变频器在注塑车间中央空调变频改造中的应用

变频器在广本合成树脂注塑车间中央空调变频改革中的应用
模具是汽车生产中的重要工艺设备，它直接影响到汽车的最终质量，因此，包管模具的宁静和稳定形，对模具安排情况具有很高的要求。

为了包管情况条件，中央空调酿成汽车生产中不可缺少的设备，而中央空调又是汽车生产历程中能耗最大的一环，本文介绍AB变频器PF400在广本合成树脂科注塑车间空调风机改革中的应用。

二、车间工况介绍
广州本田公司合成树脂科注塑车间有三台3000T级的注塑机，用于本田汽车奥德赛、雅阁、飞度车型的保险杠、仪表板、风管等汽车部件的生产。

车间约存放有二十余种模具。

由于模具事情温度在18ºC, 房间温湿度如不能控制在要求的条件下，在模具外貌产生冷凝水，从而导致模具生锈。

这些模具是注塑车间生产的核心设备，需从日本进口，每台代价约在300—500万元左右。

因此，必须确保车间的温湿度，使模具不生锈。

为到达这一要求，原空调机组纵然在节沐日不生产的条件下也保持每天24小时连续工频运行，从而造成极大的能源浪费。

原空调系统组成：
原系统包罗5台电机，其中送风机1台为30KW，冷冻水泵两台为22KW，冷却水泵两台为22KW，冷却塔风机一台为11KW，起动方法为星-三角起动，其中冷却水泵和冷冻水泵的事情方法为一备一用。

三、空调系统改革的总体要求
a) 自动收罗冷水机组的供回水管的温度，确定冷却水回路的收支口温差及收支口温度等实时数据，冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、空调风机等设备的工况。

b) 实现空调系统的联锁控制：增设冷却水泵、冷冻水泵和空调风机变频节能控制，凭据车间温度和湿度的反馈信息，自动调治冷却水泵电机、冷冻水泵电机和空调风机的运行速度，使机组保持在经济运行状态，实现空调系统的最佳转换效率和水泵的节电成果，并使末段用户得到最舒适的感觉，到达高效、可靠节能的目的。

系统要求自动化水平高，操纵方便，可低落设备妨碍，延长设备使用寿命。

具有短路、过载、断相、接地妨碍掩护。

并实现控制成果、状态监督成果。

c) 通过软件实现温度与湿度的协调控制，以包管模具不生锈。

d) 系统可设事情及沐日两种模式进行操纵，在事情模式下，通过调治变频器的频率来到达设定的工艺参数；在沐日模式下，通过降温曲线来停机。

从而在确保模具不生锈的条件下，到达节能的目的。

A、事情模式
1）事情模式时，车间温度控制到25ºC±2ºC,设定值可调解。

2）在温度一定时，应包管系统小于如下湿度参数：
T=25ºC时，湿度RH 65%;
T=24ºC时，湿度RH 68%;
T=23ºC时，湿度RH 73%;
T=22ºC时，湿度RH 77%;
T=21ºC时，湿度RH 82%;
T=20ºC时，湿度RH 87%;
T=19ºC时，湿度RH 94%;
T=18ºC时，湿度 100%.
3) 车间4个温湿度控制点取最高值进行控制。

4）冷却泵、冷冻泵的控制凭据进出水温差和压差进行调治，温差、压差设定值可调。

水泵频率调治的最低值开端设定为30Hz.
B、沐日模式
1）操纵人员应在冷冻机停止之后切换至沐日模式。

PLC吸收到沐日模式信号之后延时数分钟停冷冻泵，再延迟数分钟停冷却泵。

当情况温度小于户内温度时，风机停机；当情况温度大于户内温度时，风机则继承保持50Hz频率运行0.5-1小时（时间凭据实际情况而定）。

之后，风机将凭据户内与户外温差曲线逐步低落运行频率，当户内及户外温度到达根本一致时风机运行停止。

2）当户外湿度到达或凌驾95%时，启动风机。

四、变频器改革的益处
（1）控制灵活，调治精确
原系统电机不能调速，风量和循环水流量调治只能简单地依靠风门挡板和阀门的调治，事情量大；通过变频器可实现电机无级调速，调治方便，速度精度高，可轻松、精确地控制风量、风速和循环水的流量。

（2）节能降耗，经济效果明显
对付离心风机和水泵，采取变频器控制电机转速，替代原挡板和阀门控制，改变在挡板和阀门上消耗大量电能的情况；凭据离心机事情原理，相似情况下流量、扬程和消耗功率与转速的一次、二次、三次方成正比，改变风量和流量时，低落电机转速，可节约大量电能。

