斯泰爾摩風(fēng)機節(jié)能改造

李愛蓮　丁文超

摘 要：原有高速線材斯泰爾摩風(fēng)機是由軟啟動系統(tǒng)驅(qū)動，其能源利用率低，運行現(xiàn)場噪音大，環(huán)境影響大，為克服這些缺點，在原有PLC控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對其進行變頻節(jié)能改造，并對其改造過程進行了簡要敘述，并對改造后運行情況進行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計，以確定其節(jié)能效果的好壞。

關(guān)鍵詞：斯泰爾摩風(fēng)機；軟啟動器；變頻器；PLC系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.041

1 改造背景

斯泰爾摩風(fēng)機為新型高速線材自動化生產(chǎn)線的一部分，一共有10臺風(fēng)機，它位于風(fēng)冷輥道段，用于對風(fēng)冷輥道上的盤卷進行預(yù)熱處理，使盤卷進入集卷筒時溫度降到300℃～550℃，從而使成品線材具有良好的金相組織和所需的均勻一致的機械性能。風(fēng)冷風(fēng)機是有軟啟動器啟動，啟動完成后軟啟動器退出運行，有接觸器驅(qū)動風(fēng)機電機繼續(xù)運行，風(fēng)機送風(fēng)量大小的調(diào)節(jié)通過風(fēng)門的開閉程度實現(xiàn)，風(fēng)門開度的控制由電動執(zhí)行器完成。風(fēng)機在啟動后長期處于高速，滿負荷狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，不僅設(shè)備壽命低，維護工作量大，而且通過風(fēng)門開度調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，使其能源利用率低，運行現(xiàn)場噪音大，影響環(huán)境大，所以繼續(xù)對其進行改造。

改造前現(xiàn)有條件。斯泰爾摩風(fēng)機為高速線材生產(chǎn)線集卷區(qū)域的一個組成部分，該區(qū)域控制系統(tǒng)選用美國GE公司90-30系列PLC及遠程I/O控制系統(tǒng)，其中斯泰爾摩風(fēng)機即可進行本地啟停，也可以通過人機界面HMI遠程啟停，但其啟停過程相同，即PLC控制器在接收到風(fēng)機啟動信號后，首先要判斷風(fēng)門是否完全關(guān)閉，只有風(fēng)門在完全關(guān)閉的狀態(tài)下，風(fēng)機才能正常啟動，這樣可以減小風(fēng)機啟動時的負載，進而減小風(fēng)機的啟動電流。風(fēng)機在啟動后，由軟啟動器驅(qū)動轉(zhuǎn)換為接觸器工頻驅(qū)動運行，轉(zhuǎn)換完成后，風(fēng)門才在風(fēng)門電動執(zhí)行器的驅(qū)動下打開，風(fēng)門的開度通過HMI人機界面進行手動調(diào)節(jié)，并由風(fēng)門執(zhí)行器穿送回的反饋信號不斷進行比較，形成一個閉環(huán)負反饋環(huán)節(jié)，最終使風(fēng)門開度的實際值與設(shè)定值相符，通過風(fēng)門開度的大小調(diào)節(jié)風(fēng)機的風(fēng)量。所以風(fēng)機運行效率不高，造成電能的浪費。

2 改造的目的及方法

為提高風(fēng)機的運行效率，減少電能的損耗，決定將通過風(fēng)門開度大小調(diào)節(jié)風(fēng)量改為風(fēng)機由變頻器驅(qū)動，通過風(fēng)機轉(zhuǎn)速的改變風(fēng)量大小。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況，最終選用西門子MM440系列變頻器驅(qū)動風(fēng)機電機，系統(tǒng)PLC與風(fēng)機變頻器之間通過Perfibus-DP網(wǎng)進行通訊，風(fēng)機速度的給定有人機界面HMI給定，風(fēng)機也可以實現(xiàn)本地及遠程啟動，當本地啟動時，人機界面HMI上的速度給定作為風(fēng)機的轉(zhuǎn)速給定。

3 實現(xiàn)過程簡述

在系統(tǒng)PLC方面，將原有系統(tǒng)PLC框架上新增加一塊Perfibus-DP模塊，用于系統(tǒng)PLC與MM440變頻器之間的通訊，并且通過編程軟件在系統(tǒng)PLC中進行硬件組態(tài)。如圖1所示。

根據(jù)控制要求重新修改程控制序，并在人機界面HMI上實現(xiàn)遠程啟動，速度給定，并且能夠通過界面實時看到風(fēng)機的運行速度以及運行電流，其啟動程序流程圖如圖2所示。

在變頻器方面，變頻器MM440選用CB通訊模塊，并且通過通訊模塊上的DIP開關(guān)設(shè)置每臺變頻器的通訊地址，然后根據(jù)風(fēng)機電機的名牌參數(shù)及需要獲取的信號對變頻器進行參數(shù)調(diào)整，以實現(xiàn)變頻器與電機之間匹配運行。

4 改造效果及部分數(shù)據(jù)統(tǒng)計

通過上述改造過程，將斯泰爾摩風(fēng)機改為變頻器驅(qū)動，通過一段時間的運行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)其節(jié)能效果明顯，部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：

軋制LΦ8 HRB400鋼質(zhì)平均有2臺風(fēng)機運行在50%轉(zhuǎn)速，軋制338297.09噸產(chǎn)品166110支，按50支/小時，用時約3322.2小時，除以負荷系數(shù)0.95約3497.05小時，工頻運行電流為294A、50%速度變頻運行電流124A，節(jié)約運行電流150A。按照0.485元/KWH計算，總計年節(jié)約用電費用：193349元。

軋制LΦ10 HRB400鋼質(zhì)平均有1臺風(fēng)機運行在50%轉(zhuǎn)速，多時兩臺風(fēng)機運行在70%轉(zhuǎn)速。軋制242540噸產(chǎn)品119125支，按50支/小時，用時約2382.5小時，除以負荷系數(shù)0.95約2507.89小時，工頻運行電流為294A、50%速度變頻運行電流124A，節(jié)約運行電流150A。按照0.485元/KWH計算，總計年節(jié)約用電費用：69330.75元。

軋制GCr15、SAE1008B、30MnSi（H）、ML08AL、ZGD21Mn、SWRCH22A等品種支，，風(fēng)機給定速度30%，運行電流75A， 平均有1臺風(fēng)機運行在30%轉(zhuǎn)速或以下，軋制139139.22噸產(chǎn)品67485支，按30支/小時，用時約2249.5小時，除以負荷系數(shù)0.8約2811.875小時，工頻運行電流為294A、30%速度變頻運行電流75A，節(jié)約運行電流219A。按照0.485元/KWH計算，總計年節(jié)約用電費用：113492.06元。三項合計376184.75元。

參考文獻：

[1]西門子變頻器MM440使用大全[M].2007.

[2]美國通用GE公司90-30系列PLC編程手冊[S].

[3]MM440與S7-300通過DP通訊實現(xiàn)讀取和修改參數(shù)例程[S].endprint