PLC结合变频器在风机节能上的应用

发布于:2021-12-03 11:39:38

PLC 结合变频器在风机节能上的应用 【摘 要】风机是生产生活中随处可见的电气设备。大功率风机 能耗巨大,加装基于 plc 的变频器可实现有效节能。本文主要探讨 了 plc 结合变频器在风机节能上的应用。 【关键词】风机;plc;变频器 当前环境下,全球能源消耗日渐增大,各国能源出现日益紧张, 因此都在提倡节能减排,倡导节能已经成为世界范围内的一个共同 话题。我国的风机、水泵等大功率用电器一般都由高压大容量电机 控制,耗电量占到了全国总耗电量的 45%,提倡节能技术,降低国 家电能的使用将特别有意义。但是针对这些设备的节能方式往往都 比较落后,大多是起不到节能的目的,反而增加了无功功率的消耗, 大大的耗费了国家的电能。长期使用这样的调速方式增加了电机的 负荷与损耗,严重缩短了电机的使用寿命。对高压变频调速技术进 行研究,并将它使用在电机调速控制领域,这样既可以满足工艺生 产不同环节的需要,也可以大大的节约电能的消耗,优化工艺生产 的流程,改善环境,减少生产维护。目前在我国使用的一些高压变 频器,由于自身结构的特点,高压变频器中使用的功率器件的耐压 等级受到了明显的限制,而且高压变频器调速系统的*私峁挂彩 各式各样的,我国在采用不同的*私峁估唇饩龈叩缪勾蟮缌鞔 的技术难题方面,取得了很大的成果。 1、风机变频调整原理 由于风机大多为*方转矩负载,轴功率与转速成立方关系,所 以当风机转速下降时,消耗的功率也大大下降,因此节能潜力非常 大,最有效的节能措施就是采用调速器来调节流量、风量,应用变 频器节电率为 20%-50%。而且通常在设计中,用户电机设计的容量 比实际需要高出很多,存在“大马拉小车”的现象,效率底下,造 成电能的大浪费。根据流体力学知识和风机水泵的相似定律,变速 前后流量、扬程、功率与转速之间的关系为:q1/q2=n1/n2;h1/h2= (n1/n2)2;p1/p2=(n1/n2)。3 式中 q1、h1、p1 为转速 n1 的流 量、扬程、功率;q2、h2、p2 为转速 n2 的流量、扬程、功率。由 此可见,当风机在变负荷工作情况下,采用变频器调节电机转速时, 轴功率随转速比的三次方关系进行变化,节电效果明显。 2、方案设计 某纺区设计为 2 套空调,配置均为 37kw 送风机 1 台,15kw 水泵 2 台;后纺区域设计为 1 套空调,配置为 45kw 送风机 1 台,18.5kw 水泵 2 台。为了节能降耗及合理控制温湿度,我们利用变频器、plc、 数模转换模块、温度模块、温湿度传感器等构成了温差闭环自动调 节系统。 2.1 设备选型 plc(可编程序控制器)选用德国 siemens 公司 s7-200 产品, 带有集成数字量和模拟量 i/o 及 prof ibus dp 主站/从站接口,带 有与过程相关的功能,满足对处理能力和响应时间要求较高的场 合,可以连接单独的 i/o 设备,采用模块化扩展方式,便于组网。 为了节约投资,我们只对送风机实行变频控制,考虑棉纺织空调工 况条件较差,避免变频器超温保护影响生产,变频器装机容量是取 系统最大负荷再增加 10%~20%余量作为设计系数。在选择变频器 时,高一级规格选用,如 30kw 风机配置 37kw 变频器,37kw 风机配 置 45kw 变频器,45kw 风机配置 55kw 变频器。我们公司选用美国 rock well 公司生产的变频器。 2.2 控制方式 软件设计为两种控制方式,有自动控制方式和手动控制方式。 自动控制包括进风风机变频调控、新风调节窗的调节和热源供应口 处比例调节阀的控制。具体情况如下:(1)进风风机变频调控。通 过对变频风机的调控,控制新风与回风的使用比例达到合理要求, 通过控制风量的变化,增加或减少车间内的换气次数,提高或降低 车间温湿度。(2)新风调节窗的调节。一次回风调节窗及二次回风 调节窗装有电动操作机构均可实现自动控制,根据温湿度传感器反 馈的信息,由电脑自动调节叶片在一定范围内的开启或关闭的角 度,从而获取所需的温湿度、新风回风比例的效果。(3)热源供应 口处安装比例调节阀。在连接端装有三通气动阀门,通过电脑得到 的信息可根据温度和湿度的需要打开预热器和再热器,关闭切换冷 源或常温水阀门,从而满足车间内温度和湿度的要求。以生产区域 温度偏高时的调节为例,假定生产指标设定为 30℃,而温度传感器 实测为 32℃。软件的调整方式如下:关闭进风调节阀,关闭排风调 节阀,打开一次回风阀,使回风得到全部降温冷却,调节水泵高速 运行,增加冷源喷淋,调控变频进风风机高速度运行,增加风量。 待生产区域温度达到 30℃时,软件调控各个机构至常态运行的适当 位置。手动控制方式包括就地手动控制和远程手动控制。就地手动 控制是指在各个空调室内,操作按钮或开关可以实现对风机、水泵、 阀门、加热器的就地手动控制。远程手动控制是指在中央控制室内 利用鼠标实现对风机、水泵、阀门、加热器的远程手动控制。 3、安装与调试 设备安装完毕后,先将编好的软件写入主机并与 plc 联网,设 定变频器参数,检查电器部分并逐级通电调试。投入试运行时,人 为地减少负荷,观察流量是否因频率的降低而减小,并找到适度的 最低频率,使变频器在最低稳定工作点状态下工作。用温湿度计及 时检测各点温湿度,以便检验温度传感器的精确度及校验各工况状 态。 4、节能分析与计算 4.1 节能分析 根据异步电动机原理,有公式:n=60f/p(1-s),式中 n 为转速, f 为频率,p 为电机磁极对数,s 为转差率。利用变频器调节可以改 变转速,根据流体力学的基本定律可知:风机、泵类设备均属*方 转矩负载。转速与流量,压力以及轴功率具有如下关系:流量与转 速成正比,压力与转速的*方成正比,轴功率与转速的立方成正比。 当转速降为原转速的 80%时,功率降为原功率的 0.83,即 51.2%, 可见节能潜力巨大。 4.2 节能计算 根据风机、泵类*方转矩负载关系式

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