摘 要： PLC技术是目前工业控制系统中最为成熟、应用最为广泛的电气控制技术。使用PLC技术的控制系统除了能执行复杂的逻辑操作以外，还能够具有定时控制功能和顺序控制功能，保证整个控制系统的安全性、稳定性和可靠性。在钢铁企业的通风机控制系统中，将PLC控制技术和变频器技术结合，开发的PLC控制的变频调速系统可以实现对通风机运行工况数据的动态跟踪，并实现节流能耗的降低。本文内容主要对此系统进行结构性分析和研究。
关键词：钢铁生产； PLC技术；变频器；通风机参数；编程设计；
1 前言
通风机作为增压设施普遍的应用在冶金行业和钢铁行业当中，在钢铁上产中，除尘工艺、矿石烧结、冷空气气流流入、热空气气流外排等都离不开通风机设施，通风机的运转情况直接决定着炼钢工程工艺的安全性、稳定性、连续性，是钢铁企业生产中重要的设施环节。但是，在许多炼钢生产工程工艺线的主通风机的控制系统中，仍然采用继电器控制，而采用防爆开关直接控制局部通风机的供电。通风机的启停作业仍然由人工手动操作完成的，通风机不能根据故障情况自动的进行开、关动作。实现通风机的自动化作业有助于提供通风机机房管理水平，保障炼钢工艺安全稳定的运行。为了实现对通风机风量的控制，以往的控制方法多采用增加阻力法、降低阻力法和辅助通风机调节法。在传统的调节方式上，通风机仍处于工频恒速运行状态，这种工作状态造成了大量的节流能量损失，与清洁化、可持续化能源发展道路相违背。并且传统的风量调节方式只适用于长期的风量调节，不能根据炼钢工艺参数的调整而随时做出改变，动作具有滞后性，影响了工程工艺运转的稳定性。
2 PLC控制的通风机变频调速系统应用意义
在可编程控制器（PLC技术）和变频技术高速发展的环境下，PLC和变频器在各个行业的自动化控制系统中得到广泛地应用。在钢铁企业中，采用PLC控制的局部通风机变频调速系统，不仅可以实现局部通风机的无极平滑调速，还可以根据工程工艺条件的需求进行风量的即时调节，有效的降低通风机的能量损失，降低系统的电能能耗。同时，该通可以配备安全可靠的报警系统、组态架空技术和网络通讯技术，实现对通风机运转情况的实时监控，一旦通风机出现故障，则会第一时间通知到中心控制室，可以保障通风机安全、可靠、稳定、高效的运行，显著提高钢铁生产的自动化水平，实现企业的降本增效。
3 PLC技术在钢铁企业通风机上的应用
要实现PLC技术在钢铁企业通风机上的控制应用就要满足PLC的逻辑控制、过程控制、模拟量控制、数据处理和通讯联网的功能。
（1）PLC逻辑控制指的是PLC开关量的逻辑关系，它代替了传统的继电器接触器控制模式，再多台通风机并联使用的情况下，可以实现通风机的交替使用、风机变频和工频切换，以及当由通风机发生故障时的调换等。
（2）PLC过程控制指的是PLC的闭环自动控制功能，利用此功能可以对钢铁冶炼实施过程中的一些物理通量进行闭环控制，将变量控制在工程设计值区域内。
（3）PLC模拟量控制指的是PLC根据配置的A/D和D/A转换模块实现通风机现场运行型号，如系统压力、风量、温度以及易燃易爆气体等经过A/D转化模块转化为PLC可识别的数字量，然后根据PLC处理系统的逻辑运算关系进行拟合处理。处理后的结果经过D/A模块转化为模拟量，传输到控制智能设备中实现被控对象的控制。
（4）PLC数据处理指的是PLC利用数据处理功能进行数学运算、数据转换、数据对比分析、数据显示等，可以实现落实对炼钢生产工程通风机的一些物理参数的实时监控以及与外界设备之间的通信情况。
（5）PLC通信和联网指的是PLC通过使用不同的通讯联网协议，实现PLC之间、PLC与PC端、特别是PLC与其他外部智能设备（如变频器、智能仪表）的通信连接。
大量的工业实验和生产表明，PLC控制技术在通风系统中的应用，可以显著的提高钢铁生产过程中的自动化水平，特别是将PLC和外接变频器耦合使用，可以使得钢铁生产的通风机取得高效、稳定、安区、可靠、节能的运转效果。
