鋼鐵企業(yè)PLC控制的局部通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)

（上海梅山鋼鐵股份有限公司設(shè)備分公司，江蘇 南京 210039）

鋼鐵企業(yè)PLC控制的局部通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)

張永行

（上海梅山鋼鐵股份有限公司設(shè)備分公司，江蘇 南京 210039）

在當(dāng)前的電氣控制系統(tǒng)中，PLC是相當(dāng)?shù)湫偷墓I(yè)控制裝置之一。通過對(duì)PLC控制裝置的使用，除了能夠?qū)崿F(xiàn)比較復(fù)雜的邏輯控制目的以外，還能夠支持定時(shí)控制功能以及順序控制功能的實(shí)現(xiàn)，且控制過程當(dāng)中具有較好的穩(wěn)定性，可靠性，以及抗干擾性。而在鋼鐵企業(yè)舉步通風(fēng)機(jī)中，為了能夠在實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控目標(biāo)的同時(shí)，使節(jié)能效果更加的確切，就需要探討將PLC控制與變頻調(diào)速相結(jié)合的控制方法，使鋼鐵企業(yè)中所應(yīng)用的局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)性能得到改善，節(jié)能效益進(jìn)一步的發(fā)揮出來(lái)。文章即針對(duì)該問題展開分析與研究。

鋼鐵企業(yè)；PLC控制；局部通風(fēng)機(jī)；變頻調(diào)速系統(tǒng)

1 局部通風(fēng)機(jī)節(jié)能原理分析

已有的研究資料中認(rèn)為：風(fēng)機(jī)的工作性能會(huì)受到風(fēng)機(jī)工作特性曲線以及管網(wǎng)特性曲線這兩個(gè)方面因素的影響。在風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)恒定的前提下，可通過變頻調(diào)速控制或者是閥門控制的方式，對(duì)風(fēng)機(jī)的流量進(jìn)行合理的控制。以鋼鐵企業(yè)比較常見的除塵通風(fēng)機(jī)為例，變頻調(diào)速節(jié)能原理的基本示意圖如圖1所示。

結(jié)合圖1來(lái)看，關(guān)小閥門可對(duì)應(yīng)減少通風(fēng)機(jī)的流量，但與之相對(duì)應(yīng)的是，管網(wǎng)的阻力水平明顯提升，風(fēng)壓自圖1中H1點(diǎn)提升至H2點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的流量取值則從Q1點(diǎn)下降至Q2點(diǎn)，風(fēng)機(jī)原有的工作點(diǎn)N1轉(zhuǎn)移至N2位置。相對(duì)于閥門控制模式而言，在以變頻調(diào)速方式控制的前提下，可以在不對(duì)機(jī)械閥門開度產(chǎn)生影響的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整。換句話來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度成為了唯一影響通風(fēng)機(jī)工作特性的因素，工作點(diǎn)自N1位置轉(zhuǎn)移至N3，風(fēng)壓取值自H1下降至H3，而對(duì)應(yīng)的流量取值則自Q1下降至Q3。進(jìn)一步通過對(duì)通風(fēng)機(jī)流量取值、風(fēng)壓取值、以及功率取值的分析，認(rèn)為對(duì)于通風(fēng)機(jī)而言，其功率的下降有三次方的關(guān)系，因此認(rèn)為引入變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能具有相當(dāng)大的潛力。

2 局部通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)

整個(gè)變頻控制系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)包括上位機(jī)部分，PLC控制部分、變頻器部分、電氣控制部分、以及風(fēng)機(jī)部分這幾個(gè)方面。

在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，對(duì)該變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的應(yīng)用方式為：電機(jī)以及通風(fēng)機(jī)在變頻器的帶動(dòng)作用之下正常啟動(dòng)，通過所建立的特征模型控制器，通過WINCC對(duì)PLC控制系統(tǒng)中除塵器入口位置的管網(wǎng)壓力信號(hào)進(jìn)行讀取，編制與實(shí)際工況相對(duì)應(yīng)的PLC程序。PLC控制模塊當(dāng)中，將所讀取的信號(hào)通過程序本身進(jìn)行比較與運(yùn)算，同時(shí)由上位系統(tǒng)遵循智能PID控制器的控制原理，面向PLC輸出電信號(hào)，由PLC模塊負(fù)責(zé)完成A/D的轉(zhuǎn)化。A/D轉(zhuǎn)換完成后輸出包含模擬量以及數(shù)字量的電信號(hào)，從而對(duì)變頻器的啟停頻率進(jìn)行設(shè)置，達(dá)到調(diào)整電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓以及運(yùn)行頻率取值的目的，最終使通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的得到調(diào)整。在這一過程當(dāng)中，能能夠形成以管網(wǎng)壓力跟蹤煙塵含量為標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。

