西门子PLC控制变频器在除尘器引风机上的应用

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西门子PLC控制变频器在除尘器引风机上的应用
张文博
摘要：现代化企业在开展环保治理的过程中，工厂里的粉尘排放是一项重要的治理点，布袋除尘器的除尘效果与粉尘的排放浓度之间有着直接的关系，而引风机作为布袋除尘机中最重要的一个硬件来讲，在引风机转速过快的情况下，会将部分粉尘带出除尘器箱体，而在引风机转速过慢的情况下，有可能导致烟尘吸收不彻底。

大型企业中所运用的引风机的功率都比较大，合理的控制引风机的速度，不仅可以确保除尘的效果达到目的，还能够为企业节省一定的能源效益，对于延长除尘器的使用寿命也有着十分重要的作用。

基于此，本篇文章对西门子PLC控制变频器在除尘器引风机上的应用进行研究。

关键词：西门子；PLC控制变频器；除尘器引风机；应用分析
在钢轧生产系统连续进行生产工作的过程中，炉门烟罩开启的时间会随着填料时段的不同选择、不同的时间，烟罩的开关能够直接影响到烟尘的浓度，同时也要根据不同的烟尘浓度选择不同的引风机风量速度，只有确保严格按照相应的生产情况来调节电机的速度，这种调速系统不仅能够达到最大的除尘效果，也能够达到节能高效的目的，保证引风机能够更加稳定快速的运转。

组态软件技术作为用户可定制功能的软件平台工具，在PC机上可以开发出友好人机界面，通过PLC可以对自动化设备进行“智能”控制。

为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电动机进行转速调节，考虑到电动机的启动、运行、调速和制动的特性，采用高功能性v/f控制的西门子MM6SE92型通用变频器，此变频器的S型加减速功能和转矩提升功能，能较好地解决转速之间的切换和启动问题。

1 相关概述
1.1 变频器的作用
变频器具有节约电能的效果，同时除了能够节约相应的电源之外，变频器对于降低对环境的污染以及能源的消耗也有着十分重要的作用。

在我国科学经济不断发展的情况下，变频器也在不断的更新换代，现如今变频器的使用范围越来越广泛，在鼓风机、搅拌机等设备上均能够进行运用；同时，也可以按照一定比例速度运转的方法来将多台电动机应用到各种搬运机械上；对于机床等设备的缓冲，启动和停止也可以利用变频器来进行缓解；总而言之，变频器除了能够用于传动调速方面，同时在各种静止的电源上运用的几率也是非常大的。

1.2 PLC技术
原来的PLC技术是指可以通过编程逻辑的一种控制器，以往在工业控制上应用的最为广泛。

而在科学技术不断进步发展的情况下，PLC的功能也不止是在逻辑控制上，除此之外，还增加了数据运算、传输以及控制等方面的功能。

那么PLC技术的含义也由此得到了更新，除了包含编程逻辑控制方面之外，还可以用来指数字运算操作的一种电子系统。

它主要是通过运用可编程序的储存器，并且在这种储存器中完成各种程序指令，比如运算算数、控制数据等方面的内容，此外，PLC还可以运用模拟数据或者数字模式，来进行输入输出来作为生产过程中运用到的各类装备机器进行操作。

PLC主要是通过发出各种程序指令来对机械设备进行控制以及操作，保证这些机械设备能够在一定情况下，形成一个完整的工业体系来推动整个工业的生产以及发展。

而现如今PLC的应用领域也逐渐的广泛，在数据控制、运动控制以及逻辑控制等领域都进行了尝试。

采样的输入、程序的执行以及输出是PLC工作过程的三个主要阶段，CPU、输入板块、输出版块、电源和编程装置是形成PLC系统的五大装置。

PLC在随着科技不断发展的情况下也形成了两种主要的规模，其中比较注重专业性以及高性能的指的是小型规模，一般能够代替规模较小的继电器；而另一种大型规模的模式能够具有大容量和多功能的效果。

1.3 西门子变频器的性能
西门子变频器除了满足我国当前科技技术发展的水平以及需求之外，在节约能源浪费情况上也起着非常重要的作用，同时，还能够不断的降低对周边环境所造成的污染。

而在我国科学技术水平不断进步发展的过程中，西门子变频器的运用范围也越来越广泛，例如真空炉电机控制系统中，就会运用多台电机来对其进行一个有效的控制。

而需要严格按照一定的比例，速度来对不同功率的电机进行控制，这样可以降低现场操作人员的操作难度，整体的生产效率得到不断的提高。

除此之外，变频器在帮助电机
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变频调速上也有着一定的作用，能够使整个设备在平稳的状态下更好的运行。

那么变频器还具有保护电动机的作用，使得整个电机的使用寿命得到了不断的延长。

因此说变频器的应用范围是非常广泛的，各种静置电源以及转动速上都能够起到一定的作用效果。

1.4 除尘器控制系统对机械设备的技术要求分析
①系统风机运用了两台F式离心双吸双支撑；需要入口的气体温度达到120℃以上，入口气体的密度达到1.3kg/m，全压以及入口静压分别为6000Pa、4500Pa。

