plc结合变频器在风机节能中的应用

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摘要随着我国经济的高速发展，微电子技术，计算机技术，和自动化控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入了一个崭新的时代，其应用越来越广。而风机作为厂矿企业必不可少的设备，与企业的生产效率紧密相关，随着能源的日益缺乏，企业中的设备节能问题就显得尤为重要。本文将设计一个风机节能的实例，文章中将以一个电锯车间使用11千瓦的吸尘风机来清理锯屑，以此风机的节能来展开讲述，车间中共有五台电锯，当电锯的开启数量不同时所要求的风量是不同的，即所要求风机的转速是不同的。在不使用变频器控制时，风机只能以最大转速运行，这样就造成了电能的严重浪费。本文屮使用PLC来对电锯开启数冃进行检测，从而结合变频器来控制风机的转速。从而达到节能的效果。关键词：PLC变频器风机节能 AbstractAlongwiththerapiddevelopmentofChineseeconomy,microelectronicstechnology,computertechnologyandautomationcontroltechnologyisrapidlydeveloping,acvariable-frequencyregulatingspeedtechnologyhasenteredanewera,themoreandmorewideapplication.Butascorporationsfannecessaryequipments,andtheproductionefficiency,energyiscloselyrelatedwiththelackofequipmentandincreasingenergyproblemsappearparticularlyimportan匸Thiswilldesignafanofenergy-saving,withachainsawinarticles11kilowattsofdustworkshopusedtocleanfanblower,sawdustaboutenergytoasmallworkshopsaws,whenthenumberofopenatsawsrequiredvolumeisdifferent,namelythespeedrequiredfanisdifferent.Don'tuseinvertercontrolinwithmaximumspeed,fancanrun,thuscausingseriouswasteofenergy.InthispaperusingPLCtonumberofopentesting,electricfanandinvertertocontrolthespeed.Toachievetheeffectofenergysaving.Keyword:PLC；converter；blower；energy-saving 目录摘要IAbstractII目录Ill1前言11.1节能的意义11.2PLC结合变频器控制风机的意义22整体方案的说明32.1控制要求32.2控制方案33系统硬件设计43.1硬件选型43.1.1主要硬件的选型42.变频器的选型：4由于本设计中所用的风机为三相380V11KW,所以43.1.2出于安全考虑的其他硬件选择53.2主电路图及其说明73.2.1主电路图73.2.2电路各部分说明73.3各主要硬件的日常维护94软件系统设计124.1程序流程图124.2PLC端子定义12女口下表124.3编程125系统仿真185.1程序的编译185.2仿真186节能效果分析236.1实测能耗23 6.2节能效果计算237结束语24参考文献25致谢26 1前言1.1节能的意义尽管我国2007年发电机装机容量已达到7.1329亿kw,发电量32086.86亿kwh,但由于我国国民经济连续20多年的高速发展，供电状况仍然非常紧张，不少地区仍要拉闸限电o32086.86亿kwh发电量中，水电只占4343.25kwh(13.54%),核电621・3kwh(1.94%)，而占27012.56亿kwh(84.19%)仍然是热电。燃烧的煤向大气中排放C02SO2N0X,造成温室效应和酸雨，影响我们生存的环境。况且我国是化石能源贮量较少的国家，煤的藏量占世界第3位，石油和天然气只占世界第10位。如用13亿人口来计算，只是世界人均l/20o见表1、表2。因而节约能源是大势所趋、是基本国策。据统计，全国发电量的60%通过电机转换能量，。在“十一五”规划中，把电机系统节能放到重要位置。电机系统节能主要二个方面，一是节能电机，如永磁同步电机，二是电机调速节电。变频调速体积小、重量轻、转矩大、精度高、功能强、可靠性高、操作简单，便于通信等功能优于以往任何调速方式，使用它除优质、增产、降耗外，述大量节电。变频器可以从四个方面节电。第一，软启动，一般交流电机的启动电流为电机额定电流的6-7倍，变频调速后启动电流不超过电机的额定电流。第二，节省设计冗余，一般设计都按照使用时的极端条件，因而都留有设计冗余，有的余量很大，形成大马拉小车，变频调速可以把冗余节省下来。第三是调速节电，按流体力学原理，轴功率正比速度的立方，转速下降，轴功率变小，这是变频调速的主要节电原理。第四是系统功率因数高，一般在0.95以上，节省无功，减轻了变压器的负担。近几年来我国国民经济持续高速发展，但能源不足成了影响其发展的瓶颈。在新闻媒体上不止一次看到这样的信息：“我国单位产出能源消耗大大高于发达国家和世界平均水平。据计算，2003年，我国单位国内生产总值的能源消耗比世界平均水平高2.2倍，比美国高2.3倍，比欧盟高4.5倍，比H本高8倍，比印度还高0.3。”数字是枯燥的，但反映岀的现实是惊人的。这组数据说明了一个问题，中国能源利用率太低，低到了制约国民经济发展的严重地步。