還需要特別注意的一點(diǎn)是，在鋼鐵企業(yè)局部通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的狀態(tài)下，變頻器始終處于變頻調(diào)速的工作狀態(tài)下，因此可以通過對(duì)管網(wǎng)負(fù)壓進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)煙塵量的跟蹤監(jiān)測(cè)工作，達(dá)到滿意的節(jié)能效果?；谶@一理念，引入模塊化的設(shè)計(jì)理念，形成完整的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。

3 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

首先，從變頻調(diào)速控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的角度上來(lái)說(shuō)，PLC選型為西門子S7-400系列PLC裝置，同時(shí)選擇包括ET200M智能終端以及3501#負(fù)壓變送器在內(nèi)的相關(guān)電氣部件。液力耦合器正常運(yùn)行狀態(tài)下輸出功率取值為900kW，中壓變頻器正常運(yùn)行狀態(tài)下輸出功率取值為630kW。

其次，從變頻調(diào)速控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的角度上來(lái)說(shuō)，軟件編制的核心在于變頻響應(yīng)速度方面的問題。結(jié)合鋼鐵企業(yè)的實(shí)際工況來(lái)看，建議以現(xiàn)場(chǎng)所采取的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)情況虛擬取值，綜合形成管網(wǎng)所對(duì)應(yīng)的壓力取值，然后在PID智能控制算法的支持下，完成對(duì)動(dòng)作的響應(yīng)，一方面能夠使整個(gè)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性得到合理的提升，另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)動(dòng)作響應(yīng)速度的加強(qiáng)，能夠起到較好的效果。

需要引起重視的一點(diǎn)是：為了能夠使整個(gè)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的編程結(jié)構(gòu)更加的簡(jiǎn)單，需要盡量將具有共性的部分納入主程序當(dāng)中（共性部分主要包括通風(fēng)機(jī)加速脈沖掃描程序、減速脈沖掃描程序、輸入程序、以及輸出程序等），其他的相關(guān)程序則編入子程序當(dāng)中（包括局部通風(fēng)機(jī)碼表程序、以及循環(huán)程序等）。在對(duì)主程序進(jìn)行周期性掃描的過程當(dāng)中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)主程序所對(duì)應(yīng)子程序的讀取。同時(shí)，受到脈沖掃描以及輸入輸出程序的影響，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的讀取速度可得到顯著的提升。子程序嵌入主程序當(dāng)中，對(duì)主程序的掃描可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)子程序的掃描。再加上PLC主程序具有快速掃描的優(yōu)勢(shì)，因此可以有效解決在子程序、主程序掃描時(shí)間差方面存在的問題。與此同時(shí)，快速的掃描特性還能夠?qū)νL(fēng)機(jī)正常運(yùn)行條件下的加速、減速變化動(dòng)作加以及時(shí)的響應(yīng)，從而對(duì)實(shí)際工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，在對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的同時(shí)，體現(xiàn)良好的節(jié)能效果。

圖1 通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能原理示意圖

結(jié)語(yǔ)

本文以鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際工況作為切入點(diǎn)，結(jié)合鋼鐵生產(chǎn)系統(tǒng)線上除塵管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，基于PLC技術(shù)支持，構(gòu)建了適用于局部通風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。文章中對(duì)該局部通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理，硬件軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)展開了全面分析與研究。該系統(tǒng)作用于實(shí)際工況，綜合節(jié)能效果良好，證實(shí)了PLC控制下變頻調(diào)速系統(tǒng)在節(jié)約鋼鐵企業(yè)局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗方面的確切價(jià)值，值得后續(xù)的實(shí)踐工作中引起關(guān)注與重視。

[1]左毅．基于PLC控制的局部通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究[D]．安徽理工大學(xué), 2008．

[2]徐益民, 林海鵬, 趙汗青． PLC在礦井局部通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]． 煤礦機(jī)械, 2004 （12）．

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