變頻風機的改造方案與實踐應用

張 煒

（河源理工學院，廣東河源 517000）

0 引言

廣州某廠涂裝二科1#作業(yè)場空調器現(xiàn)有90 kW送風機一臺，目前送風機采用軟啟控制，開機后以工頻50 Hz運行，設備的運行狀態(tài)可在觸摸屏上監(jiān)控。由于該空調器只有制冷功能沒有制熱功能，在冬季送風機工頻運行時，送風過大不僅造成電能的浪費、加劇了機械磨損縮減電機壽命，同時還導致車間氣溫比室外低很多，車身容易結露，影響噴漆效果，工人工作難度加大。

為了改善冬季作業(yè)場環(huán)境，防止車身結露，并且節(jié)能環(huán)保，因此提出對涂裝二科1#作業(yè)場空調器送風機進行變頻改造，通過改變頻率實現(xiàn)改變送風量。

1 系統(tǒng)需求分析

（1）新增變頻器和控制柜，電柜要合理設計送、排風等降溫措施，做好防塵保護；

（2）保留送風機軟啟控制功能，增加變頻控制風機；

（3）更改三菱Q系列PLC程序，通過CCLink網絡控制變頻啟停和轉速[1]；

（4）更改三菱GOT人機界面，設置三檔調速控制風機，并顯示相關變頻參數信息；

（5）控制柜增加變頻/軟啟切換功能；

（6）在必要的情況下增加變頻柜面報警、控制、啟動方式切換功能；

（7）設計變頻柜排布初步圖紙、電氣原理圖紙等。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)概述

通過對系統(tǒng)網絡結構圖（圖1）分析得出：在該控制系統(tǒng)中，采用三菱公司的Q系列PLC作為主控制器，GOT觸摸屏作為上位機監(jiān)控系統(tǒng)，觸摸屏不僅可以對變頻器的運行頻率進行多檔設定，并可以時時監(jiān)控現(xiàn)場設備運行狀態(tài)。PLC通過CCLink網絡[2]，控制風機的啟停和頻率。其中上位機采用采用三菱公司的觸摸屏GTO對現(xiàn)場設備進行監(jiān)控；中央控制站采用三菱公司的Q系列PLC，完成整個控制系統(tǒng)的自動節(jié)能控制；現(xiàn)場設備中，變頻器采用三菱公司針對風機泵設計的RF-F740系列變頻器對風機進行控制。改造后柜體外觀如圖2所示，占用場地少，簡潔明了，成本下降[3]。

圖1 系統(tǒng)網絡結構圖

圖2 系統(tǒng)改造后柜體外觀

2.2 系統(tǒng)功能

（1）在原觸摸屏上實現(xiàn)變頻器的啟/停、頻率的設定以及狀態(tài)監(jiān)測、故障報警等，提高了系統(tǒng)的可操作性；

（2）保留原風機軟啟控制邏輯，通過變頻柜柜板轉換開關選擇當前風機控制模式，不僅豐富了系統(tǒng)的控制模式，而且保證了設備的可靠運行；

（3）變頻控制柜增加有手/自動轉換功能，在PLC故障或者網絡中斷情況下，操作員通過柜板的轉換開關切換到手動控制，保證系統(tǒng)的連續(xù)運行[4]；

（4）在電機出現(xiàn)過流、過載、缺相等報警時，變頻器自動停機，并輸出故障信號，完善了系統(tǒng)的安全信息；

（5）實現(xiàn)PLC和變頻器的網絡通訊，減少了現(xiàn)場布線及維護成本。

2.3 系統(tǒng)啟動方式和控制模式

該控制系統(tǒng)采用兩種啟動方式：變頻器啟動和軟啟動器啟動[3]。系統(tǒng)默認啟動方式為變頻器啟動，操作人員通過變頻柜柜板啟動方式選擇開關切換到變頻器啟動，在此啟動方式下主要完成空調器風機的啟停和頻率的調節(jié)等功能；當變頻器出現(xiàn)故障時或者需要另作他種用途時，選擇開關切換到軟啟動器啟動，在此方式下只是實現(xiàn)控制空調器風機的啟停功能，并且變頻器的控制被完全隔斷，不影響系統(tǒng)的正常運行。

變頻器啟動方式：在變頻器啟動方式中采用兩種控制模式：自動模式和手動模式。一般情況下，系統(tǒng)運行在自動控制模式下，此時不需要任何手動操作，系統(tǒng)根據觸摸屏上設置的相關參數自動啟動相關設備，完成監(jiān)控功能。在系統(tǒng)PLC出現(xiàn)故障或網絡中斷情況下[6]，觸摸屏自動彈出報警信息，操作員通過柜板轉換開關將啟動方式轉換為手動，變頻器由控制面板來實現(xiàn)啟停控制操作。

