PLC和变频器在纺织空调系统中的应用.pdf

棉纺织技术 Co t t o n T e x t i le Te c h n o l o g y 第 3 7卷 第 4期 2 0 0 9年 4月 P L C和变频器在 纺织空调 系统 中的应 用 彭传新 赵 慧娟 王 爱萍 山东德棉股份 有限公 司 摘 要 探讨 P L C和变频器在纺织空调 系统中的节能应用 介 绍 了利 用 变频 器 、 P L C、 数 模 转 换 模 块 、 闭 环温度控制模块 、 温湿度传感 器等构成的温差闭环 自动调节 系统， 分析 了 自动控制和手动控 制方式 ，通 过 正 确 的 安装调试 ， 技 术改造后运行 效果较好 通过节能分析计算 ， 认 为 采 用 变频调速 每年 可节约 电费 8万余元 ，投 资 回收期 1 5个 月， 节能效果可观 关键 词 纺 织空调 ； P L C； 变频 器 ； 风机 ； 节 能 中 图分类 号 T S 1 0 8 ． 6 1 文 献标 志码 B 文章编 号 1 0 0 1 7 4 1 5 2 0 0 9 0 4 ． 0 0 6 0 0 3 空调系统是棉纺织生产过程中不可缺少的配 套 设施 之一 ， 电能 的消耗 和 阀门 、 挡板 相关设 备 的 截 流损失 以及 维护 、 维修 费用 占到生 产成本 的 2 0 ％ ～ 2 5 ％ ， 是 一 笔 不小 的生 产 费 用 开 支 。由 于 空调 系统都 是按 最 大 负 载并 增 加 一定 余 量 设 计 ， 而实 际上在 一年 当 中， 满 负 载下 运 行 最 多 只有 十 多 天 ， 几 乎 绝 大 部 分 时 间 负 载 都 在 7 0 ％ 以 下 运 行。而纺织窄调传统的控制手段则是调节风门 、 挡板 开度 的大小 。这样 ， 不论 生产 的需 求大小 ， 风 机都 要 全速 运转 ， 而运 行 T 况 的 变化 则 使得 能 量 以风 门 、 挡 板 的 截流 损 失 消耗 掉 了。在 生 产过 程 中 ， 由于控制精 度受 到 限制 ， 造 成大量 的能 源浪 费 和设备损耗， 从而导致生产成本增加 ， 设备使用寿 作者 简介 彭传新 1 9 6 9 一 ， 男，I 程师 ， 德卅 1 ． 2 5 3 0 0 2 收稿 日期 2 0 0 8 1 1 2 2 命缩 短 ， 设 备维 护 、 维 修费 用高居 不下 。 实践证 明 ， 双速 电机 不 能 直接 调 节 流量 和 控 制 温湿度 ， 能耗 较大 ； 直流 调速 系统维 护 困难 且费 用 高 ； 串级 调速 性 能不稳 定 ， 故 障率高 。随 着变频 技 术 的 日益 成 熟 ， 利 用 变 频 器 、 P L C 可 编 程序 控 制器 、 数模转 换模 块 、 温 湿 度传 感 器等 器 件 的有 机结合 ， 构 成温差 闭环 自动控 制 系统 ， 可达 到节 能 目的。 我 公 司在 2 0 0 6年技 术改造 项 目中 ， 空 调 系统 采用 了 P L C和变 频器 这一 新 型控 制 方式 ， 取 得 较 好效果 ， 现简单介 绍如 下 。 1 方案设计 前纺区域设计为 2套空调 ， 配置均为 3 7 k W 送 风机 1台 ， 1 5 k W 水 泵 2台 ； 后纺 区域设 计为 1 一 一 一 一 一 ～ ～ 一 ～ 一 一 一 一 唧 叫 伽 一 堇 一 i； 一 肌 ～ 一 一 ～ 一 ～ 一 一 ～ 一 一 ～ 一 一 一 明 ．m c詈 { 一 第 3 7卷第 4期 2 0 0 9年 4月 棉纺织技术 Co t t on Te x t i le Te c h n o l o g y 套 空调 ， 配 置为 4 5 k W 送 风 机 1台 ， 1 8 ． 