基于PLC、變頻器的風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)改造

廣州白云工商高級技工學(xué)校 郭燕華

1.改造原因

該公司所用的磨革除塵機(jī)分為磨革機(jī)和除塵機(jī)。磨革機(jī)的作用是把皮革正面磨平到要求的厚度。除塵機(jī)的作用是把磨革之后的皮革上面的粉塵吸收干凈，其上方有負(fù)壓吸風(fēng)機(jī)風(fēng)口，下方有羅茨風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)口。

羅茨風(fēng)機(jī)作為除塵機(jī)的附屬設(shè)備，其工作原理空壓機(jī)相近，但是不同之處是它在產(chǎn)生帶壓力的壓縮空氣的同時，還可以把空氣的溫度升高。在除塵機(jī)中它的作用是從皮的底部向皮吹風(fēng)，把粉末從皮上面吹離，然后被抽風(fēng)機(jī)抽掉。

改造前每臺除塵機(jī)都獨立配有一臺羅茨風(fēng)機(jī)提供一定壓力的熱氣。羅茨風(fēng)機(jī)的電機(jī)15KW，利用星三角啟動的，一旦啟動，電機(jī)就幾乎在額定功率運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生約0.58MPa的熱空氣給除塵機(jī)。但是除塵機(jī)只需要0.3正負(fù)0.05MPa的空氣，而改造之前的辦法是通過調(diào)節(jié)羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)管上的泄壓閥卸壓來實現(xiàn)壓力的下降，經(jīng)測量這卸掉的壓力相當(dāng)于電機(jī)產(chǎn)生總風(fēng)量的38%，也就是說這部分的氣是時時刻刻在浪費掉。這對公司造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，因此改造迫在眉睫。

2.改造方案提出

2.1 改造需要解決的問題

如果羅茨風(fēng)機(jī)提供的熱空氣壓力偏小，除塵不干凈；如果壓力過大，會造成皮革表面出現(xiàn)微小折皺，影響皮革的品質(zhì)以及。所以羅茨風(fēng)機(jī)必須恒定在提供需要的0.3MPa正負(fù)0.05MPa壓力的范圍。

2.2 改造思路確定

如果一臺羅茨風(fēng)機(jī)分別配套一臺變頻器，也可以實現(xiàn)恒壓供氣和變頻與工頻變換的要求，但是變頻器價格昂貴，三菱15KW的價格接近7500元/臺，單次投入金額過大，公司承受能力受限制。而且保養(yǎng)和維護(hù)成本也會增加。所有我們不采用這個方案。

據(jù)公司的統(tǒng)計，一臺羅茨風(fēng)機(jī)除了向一臺除塵機(jī)供氣之后，還有百分之三十八的余量。而且該公司三車間的1#～5#磨革除塵機(jī)緊靠排列在一起，靠車間的北邊，而6#～9#又在車間的另外的方向。所以我們設(shè)想用四臺羅茨風(fēng)機(jī)集中向一個大儲氣罐供氣，然后再由儲氣罐分別向1#～5#除塵機(jī)供氣。機(jī)器組合圖如圖1所示：

圖1 機(jī)器組合圖

2.3 系統(tǒng)工作原理

采用4臺羅茨風(fēng)機(jī)并聯(lián)向一個儲氣罐供氣，然后再由儲氣罐分別向各臺除塵機(jī)供氣，在儲氣罐上安裝一個壓力傳感器，將儲氣罐上的壓力變化轉(zhuǎn)換成4～20mA的電流變化，輸入PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊FXON-3A上的電流輸入端，PLC根據(jù)給定的壓力設(shè)定值與實際檢測值進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出控制信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換模塊后輸出0～5V電壓至變頻器端子2和5，自動調(diào)節(jié)羅茨風(fēng)機(jī)電機(jī)的供電電壓和頻率。

啟動時觸摸屏給定運(yùn)行信號和設(shè)定壓力，首先PLC控制一臺羅茨風(fēng)機(jī)在變頻器的控制下變頻啟動，當(dāng)?shù)谝慌_羅茨風(fēng)機(jī)頻率達(dá)到48HZ運(yùn)行而且持續(xù)的時間超過30秒鐘后，PLC自動將原工作在變頻狀態(tài)下的第一臺羅茨風(fēng)機(jī)投入到工頻運(yùn)行，同時開始延時5秒鐘，當(dāng)時間到，PLC控制第二臺備用羅茨風(fēng)機(jī)用變頻器起動后投入運(yùn)行，繼續(xù)加大供氣量以至壓力達(dá)到設(shè)定值；若2臺羅茨風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)仍不能滿足壓力的要求，則第三臺備用羅茨風(fēng)機(jī)投入變頻運(yùn)行。以此類推，直至全部羅茨風(fēng)機(jī)啟動以滿足要求。