风机所运用的滑动轴承采用稀油进行润滑。

而风机在实际进行正常运转的过程中壳体振幅一定要小于2mm。

有关电动机以及风机上所有设备运用的电气设备，以及风机测速仪和检测原件都要在PLC柜的主控画面上进行显示，而电动机以及风机要始终靠着PLC来集中进行控制操作，同时，在操作的过程中也要对除尘主控室以及机房两地进行一定的监视，在出现问题的过程中要及时的进行报警。

电动机的底座必须要求带钢，电动机机旁的控制箱要与风机相匹配来进行风机的启停等工作。

电器的远距离监视、报警和指示等工作需要在除尘主控室来完成。

②星型卸灰阀是过程中除尘器所运用的灰斗，那么在灰斗的连接处与卸灰阀上部之间要设置全封闭式的手动阀，便于来进行卸灰。

③刮板机的刮灰链板要运用焊接版式结构并且具有导向装置。

④为了避免雨水进入到除尘器中，在除尘器仓盖上方的100mm内应设置上沿，以此来保证除尘器内部的洁净。

1.5 除尘卸输灰气力输送系统
1.5.1 传统输送系统的改造
传统的刮板机以及斗提机械输灰系统，在使用的过程中会产生较大的磨损，同时还具有较大维修量以及备件需求量的缺点；而在对相关设备问题检测的过程中也完全的依赖工作人员的定点检测，在实际使用的过程中还会造成二次污染的问题。

因此将传统的除尘卸输灰系统改造为PLC控制的输送系统之外，就可以有效的缓解这一系列的缺点，使整个系统能够达到全封闭的状态，这样就可以大大的降低出现二次污染的几率；而PLC控制系统的自动化作用也能够大大降低相关工作人员的工作强度，设备的维修量以及备件量也会得到大大的降低；同时整个现场设备的运行情况也能够通过系统画面来实时的进行监测，这样在系统出现任何问题时就可以第一时间进行报警，也能够更有针对性的快速去选择方法进行解决。

1.5.2 压缩空气气路配置
气力输灰系统的气源是从厂区压缩空气的管道内所完成的。

首先，需要将厂区管道压缩的空气进入到储气罐中，而在通过储气罐之后会分成不同的两路，一路会呈现流态化来输送到输灰管道中；而另一路则会作为应急压缩空气以及机动控制的气源。

机罐的存在主要是为了能够确保该系统压缩空气气源压力的稳定性。

而气动控制阀门的压缩空气一般都是从储气管中直接引出的，这对于保证气动所需要压缩空气气源的稳定性以及先行有着十分重要的作用。

如果压缩空气管网出现故障而导致压力是衡水，输送系统会根据各个阀门的操作来合理的关闭所有的阀门输灰系统，一，二组到出料进料阀以及挥发等阀门都会尤其进行操作控制。

而在每组出料阀的后边位置都会具备一个应急压缩空气管道，这一管道主要能够保证气动阀门以及输灰管道之间的相通性。

而这时压缩空气以及气动控制压缩空气都来自于储气罐中，那么在此情况下，如果压缩空气管道现故障而施压的情况下，就会紧急的将压缩管道阀门打开，以便于将除灰关仓道的除尘来进行快速的清洁，保证管道内的剩余除尘灰也能够顺利送入到储灰仓中，保证共用的输灰系统不会出现堵塞的情况。

馆内的压力都会随着压力传感器进行一个实时的监测，当即压力达到最高状态的情况下，控制系统就会发出相应的报警信号，在报警信号被发出的情况下，压缩空气近期阀以及共用出料阀等等就会快速关闭并且进入到排堵程序中，主管中的除尘能够利用输灰管路中的压缩空气进行不断的冲击而达到疏通完毕的目的。

2 PLC在电除尘中的实际应用
电除尘器中的低压控制系统运用了PLC系统，与以往的传统全继电器电路相比是不同的，他不仅能够大大的减少电器接线和开关的节点，同时整个电路运行的正确率也会在此过程中得到不断的提高，使得电除尘器能够更加安全稳定的运转。

①在电加热控制系统中运用PLC技术。

温度采集和加热器控制式电除尘系统中电加热控制的两大组成部分。

一般会运用DUT—4100系列的温度采集模板作为温度采集设备的主要方法，这种模板的接口一般都运用了无条件半字节通讯方式来完成像PLC数据的各种传输，在实际进行数据传输的过程中，每个单位都会输出四位二进制数，并且每个通道会输出四次。

然而每个数据传输的周期一般为2.16s，输送的时间可以达到640ms。

一般会运用横区间来对电除尘系统的加热器工作状态进行控制，也就是说加热器的开关和关闭等都是运用设定温度的振幅来进行控制的。

比如，在测量温度与系统设定温度相比处于较低状态的情况下，这时加热器就会自动开始运转；相反，如果在系统设定温度与测量温度相比较高状态下，加热器就会自动的停止工作，直至温度恢复正常。