5 k W 水 泵 2台。为了节能降耗及合理控制 温湿度 ， 我们 利 用 变频 器 、 P L C、 数模 转换 模 块 、 温度 模 块 、 温 湿 度 传 感器 等构 成 了温差 闭环 自动 调节 系统 。 1 ． 1设备 选型 P L C 可 编 程 序 控 制 器 选 用 德 国 S I E M E N S 公司 s 7 ． 2 0 0产品， 带有集成数字量和模 拟量 I ／ O 及 P R O F I B U S D P主站／ 从 站 接 口 ， 带 有 与 过 程 相 关 的功能 ， 满足 对 处 理 能力 和 响应 时 间要 求 较 高 的场合 ， 可 以连 接单 独 的 I ／ O设备 ， 采 用模 块 化扩 展 方式 ， 便 于组 网 。 为了节约投资 ， 我们 只对送风机实行变频控 制 ， 考 虑棉 纺织 空调 工况 条件 较差 ， 避 免变 频器 超 温 保 护影 响生产 ， 变频 器 装 机 容 量 是 取 系 统 最 大 负荷再增加 1 0 ％ ～2 0 ％余量作为设计 系数。在 选 择 变频 器 时 ， 高 一 级 规 格 选 用 ， 如 3 0 k W 风 机 配置 3 7 k W 变频 器 ， 3 7 k W 风 机配 置 4 5 k W 变频 器 ， 4 5 k W 风机 配 置 5 5 k W 变频 器 。我 们公 司选 用美 国 R o c k We l l 公 司生 产 的变频 器 。 1 ． 2控 制方 式 软 件设计 为 两种 控 制 方 式 ， 有 自动 控 制 方 式 和手 动控 制方 式 。 自动 控制 包括 进 风风机 变频 调 控 、 新 风 调节 窗 的调 节 和 热 源供 应 口处 比例 调 节 阀 的控制 。具 体情 况如 下 1 进 风风 机变 频调 控 。通 过 对 变 频 风 机 的 调 控 ， 控制新 风 与 回风 的使用 比例 达 到合理 要求 ， 通 过控 制风 量 的变 化 ， 增 加 或 减 少 车 间 内的换 气 次数 ， 提高 或降低 车 间温 湿度 。 2 新风 调节 窗 的调 节 。一 次 回风 调 节 窗及 二 次 回风调 节窗装 有 电动操 作 机构 均可 实现 自动 控制 ， 根据 温 湿度传 感 器反馈 的 信息 ， 由电脑 自动 调节 叶 片在一 定 范 围 内 的 开启 或 关 闭 的角 度 ， 从 而获取 所需 的温湿度 、 新 风 回风 比例 的效果 。 3 热源 供应 口处 安 装 比例 调 节 阀 。在 连接 端 装有 三通 气动 阀 门 ， 通 过 电脑 得 到 的信 息可 根 据 温度 和湿 度 的需 要 打 开 预热 器 和 再 热 器 ， 关 闭 切换 冷源 或 常温水 阀 门 ， 从 而 满足 车 间 内温 度 和 湿度的要求 。以生产 区域温度偏 高时 的调节 为 例 ， 假 定生 产指标 设 定 为 3 0℃ ， 而 温 度 传 感 器 实 测为 3 2℃。软件 的调整方式如下 关闭进风调节 阀， 关闭排风调节阀， 打开一次 回风阀 ， 使 回风得 到全部降温冷却 ， 调节水泵高速运行 ， 增加冷源喷 淋 ， 调控 变频进 风 风机 高速 度运 行 ， 增 加 风量 。待 生产 区域 温度 达到 3 0℃时 ， 软件 调控 各个 机构 至 常态 运 行 的适 当位置 。 手 动控 制方 式包 括就 地手 动控 制 和远程 手 动 控制 。就地手动控制是指在各个空调室内， 操作 按钮 或 开 关 可 以实 现 对 风 机 、 水 泵 、 阀门 、 加 热 器 的就 地 手动 控制 。远 程手 动 控制是 指 在 中央控 制 室 内利 用 鼠标 实现 对 风 机 、 水 泵 、 阀 门 、 加 热 器 的 远程 手 动控 制 。 