PLC在变频器中的应用.doc

1引 言 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，比日本高8倍，比印度还高0.3。”数字是枯燥的，但反映出的现实是惊人的。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。本文讲述一例用变频器多段速功能结合PLC实现风机节能调速的实例。2 改造前的情况 我公司有五台设备共用一台主电机为11KW的吸尘风机，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。几年前我公司就对此风机实现了变频器控制，当时的方式是用电位器调节风量，如果哪一台设备的电锯要工作时就按一下按钮，打开相应的风口，然后根据效果调电位器以得到适当的风量。但工人在操作过程中时常会忘记开或者忘记关风口的阀门，这就造成实际情况不尽人意，车间灰尘太大，工作环境恶劣。最后干脆把变频器的输出调到50HZ，不再进行节能的调节。变频器只成了一个启动器，造成了资源的浪费。3 改造方案 针对这种情况我们提出了新的改造方案。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4 方案的实施 4.1 电锯投入运行信号的采用 用电锯工作时的控制接触器的一对常开辅助触点控制一个中间继电器，中间继电器要选用最少有两对常开触点的。用其中的一对接入PLC的一个输入点，另一对控制一个气阀，气阀再带动气缸，用气缸启闭设备上的风口。这样就实现了PLC对投入电锯信号的接收，也实现了风口的自动启闭，简单实用。 4.2 变频器的参数设置和接线 1）变频器参数的设定 我们使用的变频器是富士FRENIC 5000G9S系列的。根据多段速控制的需要和风机运行的特点主要设定的参数如表2。 表二变频器参数设定表 2）多段速控制时端子的组合 这个系列的变频器进行多段速控制的端子为x1，x2和x3。通过这三个端子的组合最多可以实现七段速度运行。进行五段速度控制时的端子组合如表3。表三多段速端子与速度段组合表 3）PLC输出端与变频器控制端子接线图如图1。图一 PLC变频器接线图 4.3 PLC的选取和程序的编写 根据改造输入输出点数的需求，PLC选取的是Fx1s14MR，其输入输出点分配如表4。表四PLC的I/O分配表 PLC的程序主要分为三个部分，这种编程方法非常直观简单，很容易就能看懂。其一是对电锯的运行和关闭信号脉冲的拾取，例子程序如下： 其二是对运行的电锯数目进行计算。程序如下： 其三是根据运算结果进行比较输出，以控制变频器多段速端子。程序如下：5 节能效果分析 5.1 理论节能分析 风机属于二次方转矩，其流量，风压与消耗功率与转速的关系如图2所示：图二风机流量、压力、消耗功率与转速关系曲线图 由图2可知风机消耗功率与其转速的三次方成正比。根据我车间设备运行的情况，相当于时常有三台设备运转，亦即改造后变频器时常运转在40Hz。根据同步转速公式n=60f/2p和风机消耗功率与其转速三次方成正比可知，理论上改造前后功耗比为： P1P251.2 即改造后能耗只为改造前的51.2%,由此可见节能效果非常明显。 5.2 实测能耗 当变频器在50Hz和40Hz运行时在变频器输出侧实测数据：40Hz时电流为12.2A,电压250V;50Hz时电流为15.8A，电压为370V。则 P11.732*250*12.25.28kw P21.732*370*15.8A10.13kw P1/P252.1% 由于此系统中电机总功率比较小，因此变频器的能耗占的比重较大，尽管实测值与理论值有一定的差距，但改造后每个小时能耗仍可节约4.85个千瓦。 5.3 节能效果计算 改造前每年消耗的电能（按每天工作22小时，每年工作250天计）：W110.13*22*25055715Kwh 改造后每年消耗的电能：W25.28*22*250Kwh29040Kwh 则每年节约电能为：WW1W226675Kwh 如果以每度电0.5元计，则每年节约电费13337.5元。可见节能效果和经济效益当可观。6 结束语风机的变频节能效果非常可观，并且在节能的同时减轻了设备的机械负荷，延长了设备的使用寿命。也符合国家提倡的建设节能型社会的需求。因此这个实例很值得在多风口集中吸尘应用情况下推广使用。