通风机节能监控系统中变频装置的应用

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现在国内电气公司越来越多,分出来也越来越多,原因是传动调速系统,经济效益大,设计主回路,外购电子控制器和电力电子器件,然后组装、调试,已越来越多人掌握,办个组装车间也非难事,但人力分散,基础工作—电子控制器和电力电子器件却很少人也无力致力于研发和生产。变频器在其它行业也有应用,例如造纸行业、矿山的提升机以及架空索道等,但是钢铁行业用量大,品种规格多,是典型的用户。

一、通风机节能原理分析

已有的研究资料中,风机的工作性能会受到风机工作特性曲线以及管网特性曲线这两个方面因素的影响。在风机工作点恒定的前提下,可通过变频调速控制或者是阀门控制的方式,对风机的流量进行合理的控制。以钢铁企业比较常见的除尘通风机为例,变频调速节能原理的基本示意图如图所示。

结合图来看,关小阀门可对应减少通风机的流量,但与之相对应的是,管网的阻力水平明显提升,风压自图1中H1点提升至H2点,对应的流量取值则从Q1点下降至Q2点,风机原有的工作点N1转移至N2位置。相对于阀门控制模式而言,在以变频调速方式控制的前提下,可以在不对机械阀门开度产生影响的前提下,实现对风机转速的调整。换句话来说,转动速度成为了唯一影响通风机工作特性的因素,工作点自N1位置转移至N3,风压取值自H1下降至H3,而对应的流量取值则自Q1下降至Q3。进一步通过对通风机流量取值、风压取值、以及功率取值的分析,认为对于通风机而言,其功率的下降有三次方的关系,因此认为引入变频调速系统节能具有相当大的潜力。

二、通风机变频调速的实现

变频控制系统的基本组成结构包括上位机部分,PLC控制部分、变频器部分、电气控制部分、以及风机部分这方面。在钢铁企业生产实践中,对该变频调速控制系统的应用方式为：电机以及通风机在变频器的带动作用之下正常启动,通过所建立的特征模型控制器,通过WINCC对PLC控制系统中除尘器入口位置的管网压力信号进行读取,编制与实际工况相对应的PLC程序。PLC控制模块当中,将所读取的信号通过程序本身进行比较与运算,同时由上位系统遵循智能PID控制器的控制原理,面向PLC输出电信号,由PLC模块负责完成A/D的转化。A/D转换完成后输出包含模拟量以及数字量的电信号,从而对变频器的启停频率进行设置,达到调整电动机运行电压以及运行频率取值的目的,最终使通风机的转动速度的得到调整。在这一过程当中,能能够形成以管网压力跟踪烟尘含量为标准的闭环反馈控制系统。还需要特别注意的一点是,在钢铁企业局部通风机正常运行的状态下,变频器始终处于变频调速的工作状态下,因此可以通过对管网负压进行调节控制的方式,实现对运行现场烟尘量的跟踪监测工作,达到满意的节能效果。基于这一理念,引入模块化的设计理念,形成完整的变频调速控制系统。

三、变频调速控制系统设计

首先,从变频调速控制系统硬件设计的角度上来说,PLC选型为西门子S7－400系列PLC装置,同时选择包括ET200M智能终端以及3501＃ 负压变送器在内的相关电气部件。液力耦合器正常运行状态下输出功率取值为900kW,中压变频器正常运行状态下输出功率取值为630kW。其次,从变频调速控制系统软件设计的角度上来说,软件编制的核心在于变频响应速度方面的问题。结合钢铁企业的实际工况来看,建议以现场所采取的生产数据为基础,结合生产情况虚拟取值,综合形成管网所对应的压力取值,然后在PID智能控制算法的支持下,完成对动作的响应,一方面能够使整个变频调速控制系统的稳态性得到合理的提升,另一方面能够实现对变频调速控制系统动作响应速度的加强,能够起到较好的效果。需要引起重视的一点是：为了能够使整个变频调速控制系统的编程结构更加的简单,需要尽量将具有共性的部分纳入主程序当中共性部分主要包括通风机加速脉冲扫描程序、减速脉冲扫描程序、输入程序、以及输出程序等,其他的相关程序则编入子程序当中包括局部通风机码表程序、以及循环程序等。同时,受到脉冲扫描以及输入输出程序的影响,整个系统对数据的读取速度可得到显著的提升。子程序嵌入主程序当中,对主程序的扫描可同时实现对子程序的扫描。再加上PLC主程序具有快速扫描的优势,因此可以有效解决在子程序、主程序扫描时间差方面存在的问题。

以钢铁企业生产实际工况作为切入点,结合钢铁生产系统线上除尘管网系统的运行特点,基于PLC技术支持,构建了适用于局部通风机的变频调速控制系统,对该通风机变频调速控制系统的实现原理,硬件软件设计要点展开了全面分析与研究。该系统作用于实际工况,综合节能效果良好,证实了PLC控制下变频调速系统在节约钢铁企业局部通风机运行能耗方面的确切价值,值得后续的实践工作中引起关注与重视。总的来说,钢铁工业变频调速系统是向着大功率、节能、控制精度高、动态响应快、结构简单、电动机侧和电网侧功率因数高和谐波小等方向发展。随着计算机控制技术在传动系统中的深入应用,许多新的控制方法和理论得以实现,如直接转矩控制、无速度传感技术和现代控制理论中的非线性控制等为高精度控制系统开发创造更多有利条件。