技术原理框 图见图 1 ， 其 中单线表示 自动控 制 ， 双线箭头表示手动控制。 P C 主 机 水 泵 1ll水 泵 2 ll水 泵 n ⋯ 篙 丹 I I l l 变频器l l I 风机变频器2 l l风机变频器n 图 1 技术 原理 示意框图 2安装与调试 设 备安 装 完毕 后 ， 先 将 编好 的软 件 写 入 主 机 并与 P L C联网 ， 设定变频器参数 ， 检查电器部分 并逐 级 通 电调试 。 投 入试 运行 时 ， 人 为 地减 少负 荷 ， 观察 流量 是 否因频率 的降低而减小 ， 并找到适度的最低频率 ， 使变 频 器在最 低 稳定 工作 点状 态下 工 作 。用温 湿 度 计 及 时检测 各 点 温 湿 度 ， 以便 检 验 温 度 传感 器 的精 确度 及校 验各 工况 状 态 。 3节能分析与计算 3 ． 1节 能分 析 根据 异 步 电动机 原 理 ， 有公 式 F ／, 6 0 f ／ p 1 一 s ， 式中 n为转速 ， ／为频率 ， P为电机磁极对数 ， s 为转差率。利用变频器调节可以改变转速 ， 根据 流 体力 学 的基本 定律 可 知 风 机 、 泵类 设 备均属 平 方转 矩 负载 。 转速与流量 ， 压力以及轴功率具有如下关系 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。 当转速 降为 原转 速 的 8 0 ％时， 功率降为原功率 的 0 ． 8 即 5 1 ． 2 ％ ， 可见 节 能潜 力 巨大 。 棉纺织技术 Cot t on Tex t i le Te chnology 第 3 7卷第 4期 2 0 0 9年 4月 3 ． 2 节 能计算 根据 风机 、 泵类 平方转 矩 负载关 系式 P ／ P n ／ n 。 ， 式 中 P 。为额 定 转 速 n 。时 的功 率 ， P 为 转 速 n时的功 率 。 后纺 空调 风 机 电机 型号 为 Y 2 8 0 M一 6 ， 额 定 功 率 P 。 为 4 5 k W， 额定转 速 n 为 9 8 0 r ／ m i n ， 全年 运 行 时 问按 3 4 0天计 算 。风 机 运 行 情 况 为 送 风 机 转 速 8 0 0 r ／ m i n运 转 1 2 0天 ， 送 风 机 转 速 5 0 0 r ／ rai n运 转 1 4 0天 ， 送 风 机 转 速 4 0 0 r ／ m i n运 转 8 0 天 。以后 纺变频风机为 例 由公 式 P ／ 4 5 n ／ 9 8 0 代 人 数 据 计 算 ， 改 造 后 年 耗 电 量 。为 9 6 4 6 6 k W h 。原年耗 电量 为 按 额定 功 率 的 7 0 ％ 计 算则 为 1 6 0 5 7 4 k W h 。每 度 电按 0 ． 5元 计算 ， 采 用 变频 调速每 年可 节约 电费 8万 余元 。 自动空 调 系统一 次性投资 约 1 0万元 变频 器 和计算 机及 软 件 ， 投 资回收期约 1 5个月 ， 节能效果较 明显 。 4 技术 改造后 的运行效果 由于风 机采 用 了 变频 器 软启 停 ， 消除 了原 来 启动 时大 电流对 电 网的 冲击 ， 用 电环 境得 到 了改 善 。 由于风 机 电机大 多数 时间运行 在额 定转 速 以 下 ， 电机 的 噪声 、 温 升及 振 动 都 大大 减 少 ， 电气 故 障也 比原来 降低 ， 电机 使 用 寿命 也 相应 延 长 。 由 于采 用 了温差 闭环变 频调 速 ， 提 高 了 自动化 水平 ， 减 少 了人为 因素 的 影 响 ， 改善 了系 统 的运 行 环 境 和运行 质量 。 