基于PLC的变频节能改造.doc

基于PLC的变频节能改造朱孝春(单位全名 部门全名,市(或直辖市) 邮政编码) 宋体小四摘要：改革开放以来，我国工业总产值不断提高，但是能耗比却居高不下，高能耗比已成为制约我国经济发展的瓶颈，为达到可持续发展，必须坚持科学发展观，大力发展高技术产品，其中利用变频调速技术节电已开始应用在各行各业，并被许多用户认可。关键词：PLC 变频器 节能设计 节能减排引言：可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），随着国内自动化市场的高速蓬勃发展，在工业自动化行业中得到了广泛的应用。在如今节能减排的全球大背景下，将PLC与变频器配合应用于煤炭、冶金、电力、建材、石油、化工等行业，实现对高压电机的调速运行及优化控制，并达到大规模节能降耗的作用。PLC配合变频器的节能效果已得到广泛认可。1可编程逻辑控制器的简介可编程逻辑控制器（简称PLC），是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种、小批量生产的需要，而产生和发展起来的一种新型的工业自动化控制装置。从1969年PLC问世以来，在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、CAD/CAM技术、工业机器人技术并称为现在工业自动化技术的四大支柱。为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要，PLC处于高速发展的高性能与网络化阶段。一方面，PLC在继续提高CPU一些运算速度、位数的同时，开发了适用于过程控制、运动控制的特殊功能与模块，使PLC的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。与此同时，PLC的网络与通信功能得到了迅速的发展，PLC不仅可以连接全体的编程与通用输入/输出设备，还可以通过各种总线构成各种网络系统，它为工厂自动化奠定了基础。三菱公司生产的主要产品有FX小型PLC系列产品、Qn、QnPH系列中、大型PLC系列产品等，在本论文使用到的主要有FX2N和Q00等PLC。2变频器及其节能原理 1变频器变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。 2变频器节能原理简单来说变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频调速运行是根据负载转速的变化要求，改变供电电流的频率，并配合电压的调节，以获得合理的电机运行工况。在不同的转速情况下，均保持较高的运行效率，不仅降低了电能消耗，同时能改善启动性能，保护电机及负载设备免受瞬时启动的冲击，延长其工作寿命，还提高电动机和负载设备的工作精确度.实践证明，变频技术用于风机、泵类设备驱动控制场合，取得了显著的节电效果，普遍节电达到30%-50%。3基于PLC的变频控制系统1系统原理设计 控制系统由以下部分组成:变频器、可编程控制器、变频柜、电抗器、转速变送器、传感器等。 基于PLC的变频控制系统原理图如图1所示。PLC由触摸屏、电源、CPU、模拟量输出模块等组成。其中采用PLC来实现电气部分的控制。包括五部分:起动、运行、停止、切换、报警及故障自诊断。 图1 其中变频器原理连接图如图2所示 图2 (1)起动:以两台电机M1（主机），M2（辅机）为例，可以通过转换开关选择变频/工频启动。具体的工作原理为：当电机转速降低时，辅机先启动工作，当能满足转速设定要求时，连续运行，当转速升高到设定转速时，停止工作。当辅机工作，转速还在继续下降时，主机变频启动，辅机停止工作。主机根据设定的转速值自动调频，保证转速恒定。如果转速升高并且变频器频率已经下降到下限频率，则主机停止工作。如果转速降低并且变频器频率已经上升到上限频率，则主机由变频状态切换到工频，另外一台主机变频启动。当两台主机工作时，如果转速升高并且变频器频率已经下降到下限频率，则工频工作的主机停止，依次起停循环。 运行:正常情况，电机M1处于变频调速状态，电动机M2处于停机状态。通过PLC编程控制得到频率信号，调节转速达到所需值。 (2)停止:按下停止按钮，PLC控制所有的接触器断开，变频器停止工作。 (3)切换:实现M1，M2工频、变频相互切换。 2案例分析 以某厂房空压机为例。改造前经测试参数如下:电机功率110kW，出口压力为5.96.5MPa，运行时间为12小时/天，一年运行320天，加载时间为15s，减载时间15s;加载电流为190A，减载电流为90A。经检测其节电率为30%以上。年节电量(按30%)计算如下: W节电量=1232011030%=1.27105(kWh) 可见节电效果明显，此外，改造后系统还存在其它优点。首先，减少了机器的噪音。其次，两套控制回路可保证系统的正常、安全运行。最后，自动化程度高，克服原系统手动调节的缺点。 4结束语1基于PLC的应用变频调速技术，已开始推进了节能减排80年代末期，国外的交流变频调速技术渐渐兴起，进口产品价格很高，而且一直处于垄断地位，很难普及使用。近十年国内开始生产，从低压变频到高压变频，走过艰难历程，一直占有比重很小。近几年开始发力，随着内资企业在越来越多的行业销售业绩，国内企业也逐渐渗透并抢夺了原先外资厂商重点保护的大型客户，包括中石油、中石化、国家五大电力集团等大型企业。 随着国产高压变频器的质量稳定和价格降低，已开始在新建电厂或企业技术改造中陆续使用。“十一五”国家节能减排计划20%，对高压变频器产业是一大利好，节能降耗在2006年终于从重视变为实际行动。一大批电站项目上马，增加了对高压变频器的需求，一次性投入避免了以后改造时重新施工、调试等麻烦。在电力紧缺的形势下，节能、挖潜、增效以及设备技术改造得到了前所未有的重视。1基于PLC全面应用变频调速技术推进节能减排国内变频调速产品已达到国际同类产品先进水平。国内变频调速产品性能良好，能保证本地化的长期服务；产品应用广泛，性价比高，节能减排效果显著，能尽快收回投资。国内品牌在不断成长，已从国产化走向国际化，随我国主机产品配套出口许多国家，并正在市场竞争中克服不足。国外产品在国内比重已降至50%以下，国外产品如果没有完全本土化，就无法从根本上解决在成本和服务方面的问题，国内企业已获得长足发展的机会。变频调速技术发展前景十分广阔，与已经完成的市场相比，未来的市场潜力巨大，在未来十年内，变频调速技术产品每年有上百亿元的市场潜力。建议在电力、石化、钢铁、有色、水泥、自来水、机械、纺织