個企業應盡可能使用機型統一的PLC，有利于備件的采購。

2）PLC 容量選擇。 容量選擇包括I/O 點數和用戶程序存儲容量的選擇。 ①I/O 點數的選擇。 由于PLC 平均I/O 點的價格還比較高，一般情況下I/O 點是根據被控對象的輸入、輸出信號的實際個數，再加上10%—15%的備用量來確定。 ②用戶存儲容量的選擇應按實際需要留20%--30%的余量來選擇。

3）I/O 模塊的選擇。PLC 輸入模塊的作用是用來檢測、接收現場輸入設備的信號，并將輸入的信號轉換為PLC 內部接收的低電平信號。①輸入信號的類型選擇。常用的輸入信號類型有三種∶直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入， 根據需要我們選擇直流輸入②輸入信號電壓等級的選擇。 有5V、12V、24V、48V、60V 等可供選擇，根據現場輸入設備與輸入模塊之間的距離來考慮我們選擇24V 電壓。

3.2 變頻器選型

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻的電能控制裝置。現在使用的變頻器主要使用的是交-直-交方式（VVVF 變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉換為直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。

變頻器在選型上應注意以下幾點∶

1）采用變頻的目的∶恒壓控制或恒流控制等。

2）變頻器的負載類型∶如葉片泵或容積泵等。 特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應用時的方式方法。

3）變頻器與負載的匹配問題∶①電壓匹配∶變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。②電流匹配∶普通的離心泵，變頻器的額定電流與負載的額定電流相符。 ③轉矩匹配∶這種情況在橫轉矩負載或有減速裝置時有可能發生。

綜合以上三個方面考慮再加上價格因素決定選用富士FRENIC 5000P11S 系列低噪音風機·泵用變頻器

3.3 硬件接線圖

根據控制要求，繪制PLC 與變頻器控制端子硬件接線圖，如圖1所示（以三菱某型號為例）。

圖1 接線圖

3.4 變頻器的參數設置

這個系列的變頻器進行多段速控制的端子為RH，RM 和RL。 通過這三個端子的組合最多可以實現七段速度運行。進行五段速度控制時的端子組合如表2 所示。

表2 多段速端子與速度段組合表

4 關于軟件設計

風機的運行方式是通過裝設在生產車間的溫度傳感器的信號來確定的，根據溫度傳感器檢測出的車間溫度的高低，來合理調節風機的風量。 具體系統控制要求如下∶

1）流程圖

根據系統控制要求畫出程序流程圖，如圖2 所示。

圖2 系統流程圖

2）梯形圖

根據系統控制要求設計PLC 程序梯形圖，如圖3 所示。

圖3 PLC 梯形圖

5 關于節能效果分析

5.1 理論節能分析

風機的機械特性具有二次方律特征，其流量，風壓與消耗功率與轉速n 的關系，如圖4 所示。

圖4 風機流量、壓力、消耗功率與轉速關系曲線圖

由圖4 可知風機消耗功率與其轉速的三次方成正比。根據車間的溫度情況， 通常保持在30℃～35℃， 亦即改造后變頻器時常運轉在40HZ。 根據同步轉速公式n=60f/p 和風機消耗功率與其轉速三次方成正比可知，理論上改造前后功耗比為∶

P1／P2=51.2%

即改造后能耗只為改造前的51.2%， 由此可見節能效果非常明顯。

5.2 實測能耗

當變頻器在50HZ 和40HZ 運行時在變頻器輸出側實測數據∶40HZ 時 電流 為12.2A， 電 壓250V；50HZ 時 電 流 為15.8A， 電 壓 為370V。 則∶

P1=1.732*250*12.2=5.28kw

P2=1.732*370*15.8A=10.13kw

P1/P2=52.1%

由于此系統中電機總功率比較小，因此變頻器的能耗占的比重較大，盡管實測值與理論值有一定的差距，但改造后每個小時能耗仍可節約4.85 個千瓦。

5.3 節能效果計算

改造前每年消耗的電能（按每天工作20 小時，每年工作250 天計）∶

W1=10.13*20*250=50650Kwh

改造后每年消耗的電能∶

W2=5.28*20*250Kwh=26400Kwh

則每年節約電能為∶W=W1-W2=24250Kwh

如果以每度電0.5 元計，則每年節約電費12125 元。 可見節能效果和經濟效益相當可觀。

［1］丁斗章.變頻調速技術與系統應用[M].機械工業出版社，2005.

［2］高勤.可編程序控制器原理及應用(三菱機型)[M].電子工業出版社，2006.

［3］唐修波.變頻技術及應用[M].中國勞動社會保障出版社，2006.