5 结束语 两 年来 的生产 实 践 证 明 ， 变 频器 用 于 风 机类 设 备驱 动控制 场 合取 得 了显 著 的节 电效 果 ， 是 一 种 理想 的调 速控 制 方 式 。既 提 高 了设 备 效 率 ， 又 满 足 了生产工 艺要 求 ， 并 且大 大减 少 了设备 维护 、 维修费用 ， 还降低了停产时间 ， 直接和间接经济效 益较 为 明显 。 根据 一年 多 的运 行 情况 来 看 ， 虽 然 一 次 性投 资 较大 ， 但从 长 远 的经 济 利 益 来 看值 得 实 施 。进 一 步验证 了利 用 P L C、 变 频 器 、 数 模 转换 模 块 、 温 度 模块 、 温湿 度传 感 器 等组 成 的温 差 闭环 自动 控 制 系统 ， 对空 调系 统 的节 能改 造切 实可行 。 参考 文献 [ 1 ] 马忠智 ， 刘振亚 ， 郑逢顺． 纺织厂空调 的节能设计 与 节能运行 [ J ] ． 纺织空调除尘 ， 2 0 0 8 2 2 7 3 0 ． [ 2 ] 徐顺 祥． 纺织企业水媒空调技术改造探讨 [ J ] ． 棉 纺 织技术 ， 2 0 0 7 ， 3 5 4 4 7 ． [ 3 ] 黄翔 ， 颜苏芊 ， 杨洋 ． 棉纺织厂空调 系统的测试与 改 进方案示 例[ J ] ． 棉纺织技术 ， 2 0 0 7 ， 3 5 1 0 2 2 2 4 ． 革新 改造 纺织厂车间照明系统改造 为节约 用 电成 本 ， 我 公 司对 车 间 照 明 系统 进 行 了改造 。原车 间照 明系统设 计 全部是 沿天 花板 布置 日光 灯光带 。由于车 间屋 面 高度 在 4 ． 2 m ～ 5 ． 8 I 1 3 ， 故灯管 距离 挡 车 工 机 器操 作 面 较远 ， 而 细 纱工序和织造T序 的操作面较低且照 明要求较 高 ， 故我 们将 照 明 灯管 位 置 进行 了整 体 下 调 。织 机操作 通道 布 面 上 方 2 ． 6 H I 处 安 装 1只 双 管 日光 灯 。细纱 与细纱通 道上 方 2 I I l 处安 装 5只单 管 日光灯 ， 整理车间修布台上方距地面 1 ． 7 1 1 3 处 安装 双管 日光 灯光带 。灯 管位置 下调后 亮 度得到 较 大改 善 ， 在不 影 响正常照 明的前提 下 ， 我 们对灯 管数 量 进行 了压 缩 ， 经 过 改造 由原 来 的 6 5 0 0只 日光 灯 减 少 到 2 8 5 8只 ， 照 明 用 电 总 功 率 由 2 3 4 0 0 0 W 减 少 到 1 0 2 8 8 8 W ，年 节 约 用 电 1 1 0 1 3 4 0 ． 8 k W h 。其 次得 3 6 w 功 率的 日光灯 更换 为 2 5 w 的 节 能 灯 ， 把 原 来 织 机 车 间 的双 管 普通 3 6 W 日光灯更换为 2 5 w 的单管节能灯 ， 单 台 照 明 功 率 由 3 6 w 下 降 到 1 2 ． 5 w ， 降 低 率 6 5 ． 3 ％ ， 工 作 面 平 均 照 度 由 7 3 ． 2 l x提 高 到 9 4 ． 8 l x ， 提 高 2 9 ． 7 ％ ， 其他 车间根 据情 况也进 行 了更换 和调整 。 改造总 计撤 除 日光 灯 2 8 5 8只 ， 新 装 节 能 灯 2 0 7 6 只 。改造 后 车 间照 明总 功 率 。 比原 来 节 约 近 4 7 ． 8 ％ 。车 间照 度普 遍 提高 ， 调 整 后 照度 均匀 合理 ， 同样 的功率平均照度增大 ， 照度差异减小 ， 节能效果显著 。 河南省许 昌豫 中纺织有限公 司 徐 运成李卫 东