自動模式。操作人員通過變頻柜柜板模式選擇開關切換自動模式（默認選擇），系統(tǒng)根據觸摸屏上設置的相關運行參數，通過CCLink網絡模塊傳送到變頻器，對其進行啟/停控制、速度調節(jié)以及狀態(tài)監(jiān)測等，實現(xiàn)全程監(jiān)控。在此控制模式下，操作員需要選擇運行檔位（高頻、中頻、低頻三檔選擇），并且可以自由設置各檔位的運行頻率。在系統(tǒng)運行過程中也可以根據現(xiàn)場需求，自由切換當前運行檔位，也可以修改各檔位的當前運行頻率[7]。

手動模式。在PLC故障或者CCLink網絡中斷情況下，操作人員需要通過變頻柜柜板模式選擇開關切換到手動模式，再通過變頻器操作面板實現(xiàn)啟停和頻率控制。在此模式下只用于檢修或者應急生產時使用，保證系統(tǒng)的正常運行[8]。

2.4 I/O點分析

在設計過程中，對輸入/輸出點數進行分析，需要輸入點數5個，輸出3個，CCLinK 7個，具體分類說明可如表1所示。

表1 I/O點分析

3 系統(tǒng)改造后的優(yōu)勢

（1）通過變頻器變速控制風機后，設備的噪聲、磨損和機械振動得到有效控制，維修周期和使用壽命得到提供，這些對設備的可靠性和平均故障維修時間都有了很大提高；

（2）采用變頻器控制風機，用戶根據現(xiàn)場環(huán)境調節(jié)運行頻率，在滿足使用需求的前提下達到最大限度的節(jié)約能源；

（3）系統(tǒng)變頻器采用CCLink網絡控制，有效減少了現(xiàn)場布線和維護的成本；

（4）系統(tǒng)保留原軟起控制功能，并行增加變頻控制，而且兩種方式可以相互切換，更大程度的保證系統(tǒng)的可靠運行；

4 項目調試計劃

某汽車有限公司涂裝二科1#作業(yè)場空調器改造項目由于受到現(xiàn)場生產條件限制，安裝調試時間必須特殊安排才能保證項目的順利進行。其中前期的設計、施工、安裝等環(huán)節(jié)是確保工程質量的重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)計劃按照如下環(huán)節(jié)進行：出廠測試、現(xiàn)場安裝、通訊調試、系統(tǒng)聯(lián)調、試運行。

圖3 變頻柜排布圖

圖4 變頻柜原理圖

5 工程驗收

項目涉及的設備材料到達現(xiàn)場后，進行現(xiàn)場到貨驗收，在系統(tǒng)安裝調試運行完成后，再會同項目經理等有關部門進行最終整體驗收。

6 圖紙設計

6.1 變頻柜排布圖

在接到客戶需求后，對工廠設備進行了實地考察，對改造后的柜體進行設計，以滿足變頻器和各類配套低壓設備的綜合布局，柜體尺寸和排布如圖3所示。

6.2 變頻柜原理圖

在對原有電路進行改造后，增加了變頻器、輸出濾波器、CCLinK電纜線、各類低壓電器設備，改造后新設備和老設備能夠很好地進行兼容，不但發(fā)揮了固有優(yōu)勢，而且還更加節(jié)能、高效。改造后具體數據、元器件型號等如圖4所示。

表2 變頻柜系統(tǒng)配置清單

7 系統(tǒng)配置清單

在和客戶溝通洽談中就系統(tǒng)配置清單的型號、價格、數量進行采購，找到兩者的平衡點，用最實在的價格達到客戶要求，讓客戶滿意。經過和客戶反復磋商后，確定系統(tǒng)配置清單如表2所示。

8 結束語

從最初開始發(fā)現(xiàn)風機出現(xiàn)的不足問題到最后的改造運行，該系統(tǒng)從設計到訂貨、技術改造、測試、現(xiàn)場安裝、通訊調試、系統(tǒng)聯(lián)調、試運行各個環(huán)節(jié)共耗時2個月。從正式運行到現(xiàn)在，系統(tǒng)改造后運行平穩(wěn)可靠，未出現(xiàn)系統(tǒng)不兼容、效率下降的現(xiàn)象，在節(jié)能、成本效能等方面有了很大的提升。