例：
风机电机功率75KW，风门开度60％
(1) 风门或阀门控制耗电用度
75×0.9×0.7元×24小时×365天＝413,910元/年
(2) 变频器控制耗电用度
75×0.3×0.7元×24小时×365天＝137,970元/年
(3) 节能效果
考虑到节沐日模式，年节省电费约30万元。

（3）方便维护，淘汰妨碍
变频器控制电机按加快曲线起动，制止直接起动引起的大起动电流，淘汰对机器系统的打击和循环水系统中的水锤现象；由于电机在适当的工艺速度下运行，因此可低落噪声，减轻电机和其它机器设备的磨损，低落妨碍率和系统的维护事情量。

五、变频器改革技能方案
凭据现场实际情况，设计以下方案。

1：方案描述
将注塑车间的供风风机电机采取变频控制，将供风风道挡板完全打开，通过变频调速改变电机转速，控制送风量；将冷却水泵和冷冻水泵改为变频控制实现系统的节能和空调末端苛刻的温度、湿度要求。

控制历程采取步伐控制和PID调治技能，首先，对付送风机，通过对系统的情况的温、湿度信号收罗，来调治送风机变频器的频率，以满足空调情况的要求和到达节电的目的；其次，对付冷冻水水泵（一用一备），由于收支口冷冻水压差的变动反应空调负荷的变革，因而，在包管空调主机组的最低流量的要求下，凭据冷冻水收支口压差的变革调治冷冻水泵的转速，从而到达空调情况的舒适性并节能；第三，在冷却水方面（一用一备），凭据冷却水收支口温差和入口温度的变革来调治冷却水泵的转速，以包管空调机组在一个好的情况下事情，提高空调的制冷（或制热）效率，到达冷却水泵的节电和空调机组的节能；第四，通过软件实现温度和湿度协调控制，使模具不生锈。

系统还包罗一台人机界面，可以对工艺参数进行设定和显示系统妨碍（报警），控制盘配置钥匙开关手动选择主备装置瓜代使用。

电机除变频控制外，可加旁路装置直联电网，变频器产生妨碍时，可切换到原控制系统上。

变频器妨碍信号反馈到人机界面上。

2：系统配置原理图
3：主要设备选型
变频调速器：考虑到系统的工艺要求及兼容性，该电机变频器选择罗克韦尔PowerFlex400系列变频器。

该系列变频器性能强大，控制灵活；高度集成,支持多种通讯协议的网络结构；优化的功率模块结构设计减小高次谐波,反射波,及控制滋扰；紧楱的设计为用户节省了安装的空间；
PowerFlex400具有多种应用成果：凭据负载惯量可设置多种加减速曲线；优于热继电器性能的电子过热掩护；可预置七段速度；可制止机器共振的3段频率跳变成果；适应负荷扰动的转差赔偿成果包管速度精度，确保供风量稳定；先进的节能性能，可在“轻载”情况下淘汰从电网吸取的电能；“休眠/唤醒”成果可产生进一步的节能效果；内置历程控制PID环节；产生妨碍后的自动重启成果；瞬间失电时的掉电跨越成果；可联结旋转电机，实现飞车起动成果；
PowerFlex 400的一些主要参数如下：
PowerFlex 400系列变频器可在情况温度-10℃-50℃下运行，效率达97.5%。

PowerFlex 400系列变频器内置掩护成果有：
a) 欠压掩护
b) 过压掩护
c) 过流掩护
d) 过温掩护
e) 短路掩护
f) 接地掩护
PowerFlex 400系列变频器速度调治范畴为60：1，数字输入的控制频率输出精度达0.005%。