4 变频调速技术在钢铁企业通风机上的应用
变频调速技术的实现是基于交流电机电源频率和转速的关联性，是一种高效节能的控制技术。现代化电子技术和计算机控制技术的发展推动着变频调速技术的发展，该技术自投入工业应用以来，表现了强劲的发展势头和市场竞争力，应用在各个领域中，取得了显著的降本增效成果。在钢铁生产工程工艺当中，通风机能耗在整个工艺的能耗中占据了一定比例。采用落后的调节方式将会造成大量的节流能量损失，而应用变频调速系统具有如下优势和功能：
（1）实现通风机的无级平滑调速，能够根据工艺参数的调整即时的进行风量的调节，提高通风机的运转效率，减少了能耗。据统计使用变频器后的通风机，器运行效率可以从40-60%提高到80%以上。
（2）由于通风机在启动时的瞬时电流过大，常常会对电子元件和机械设备线路造成冲击，影响设备的使用寿命。通过限制通风机的启动电流，不仅可以消除通风机在开启、停止瞬间的电流冲击，还可以减少启动峰值的能量损耗。
（3）将PLC控制技术和变频技术耦合使用，可以赋予通风系统实时监控功能，能够及时的发现系统故障，减少通风机的巡检和维护工作量，降低运行成本。
（4）变频器具有过电流保护、过电压保护、短路保护、风机过热保护功能，达到的提高了通风机运行的稳定性和安全性。
5 PLC控制的通风机变频调速系统设计要点
1、PLC选型和设计
目前，全球市场上越有300多种PLC品牌和种类，其中以美国、德国和日本开发的品牌应用最为广泛，我国也有一些PLC生产线，表1列举了一些常见的PLC产品型号。
在进行PLC选型时，要根据控制系统的工作环境选择一款性价比高的机型。对于工艺流程固定、维修难度低、工艺环境稳定的控制系统，应当选择整体式PLC；对于工艺流程复杂、维修难度大、工艺环境波动频率高的控制系统，应当选择模块结构PLC。此外好要考虑控制系统对输出/输入端点点数的要求以及PLC储存容量的要求。根据钢铁生产工程工艺特点，一般通风机控制系统都选用西门子公司的S7-400型号的PLC设备，同时配备了ET200M智能终端和3501#负压变送器等电器元件。
2、系统程序设计
使用STEP7-Micro/WIN4.0编程软件对通风机控制系统的PLC控制程序进行软件编写。根据钢铁生产工程工艺现场情况来看，应当综合现场生产读取的数据为基础和生产工况的虚拟设计值，来完成对系统压力的取值，然后再编程算法控制下，完成动作。应当注意的是，通过优化变频调速系统的编程结构，可以提高系统读取数据的速度。通过将通风机加速脉冲扫描程序、减速脉冲扫描程序、输入程序以及输出程序等共性程序编入住程序中，其他通风机码表程序、循环程序等纳入子程序，可以实现变频调速系统编程结构的优化，实现对主程序扫描的同时，完成对子程序的扫描。这种快速扫描特点能够即时的相应通风机的变化动作，实现对通风机运转数据的实时监控。
6 结语
本文分析了钢铁企业中PLC控制的局部通风机变频调速系统中的PLC控制技术、变频器技术以及设计变频调速系统中的PLC选型和编程设计问题。基于PLC技术和变频器技术构建了适用于钢铁生产工程工艺的局部通风机系统。使用该系统，将显著的实现能耗的见底，降低企业运行成本，推动企业降本增效政策推广。
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论文作者:张常军
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第12期
论文发表时间:2019/8/27
标签：通风机论文; 技术论文; 系统论文; 变频调速论文; 工艺论文; 局部论文; 控制系统论文; 《工程管理前沿》2019年第12期论文;