當(dāng)用氣量減少時，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在下限頻率5HZ以下，而且持續(xù)的時間超過30秒，則PLC首先停下一臺運(yùn)行的羅茨風(fēng)機(jī)，以減少供氣量。當(dāng)上述2個信號仍存在時，則PLC再停下一臺運(yùn)行的羅茨風(fēng)機(jī)，以此類推直至最后一臺羅茨風(fēng)機(jī)用變頻器恒壓供氣。所有羅茨風(fēng)機(jī)從停止到啟動及從啟動到停止都由PLC、變頻器來控制，實現(xiàn)帶載軟啟動，避免了啟動大電流給羅茨風(fēng)機(jī)帶來沖擊，相對延長了風(fēng)機(jī)的使用壽命。

圖2 PLC和變頻器實現(xiàn)羅茨風(fēng)機(jī)恒壓供氣原理圖框

同時，系統(tǒng)采用不同天數(shù)不同的羅茨風(fēng)機(jī)先啟動的辦法，以第一天1#羅茨風(fēng)機(jī)先啟動，第二天第二臺先啟動....第四天第四臺先啟動這樣循環(huán)，當(dāng)?shù)谖逄斓臅r候又返回從1#開始先啟動；工作羅茨風(fēng)機(jī)與備用羅茨風(fēng)機(jī)不固定，這樣，既保證供氣系統(tǒng)有備用羅茨風(fēng)機(jī)，又保證系統(tǒng)各臺羅茨風(fēng)機(jī)有相同的運(yùn)行時間，有效地防止在出勤期間羅茨風(fēng)機(jī)的因長時間工作而造成電機(jī)過熱，效率降低和皮帶軸承過渡損耗的問題等，可大大提高了設(shè)備的綜合利用率，降低了維護(hù)費用。本課題的原理框架圖如圖2所示。

3.軟件系統(tǒng)設(shè)計

為了方便調(diào)試和編程，系統(tǒng)控制器采用三部分組成：手動運(yùn)行模塊，自動運(yùn)行模塊和故障報警模塊。

3.1 手動運(yùn)行

當(dāng)系統(tǒng)處于手動運(yùn)行時，各臺羅茨風(fēng)機(jī)的變頻啟動和切換工頻是通過觸摸屏上“手動增加”和“手動減少”觸摸鍵完成來完成。PLC把啟動信號給變頻器和接收各電路保護(hù)信號和判斷各工作羅茨風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，在出現(xiàn)故障的情況下，輸出報警信號斷開控制回路。

3.2 自動運(yùn)行

自動運(yùn)行包括系統(tǒng)的初始化，開機(jī)命令檢測，數(shù)據(jù)采集，控制程序運(yùn)算，電機(jī)的運(yùn)行等。

3.3 故障診斷和報警輸出模塊

變頻器具有故障輸出保護(hù)功能，當(dāng)變頻發(fā)生故障時，變頻器將停止輸出，同時輸出故障信號給PLC，并進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。PLC輸出報警并停下系統(tǒng)。

4.結(jié)束語

變頻器是靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)實際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的；隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。在本系統(tǒng)的改造中解決了一直困擾該公司的羅茨風(fēng)機(jī)卸壓浪費電力資源的難題；而且給管理帶來了方便，體現(xiàn)出了國家節(jié)能減排的方針，有效地節(jié)約了電力的消耗。

[1]鐘肇新,范建東,馮太合主編.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].華南理工大學(xué)出版社,2008,2(第4版).

[2]林敏,于忠得主編.自動化系統(tǒng)工程[M].電子工業(yè)出版社,2008.

[3]三菱自動化公司.FX1S FX1N FS2N、FX2NC編程手冊[S].編號JY992D62001.

[4]吳衛(wèi)榮.傳感器與PLC技術(shù)[M].中國輕工業(yè)出版社,2010,2(第1版).