电气技师论文

PLC 、变频器在循环风机上的应用

张 永 猛

萨维奥（山东）纺织机械有限公司 摘要：目前，有不少企业依旧使用变极的方法对风机进行调速，其不但调节灵活性差，而且耗电量也大。本文是在传统风机调速基础上，使用变频调速技术，利用变频器的多段速功能对风机进行速度控制。从而减少能量的损耗，提高了系统的稳定性和灵活性。

一、系统情况描述

我厂络筒车间有两台鼓风机其功率都为13.5Kw ，用来作为车间的排气通风、降温除湿。利用变频器的多段速功能对风机进行调速代替变极的方法对风机进行调速，其调节灵活性高，减少了能量的损耗。但由于不同季节对车间温度、湿度的要求不同，因此生产车间对风量的需求则不同。根据车间温度的具体情况，决定投入鼓风机的运行速度，达到自动保持温度、湿度恒定的要求。这样，既降低了劳动强度和生产成本，又实现了节能增效。

二、具体方案的实施

针对这种情况，用PLC 通过温度传感器接受车间的温度高低并对车间温度、湿度的要求进行判断，根据判断，相应的输出点动作来控制变频器的多段速端子，实现多段速控制。从而不用人为的干预，自动根据投入鼓风机的台数进行风量控制。根据投入运行的鼓风机台数实施五个速段的速度控制。速度设定方案，如表1所示。 鼓风机运行速段

对应变频器输出频率 备注 1（车间温度不超过20℃ ）

30 HZ 具体所需频率据现场情况而定

2（车间温度超过20℃但不超

过25℃）

35 HZ 3（车间温度超过25℃但不超

过30℃）

40 HZ 4（车间温度超过30℃但不超

过35℃）

45 HZ 5（车间温度超过35℃但不超

过40℃） 50 HZ

三、硬件设计

1、PLC选型

本系统是一个中型应用控制系统。PLC 为此系统的控制核心，此系统的输入信号有两部分，一部分是启动、停止控制按钮，另一部分是温度传感器信号作为PLC 的输入变量，经过PLC 的输入接口输入到内部数据寄存器，然后在PLC 内部进行逻辑运算或数据处理后，以输出变量的形式送到输出接口，从而驱动电机来控制电机的运行。

自从PLC技术在工业领域中得到广泛应用以来，PLC产品的种类越来越多，而且功能也日趋完善。当前工业领域中应用的PLC既有从美国﹑日本﹑德国等国家进口的，也有国内厂家组装或自行开发的，已达上百种型号。因此合理选择PLC就非常的有意义。我们从以下四个方面来选择：1）PLC机型选择。机型选择的基本原则是在能够满足控制要求及保证运行可靠﹑维修方便的前提下，力争最佳的性价比。①在结构形式上选择整体式。②在安装方式上选择集中式。③在功能要求上选择只有开关量控制，具有逻辑运算、定时、计数等功能的小型PLC。④机型统一。对于一个企业应尽可能使用机型统一的PLC，有利于备件的采购。

2）PLC容量选择。容量选择包括I/O点数和用户程序存储容量的选择。①I/O点数的选择。由于PLC平均I/O点的价格还比较高，一般情况下I/O点是根据被控对象的输入、输出信号的实际个数，再加上10%—15%的备用量来确定。②用户存储容量的选择应按实际需要留20%--30%的余量来选择。

3）I/O模块的选择。PLC输入模块的作用是用来检测、接收现场输入设备的信号，并将输入的信号转换为PLC内部接收的低电平信号。①输入信号的类型选择。常用的输入信号类型有三种：直流输入、交流输入和交流/直流输入，根据需要我们选择直流输入②输入信号电压等级的选择。有5V、12V、24V、48V、60V等可供选择，根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑我们选择24V电压。

综合以上几个方面考虑，决定选用三菱FX2N-14MR型号的PLC.

2、变频器选型

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频的电能控制装置。现在使用的变频器主要使用的是交-直-交方式（VVVF

变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换为直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

变频器在选型上应注意以下几点：

1) 采用变频的目的：恒压控制或恒流控制等。

2）变频器的负载类型：如叶片泵或容积泵等。特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。

3）变频器与负载的匹配问题：①电压匹配：变频器的额定电压与负载的额定电压相符。②电流匹配：普通的离心泵，变频器的额定电流与负载的额定电流相符。③转矩匹配：这种情况在横转矩负载或有减速装置时有可能发生。

综合以上三个方面考虑再加上价格因素决定选用富士FRENIC5000P11S系列低噪音风机?泵用变频器

3、硬件接线图

根据控制要求，绘制PLC与变频器控制端子硬件接线图，如图1所示。

图1 接线图

4、变频器的参数设置

这个系列的变频器进行多段速控制的端子为RH，RM和RL。通过这三个端子的组合最多可以实现七段速度运行。进行五段速度控制时的端子组合如表2所示。

速度段1速2速3速4速5速接通的控制端子RH RM RL RM、RL RH、RL 设定值/HZ 30 35 40 45 50

四、软件设计

风机的运行方式是通过装设在生产车间的温度传感器的信号来确定的，根据温度传感器检测出的车间温度的高低，来合理调节风机的风量。具体系统控制要求如下：

1）、流程图

根据系统控制要求画出程序流程图，如图2所示。

图2 系统流程图

2）、梯形图

根据系统控制要求设计PLC程序梯形图，如图3所示。

图3 PLC梯形图

五、节能效果分析

1、理论节能分析

风机的机械特性具有二次方律特征，其流量，风压与消耗功率与转速ｎ的关系，如图4所示。

图4 风机流量、压力、消耗功率与转速关系曲线图

由图4可知风机消耗功率与其转速的三次方成正比。根据车间的温度情况，通常保持在30℃～35℃，亦即改造后变频器时常运转在40HZ。根据同步转速公式n=60f/p和风机消耗功率与其转速三次方成正比可知，理论上改造前后功耗比为：

P1／P2＝51.2％

即改造后能耗只为改造前的51.2%，由此可见节能效果非常明显。

2、实测能耗

当变频器在50HZ和40HZ运行时在变频器输出侧实测数据：40HZ时电流为12.2A，电压250V;50HZ时电流为15.8A，电压为370V。则：P1＝1.732*250*12.2=5.28kw

P2=1.732*370*15.8A=10.13kw

P1/P2=52.1%

由于此系统中电机总功率比较小，因此变频器的能耗占的比重较大，尽管实测值与理论值有一定的差距，但改造后每个小时能耗仍可节约4.85个千瓦。

3、节能效果计算

改造前每年消耗的电能（按每天工作20小时，每年工作250天计）W1=10.13*20*250=50650Kwh

改造后每年消耗的电能

W2=5.28*20*250Kwh=26400Kwh

则每年节约电能为W=W1－W2=24250Kwh

如果以每度电0.5元计，则每年节约电费12125元。可见节能效果和经济效益相当可观。

六、结束语

风机的变频节能效果非常可观，并且在节能的同时减轻了设备的机械负荷，延长了设备的使用寿命。也符合国家提倡的建设节能型社会的需求。因此这个实例很值得在通风排风系统中大力推广和应用。

参考文献：

（1）丁斗章.变频调速技术与系统应用.机械工业出版社，2005

（2）唐修波.变频技术及应用.中国劳动社会保障出版社，2006

（3）高勤.可编程序控制器原理及应用(三菱机型).电子工业出版社，2006