②
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在电除尘器数据处理中运用PLC技术。

PLC自身的数据处理能力非常强，特别是在电除尘系统中更是发挥了最重要的作用，在整个系统实际运行的过程中，可以站在PLC自身精准数学运算能力的角度上，来完成各种数据的分析以及处理工作。

特别是在上位机进行数据通讯的过程中运用的更为广泛，PLC的使用可以使所有数据保存的更加完整以及准确，保证上位机所获得的相应数据能够更加精准的完成电除尘系统的控制工作。

③PLC通讯以及网络技术在电除尘系统中所发挥的作用。

PLC之间的通讯和prc与其他设备之间的通信，是PLC通信主要包括的两大主要方面，在计算机网络不断发展的情况下，PLC通信技术在电尘系统中所使用的越来越广泛并且重要，当前PLC一般都具备通信接口，这一借口能够保证通信之间更加快速有效的进行，保证整个电除尘器能够处于更加高效稳定的状态下运转。

3 存在的问题
以除尘器为例，KKF离心通风机是该除尘器风机系统所选用的风机，这种风机的全压能够达到2910Pa，设计风量为14400m3/h，电机的功率达到了15kW，并且转速处于2900转每分钟。

如果直接启动这种电机，那么会导致启动电流处于较大的状态，但是启动转矩并不会得到不断的提高。

启动钻具以及启动电流倍数为分别为kst=1～2、k1=5～7。

而启动电流对于电网冲击的影响是非常大的，甚至可能会影响到同一台变压器其他供电负载的正常运转。

只有在电机额定功率下,转载点多管冲击式除尘器，风机系统才能够正常运转，这些额定功率与皮带机转载点的落差、落煤管与皮带夹角之间均有着一定的关系。

因此，粉尘量会在一定的范围内随着不同机械而产生不同的改变，与空气流动之间也会存在着一些联系，比如，在对散装物料进行运输的过程中会引发空气的流动，这主要是由于所运输的物料诱导作用或者设备运动部件的鼓动作用所导致，那么空气中的一些尘土可能就会随着防尘密闭罩的缝隙而出现外线，这时合理的抽风量不仅能够对一些尘土进行除尘，还能够达到除尘器节能的效果。

但是如果抽风量过大的情况下，会将部分大颗粒物料抽走，这些大颗粒物料可能会导致除尘器管路出现堵塞的情况，后期对于除尘机维修的成本会越来越高；但是如果抽风量过小的情况下，又达不到除尘的效果。

除尘机器目前所存在的三个问题：①除尘器启动电流较大，会导致对电网产生较大的冲击；②除尘器风机目前无法随着粉尘浓度的变化而自动调整相应的速度；③除尘器风量过大，可能会导致一些大颗粒粉尘物的吸入而造成管路堵塞的情况。

4 西门子PLC控制变频器在除尘器引风机上的应用分析4.1 除尘器引风机系统硬件设计
在这个除尘器引风机系统中，在系统控制的原理上，将输出和输入地址清单进行了一个详细的会列，并且将变频器的接线原理图进行绘制。

4.2 根据系统控制要求编制PLC程序
将三个阀门的开关信号接入到PLC系统里，三个阀门都处于关闭状态的情况下，引风机的转速就会自动的进行降低；如果对其中一个阀门进行打开状态，那么引风机的转速就会在此过程中得到自动的提升，主要会提升到600RPM；那么当有两个阀门同时开会的情况下，转速就会提高到800RPM，三个阀门同时打开的情况下，转速就会提高到1200RPM，这些数据可以在画面上进行自行设定，在进行设定的过程中，要严格按照熔炼炉中填料的运行情况来进行设定。

在编写程序的过程中，通过PLC梯形图里的MOV-R(移位指令)来合理的控制引风机的顺序，以及变频调速的任务，使其能够对引风机完成多个段落的速度控制工作。

对其进行程序编写更为简单，避免了一些变频器多段速参数设置问题而导致有开关信号参数问题的出现。

4.3 HM1人机界面设计
HMI设计是站在西门子WINCC软件环境的基础上所进行的，HMI能够将现场的数据以及状态进行一个集中的显示，除此之外，操作人员在进行参数设定、修改以及控制现场的一个重要操作平台。

显示直观、操作便利、信息图丰富是HMI设计的几项基本原则，其中主要包括性挥发监控画面、风机和电动机监控画面、料位计、数据记录画面以及系统主画面等等方面的内容。

5 结语
在进行西门子变频器PLC控制程序设计工作中需要融入先进的技术，并加强对PLC技术的了解和认识，结合现场控制对象和控制信息提出优化性的解决方案，从而使得性能子变频器PLC控制程序设计能够在实际中发挥应有的价值和效果。

为了获取强大的经济效益，促进各行各业的稳定发展，需要加强对PLC控制技术的研发，推动我国科技水平的不断进步。

（作者单位：河钢集团宣化钢铁公司）
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