作为一个制造行业的技术人员，国家能耗过高，电力资源不足，大力上马电站又带来一系列环境问题，直接威胁到我们的生存质量。因此我们绝不能置身事外，我们要尽可能的为节约能源做点贡献。本文将以实例来讲述用变频器多段速功能结合PLC实现风机节能调速。 1.2PLC结合变频器控制风机的意义本文将以有五台设备共用一台主电机为11KW的吸尘风机为例。风机用来吸取电锯工作时产生的锯屑。不同设备对风量的需求区别不是很大，但设备运转时电锯并非一直工作，而是根据不同的工序投入运行。(1)电能的严重浪费不同设备一般对风量的需求有所区别，并且并非五台设备同时工作，而是根据不同的工序投入运行。而一般情况下风机都已最大功率运行，因此造成能源浪费，增加了生产成本。(2)启动困难，机械损伤严重风机采用直接启动，启动时间长，启动电流大，对电动机的绝缘有着较大的威胁，严重时甚至烧毁电动机。而高压电动机在启动过程中所产生的单轴转矩现象使风机产生较大的机械振动应力，严重影响到电动机、风机及其它机械的使用寿命。(3)自动化程度低风机依靠人工调节档板，更不具备风量的自动实时调节功能，自动化程度低。在故障状态下，如风流短路，将对正常生产造成严重影响。为了设备的安全生产和降低生产成本，提升整体的自动化水平，对风机进行变频调速改造具有非常重要的意义。以上问题能够解决上述问题，下面章节将进行说明。 2整体方案的说明2.1控制要求木文将以有五台设备共用一台主电机为11KW的吸尘风机为例。由于五台电锯并非同吋工作，所以不同情况下要求的风量是不同的，当一台电锯运行和五台电锯同时工作时所需的风量相差很大，而在没有变频器的情况下，风机只能以最大转速运转。所以在对风量需求不大的情况下是对能源的一种浪费，木文设计出方案，方案要求，用PLC对电锯运行的台数进行计算，在电锯开启台数不同的情况下对变频器的输出频率进行控制，从而控制了风机的转速，对风量的大小进行调整。2.2控制方案用PLC接收各机台电锯工作的信息并对投入工作的电锯台数进行判断，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，自动根据投入电锯的台数进行风量控制。根据投入运行的电锯台数实施五个速段的速度控制。速度设定方案如表1。表一运行电锯台数和需求频率对应表运行电锯台数（台）对应变频器输出频率（Hz）备注125具体设定频率根据现场效果修改233340445550 3系统硬件设计3.1硬件选型3.1.1主要硬件的选型1、PLC的选型根据设计要求，设备中的PLC要求7输入/4输出，因此木文将选用HOLLIAS-LECG3系列LM3105进行讨论与说明。（1）HOLLTAS-LECG3系列PLC的特点:1）小巧紧凑的结构；2）简便可靠的安装；3）丰富的模块种类；4）灵活的系统配置；5）强大的模拟量处理；6）丰富的指令集；7）高性能的运动控制；8）优秀的控制功能；9）独特的掉电保护；10）实用的离线仿真；11）标准的编程语言；12）通用的人机界面。（2）HOLLIAS-LECG3系列PLC的技术规格：I/O数目8路输入/6路输出可连接扩展模块2个电源电压220VAC@50Hz输出电压24VDC输入电压24VDC通讯接口1个RS-232（非隔离）输出类型继电器2、变频器的选型：由于本设计中所用的风机为三相380V11KW,所以本文将选用HLP-A系列11LPA001143B变频器进行讨论与说明。（1）此变频器的特点：1）以大规模电机控制TC+TGBT为核心，具有多种保护功能，整机可靠性高;2）对进线电压适应性强，波动可达土20%,特别适用于电网质量较差的国家与地区；3）软件功能强犬，内置有多种控制方式，广泛适应各种工业场合的控制需求;4）内置PTD调节器，可方便地构成闭环控制系统；5）内置简易PLC,具有牵升、扰动、多段速控制、程序运行等多种功能；6）高输出扭矩，1HZI3寸可达150%；频率解析度高达0.01HZ;7）过载能力强，150%（1分钟），200%（2ms）； 8)具有良好的通讯制界面，极易组成集中控制系统;(2)此变频器的规格如下：型号HLPA001143B控制方式SPWM输入电压3相380V50IIZ功率(KW)11驱动器容量(KVA)19输出电流(A)24适用电机(KW)11输出解析度0.01Hz范围0.10^400.OOHz3.1.2出于安全考虑的其他硬件选择主电路中估算电流为20A,电压380Vo功率11KW。由于对线路安全性的考虑，以下说明主电路各个部件的选择和规格。1、断路器的选择：结合上表，我们选择的断路器型号为：C65ND25/3PVE 2、熔断器的选择：(1)熔断器类型的选择熔断器类型应根据负载的保护特性和短路电流大小来选择。对于保护照明和电动机的熔断器，一般只考虑它们的过载保护，这时，熔体的熔化系数适当小些。对于大容量的照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时分断短路电流的能力来选择。当短路电流较大时，还应采用具有高分断能力的熔断器甚至选用具有限流作用的熔断器。此外，还应根据熔断器所接电路的电压来决定熔断器的额定电压。(2)熔体与熔断器额定电流的确定熔体额定电流大小与负载大小、负载性质有关。对于负载平稳、无冲击电流,如一般照明电路、电热电路可按负载电流大小来确定熔体的额定电流。对于有冲击电流的电动机负载，为达到短路保护FI的，又保证电动机正常起动，对笼型感应电动机其熔断器熔体的额定电流为：单台电动机INP二(1.5~2.5)INM(1-6)由于估算电流为20A。系数取2.0,则INP二2.0*20A二40A基于上述考虑我们选择德力西RL1系列螺旋式熔断器，型号：RL1-40。3、热过载继电器的选择：对于热过载继电器的选择，要求电压与电流相匹配。所以我们选择德力西JR36系列热过载继电器型号为JR36-20。4、导线的选择：导线的选择原则如下表电流范围(安)导线标准截面积(平方米)0<1e<81.88