PowerFlex 400变频器具有7个数字量输入，3个数字量输出，2个模拟量输入，2个模
拟量输入接口。

PowerFlex 400还内置RS485接口，便于以后组成智能化系统。

PowerFlex 400具有斜波运行、惯性、直流制动、斜波保持、S曲线运行等停止模式，独立编程的加减速时间设定，设定范畴0-600秒等。

PowerFlex 400设计切合IEC146，IEC801和EN/CE要求，满足UL508C，CAN/CSA-C22以及EN50081标准。

六、节能阐发
（1）．设备参数如下：
风机电动机：Pe=30KW，Ue=380V，Ie=53A，N0(同步转速)=1450rpm，CosΦ=0.8
水泵电动机：Pe=22KW，Ue=380V，Ie=45A，N0(同步转速)=1450rpm，CosΦ=0.8
变频器：Kv(效率)=0.98
（2）．设备运行情况：
空调风机：
挡板开度60%，年运行时间8760 -30X24(30天维修)=8040小时.
实测数据：
挡板开度100％时，电机电流Im=52A
挡板开度60％时，电机电流Im=50A
空调冷却水泵：
年平均阀门开度70%，年运行时间8760 -30X24(30天维修)=8040小时.
实测数据：
阀门开度100％时，电机电流Im=45A
阀门开度70％时，电机电流Im=44A
空调冷冻水泵：
年平均阀门开度50%，年运行时间8760 -30X24(30天维修)=8040小时.
实测数据：
阀门开度100％时，电机电流Im=44.5A
阀门开度50％时，电机电流Im=41A
（3）．能耗盘算：
风机挡板开度调治控制方法的能耗
挡板开度60％，电机电流Im=52A，直接盘算电机消耗功率（即电机输入功率）
Pin=√3UeImCosΦ=√3×380×50×0.8=26326
全年能耗＝Pin/1000×8040(小时)×0.65(元)=137,580元
冷却水泵阀门开度调治控制方法的能耗
阀门开度70％，电机电流Im=44A，直接盘算电机消耗功率（即电机输入功率）
Pin=√3UeImCosΦ=√3×380×44×0.8=23167
全年能耗＝Pin/1000×8040(小时)×0.65(元)=121,070元
冷冻水泵阀门开度调治控制方法的能耗
阀门开度50％，电机电流Im=41A，直接盘算电机消耗功率（即电机输入功率）
Pin=√3UeImCosΦ=√3×380×41×0.8=21588
全年能耗＝Pin/1000×8040(小时)×0.65(元)=112,819元
全年总能耗=137580+121070+112819=371，469元
变频器控制方法的能耗盘算(估算)
空调风机：
采取变频器后，到达60%挡板开度时实测电机电流Im=14.5A，直接盘算电机消耗功率（即电机输入功率）
Pin=√3UeImCosΦ=√3×380×14.5×0.8=7635
全年能耗＝Pin/1000×(8040-792)(小时)×0.65(元)=35,970元
空调冷却水泵：
采取变频器后，到达70%阀门开度时实测电机电流Im=17.5A，直接盘算电机消耗功率（即电机输入功率）
Pin=√3UeImCosΦ=√3×380×17.5×0.8=7635
全年能耗＝Pin/1000×(8040-896)(小时)×0.65(元)=35,454元
空调冷冻水泵：
采取变频器后，到达50%阀门开度时实测电机电流Im=9.9A，直接盘算电机消耗功率（即电机输入功率）
Pin=√3UeImCosΦ=√3×380×9.9×0.8=5213
全年能耗＝Pin/1000×(8040-896)(小时)×0.65(元)=24,207元
注：在盘算中，节沐日模式按全年112天，在节沐日停机1/3天考虑,即：112 x24/3=896小时。

全年总能耗=35970+35454+24207=95，631元
（4）：节电率
（采取挡板的能耗-采取变频器的能耗）÷采取挡板的能耗＝74.3％
六：总结
在汽车生产中，模具质量的优劣，将直接影响到车体的质量和外观，而注塑车间情况的稳定性又是决定模具质量的主要因素。

对合成树脂科注塑车间空调系统进行改革，在原有控制系统上实施变频器控制，以实现风量控制和空调循环水的流量，简化工艺调解的庞大性，提高情况条件质量，实现节沐日控制模式，最终到达节能降耗的目的。

罗克韦尔自动化产物，在中国的汽车生产线上有着遍及的应用，在原有工艺系统上加装罗克韦尔变频器，完全能够包管系统的稳定、可靠、灵活、方便、节能的各项要求。

希望通过我们的努力，能够为广本汽车厂带来以下几点收益：
1）节能降耗，经济效益明显；
2）控制灵活，轻松实现风量、风速和循环水流量的精确控制，满足车间模具对温、湿度的苛刻要求；
3）淘汰电机启动时的大电流对电网的打击，掩护电网；
4）操纵方便，易于监控，淘汰工人劳动强度；
5）变频器控制可有效淘汰电机和机器设备及管道的磨损，优化设备，提高设备使用寿命；
6）方便维护，低落妨碍率，有效缩短应急事件产生时的处理惩罚时。