论PLC、变频器应用于循环风机

周杰才

（江苏双山集团股份有限公司，江苏 射阳224300）

1 关于本系统

S 厂络筒车间目前有鼓风机两台，其功率都为13.5Kw，主要用来为车间通风排气、除湿降温。 笔者认为可以利用变频器的多段速功能代替变极的方法对风机进行调速，其优点是调节灵活性高，减少能量的无端消耗。 S 县四季分明，根据工人的工作需要和工作内容的不同对车间温度、湿度的要求也有所不同，生产车间对风量的需求也不同。应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，可以达到既降低劳动强度和生产成本，又实现节能增效的效果。

2 关于具体改进方案的实施

用PLC 通过温度传感器感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，设备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。 拟速度设定方案，如表1 所示。

表1 运行鼓风机台数和需求频率对应表

3 关于硬件设计

3.1 PLC 系统的选择

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。

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。

3.2 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FRENIC 5000P11S 系列低噪音风机·泵用变频器

3.3 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（以三菱某型号为例）。

图1 接线图

3.4 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。

表2 多段速端子与速度段组合表

4 关于软件设计

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

5 关于节能效果分析

5.1 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。

5.2 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。

5.3 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。

［1］丁斗章.变频调速技术与系统应用[M].机械工业出版社，2005.

［2］高勤.可编程序控制器原理及应用(三菱机型)[M].电子工业出版社，2006.

［3］唐修波.变频技术及应用[M].中国劳动社会保障出版社，2006.