摘要：随着科技的进步，在节能工程上，应用PLC与变频器的调速自动化已经成为一种趋势。本文系统阐述了PLC与变频器相较其他控制方式的优势；莱钢型钢厂中型线加热炉助燃风机的运行现状；基于PLC的变频器调速系统在加热炉助燃风机的应用。本文就节能工程中PLC与变频器的调速自动化应用展开探讨。
关键词：PLC与变频器；调速自动化；节能工程
引言
在莱钢型钢厂生产过程中，用电成本是成本核算的重要指标。加热炉风机是产线主要的用电机组设备之一，合理的运用PLC与变频器设备，能够大大降低电能的消耗，并有效的节约用电成本。
1、PLC与变频器
在1987年，国际电工委员会对PLC与变频器做了比较详细的解释，PLC是一种电子装置，主要用于工业环境下的施工作业，PLC的理论是设计数字运算来进行操作。通过编制程序的存储器，在其内部执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等指令，通过数字的方式或模拟的方式输入和输出，利用这些指令控制机械生产过程。PLC具有使用便利、适用领域广的优势，其设计的原则就是保证容易地扩展功能。变频器是应用变频技术和微电子技术的结合体，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式，从而控制交流电动机。变频器的功能与优势有以下几个方面：控制电机的启动电流；降低电力线路的电压波动，功率低；可以控制运行速度；可以调节转矩极限；减少机械转动部件；减少、节约能耗等等。
2、基于PLC与变频器的风机变频调速自动化
在节能工程中应用的可行性风机控制系统最好的节能方式就是将其改造为PLC与变频器相结合的变频调速自动化系统。这种变频自动化系统能够根据风量需求发出相应的频率调节信号，作用于风机电机，形成输出和输入的平衡性的曲线，风量需求小的时候降低转速变频调控，通过降低轴功率来实现风机系统的节能高效运行。其在节能工程中的应用具有以下几点可行性：高可靠性，能够适应生产现场比较复杂的条件；具有实时的反应处理能力，能够满足风机系统的实时控制；控制系统能够变频操控，很好的适应风量的不同要求；具有先进的系统环境和相关软件与其他系统软件相互关联，进行数据交换；有可靠的报警系统，在风机的电动机过热时，变频器出现故障能够及时的发出报警信号或者进行停机处理。
3、基于 PLC 与变频器的风机变频调速自动化在节能工程中应用的可行性
PLC 与变频器的风机变频调速自动化在节能工程中应用主要有以下几点可行性，首先其具有高可靠性，其在运行过程中能够适应比较复杂的环境，具有较好的信息处理能力，能够较好的满足发电机组运行过程中风机系统所发出的控制要求，在控制系统中相较于传统的设备来说，其能够较好的适应法定工艺对风量的不同要求，其软件系统也比较先进能够很好的与其他系统进行关联，实时进行数据交换。此外，其还具有可靠的报警系统，在设备出现故障之后，及时的发出相应的故障信号，帮助人们做好停机处理工作。其次，设备的节能优点突出，工作效率高，相较于传统的设备来说 PLC 与变频器的风机变频调速自动化的节能作用比较突出，工效率比较高，这种新型风机所具有的变频调速功能，能够自主的调节风机能耗，并根据实际所需的能耗释放能源，这样大幅度的节约了能源。同时，在设备使用过程中其智能化的操作，这样有效的节约了工作人员的工作时间。
4、莱钢型钢厂中型线加热炉助燃风机的运行现状
莱钢型钢厂中型线以生产H型钢为主，加热炉额定生产能力110t/h,燃料采用高炉煤气，其燃烧系数的助燃风机共两台，功率均在300KW以上，耗电量巨大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于风机自身不能调速的制约，不管生产节奏如何，助燃风机电机始终保持全速运转，生产时通过控制电动执行器调节风门开口度来调节风量以满足生产。风门采用挡板调节，挡板两侧形成风压造成截流损失，而且设备故障较多，维护维修成本高，在生产需求较小时，电机能量大部分都损失掉，造成极大的能源浪费。
针对这种状况，将风机电机运行模式改造为以PLC与变频器为核心的变频调速自动化，即在风量负荷需求小时采取低转速变频调速，风机控制系统能够适当的进行低负荷运转以节约电能。
5、基于PLC的变频器调速系统在加热炉助燃风机的应用
对于三相异步电动机，其转速公式为：n=60f/p(1-s)式中：n为电机转速；f为电源频率；p为电机极对数；s为电机转差率。当p、s一定时，有n/n’=f/f’,调节频率可达到调节转速的目的。根据流体力学的基本定律可知：流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。所以通过调节电机的转速至额定转速的80%，这时所需功率仅为原来的51.2%。莱钢型钢厂中型线加热炉助燃风机，型号为Y4001-4，其轴功率为355kw，风量56314m3/h，额定转速为1480r/min，风量最大时基本运行在上限转速的80%左右， 其它时间则多运行在上限转速的50% 左右，年高峰工作时间约3000 小时, 其它工作时间5000小时。根据计算公式ΔP=P 2 -P 1 =P 0 (0.4+0.6Q-Q 3 )（其中Q为恒速运行风量、P 0 为恒速运行轴功率），可以计算出变频调速自动化系统比挡板调节每年节约电能约30万KW.h。以电价0.8元计算，每年节约电费约24万元。一台高性能的通用变频器2017年市场报价大约25万元，运行约一年即可收回成本。
6、结束语
利用基于PLC与变频器调速的自动化风机控制系统替代传统的风机控制装置后，可以根据生产需求自动调节电机转速，控制风机风量大小，大大降低加热炉在生产中的电耗。与此同时，还具有以下一些优点：
（1）采用变频调节后设备运行与维护费用下降，通过调节电机转速实现节能，在负荷较低时，电机风机转速也降低，主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻，维护周期可加长，设备运行寿命延长。随着生产的需要，调节风机的转速，进而调节风机的风量，既满足生产工艺的要求，工作强度又大大降低。采用变频技术调速后，减少了机械磨损，维护工作量降低，检修费用下降。
（2）用变频调速装置后，可对电机实现软启动，启动时电流超过电机额定电流的1.2倍，对电网无任何冲击，电机使用寿命延长。在整个运行范围内，电机可保证运行平稳，损耗减小。风机启动时的噪音和启动电流非常小，无任何异常震动和噪音。
（3）网侧功率因数提高：原电机直接由工频驱动时，满载时功率因数0.85左右，实际运行功率因数远低于0.8.采用变频调速系统后，电源侧功率因数可提高到0.9以上，可进一步节约上游设备运行费用。
（4）与原来旧系统相比，变频器具有过流、短路、欠压、缺相，温升等多项保护功能，更完善的保护了电机。适应电网电压波动能力强，电压工作范围宽，电网电压在-15%~+10%之间波动时，系统均可正常运行等优点。
参考文献
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[2]黄万生.变频调速电机的起动分析［J］．现代物业(上旬刊)，2016(08)．
作者简介
冯赢，女，1982年生，2005年毕业于鞍山科技大学自动化专业。现为山钢股份莱芜分公司型钢厂工程师，主要从事PLC与变频器管理工作。
论文作者:冯赢
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签：风机论文; 变频器论文; 转速论文; 电机论文; 风量论文; 加热炉论文; 节能论文; 《基层建设》2019年第1期论文;