基于PLC、变频器的风机控制系统改造.pdf

I 一 研筮 ⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯一 基于P L C、变频器的风机控制系统改造 广州白云工商高级技工学校郭燕华 【 摘要 】本论文是针对校企合作项 目 某公 司现有的磨 革除尘机的罗茨风机控制方 式存在 的问题进 行改造；利用P L CP I D功 能及A ／ D、D／ A 模块结合变频器来 控制 既实现 多台罗茨风机集 中恒压 向多台除尘机供气 ，又解决 了改造之前存在电力浪费的现象等；同时在技 工教 学中引入企业项 目，激发学生的学 习积极性。 【 关键词 】P L C ；变频器 ；罗茨风机；P I D自动控制 1 ． 改造原 因 该公司所用的磨革除尘机分为磨革机和 除尘 机 。磨革 机 的作 用是 把 皮革 正面 磨平 到 要求的厚度。除尘机的作用是把磨革之后 的 皮革 上面 的粉尘 吸 收干 净 ，其 上方 有负 压吸 风机风 口，下 方有罗 茨风机鼓 风 口。 罗 茨风机 作 为 除尘机 的附属 设备 ，其工 作原 理 空压 机相 近 ，但 是不 同之 处 是它 在产 生 带 压 力 的压缩 空气 的 同时 ，还 可 以把 空气 的温度升高。在除尘机中它的作用是从皮的 底部 向皮吹风，把粉末从皮上面吹离，然后 被 抽风机 抽掉 。 改造 前每 台除尘 机都 独立 配 有 一台 罗茨 风机 提供 一 定压 力 的热 气 。罗 茨风机 的 电机 1 5 K W，利用 星三 角 启动 的 ，一 旦启 动 ， 电机 就 几乎 在额 定功率运 转 ，产生 约0 ． 5 8 M P a 的热 空 气给 除尘 机 。但 是 除尘 机 只 需要 O ． 3 正 负 0 ． 0 5 M P a 的空 气 ，而 改造 之前 的办法是 通过 调 节罗 茨风 机 风 管上 的泄 压 阀卸压 来 实现 压 力 的下降，经测量这卸掉的压力相当于电机产 生总 风量 的3 8 ％ ，也就是 说这部 分的气 是时 时 刻刻 在 浪 费掉 。这对 公 司造 成 极大 的经 济损 失 ，因此改造 迫在眉 睫 。 2 ． 改造 方案提 出 2 ． 1改造 需要解 决 的问题 如 果罗 茨 风机 提供 的 热空 气压 力偏 小 ， 除尘 不 干净 ； 如果 压力 过 大 ，会造 成皮 革 表 面 出现 微小 折皱 ，影响 皮革 的 品质 以及 。所 以罗茨 风机 必 须恒 定在 提 供需 要 的0 ． 3 M P a 正 负0 ． 0 5 M P a 压力 的范 围。 2 ． 2 改造思 路确定 如 果 一 台 罗 茨 风 机 分 别 配 套 一 台 变 频 器，也可以实现恒压供气和变频与工频变换 的要求，但是变频器价格昂贵，三菱1 5 K W 的 价格 接近 7 5 0 0 元 ／ 台 ，单次投 入金额 过大 ，公 司承受能力受限制 。而且保养和维护成本也 会增 加 。所 有我们 不采用 这个方 案。 据 公 司 的统计 ，一 台罗茨 风机 除 了 向一 台除尘机供气之后 ，还有百分之三十八的余 量 。而 且 该 公司三 车 间 的1 ～5 t t 磨革 除尘 机 紧靠排 列 在一 起 ，靠 车 间的 北边 ，而6 ～9 又 在 车 间的 另外 的方 向。所 以我 们 设想 用 四 台罗 茨风 机集 中向一 个大 储 气罐 供气 ，然后 再 由储 气 罐分 别 向 1 ～5 除 尘机 供气 。机 器 组合 图如 图1 所 示 图1机器组合图 2 ． 3系 统工作 原理 采 用 4 台罗 茨 风机 并联 向一 个 储气 罐 供 气 ， 然 后 再 由储 气 罐 分 别 向 各 台 除 尘 机 供 气 ，在储 气 罐上 安装 一个 压 力传 感器 ，将 储 气 罐 上 的压 力 变 化转 换 成4 ～ 2 0 m A的 电流变 化 ，输入P L C 的A ／ D 转换模 块F X O N - 3 A 上 的 电流 输入端 ，P L C 根 据给 定 的压 力设 定值与 实际检 测值进行P I D 运算，输出控制信号经D ／ A 转换 模块后输出O ～5 v 电压至变频器端子2 g f1 5 ， 自 动调节 罗茨风 机 电机 的供 电电压和频 率 。 启 动 时触 摸 屏 给 定 运 行 信 号 和 设 定压 力，首先P L C 控制一台罗茨风机在变频器的控 制 下变 频启 动 ， 当第 一 台罗 茨风 机频 率 达到 4 8 H Z 运 行而 且持续 的时 间超过 3 O 秒钟 后 ，P L C 自动 将 原工 作在 变频 状 态 下的第 一 台罗 茨风 机投入 到工 频运行 ， 同时开始延 时5 秒 钟 ，当 时 间到 ，P L C 控制第 二 台备用罗 茨风机 用变 频 器起 动 后投 入运 行 ，继 续加 大 供气 量 以至压 力达到设定值；若2 台罗茨风机运转仍不能满 足 压力 的要 求 ，则 第三 台备用 罗 茨风机 投 入 变频 运 行 。 以此 类 推 ，直 至全 部罗 茨风 机 启 动 以满足要 求。 当用气 量 减少 时 ，首 先表现 为 变频 器 己 工 作 在 下 限频 率 5 H Z 以 下 ，而且 持 续 的 时 间 超过 3 O 秒 ，则P L C 首先停 下一 台运行 的罗茨风 机 ， 以减 少 供 气 量 。 当上 述 2 个信 号 仍 存 在 时 ，则P L c 再停 下一 台运 行 的罗 茨风机 ，以此 类推 直至最 后 一 台罗 茨风机 用 变频 器恒 压供 气 。所有罗茨风机从停止到启动及从启动到 停 止 都 由P L C、变 频 器 来控 制 ， 实现 带 载 软 启 动 ，避 免 了启动 大 电流 给 罗茨 风机 带来 冲 击 ，相对 延长 了风机的 使用寿命 。 罢 蓄 誊 嚣 嚣 嚣 嚣 盖 图2 P L C I 变频器实现罗茨风机恒压供气原理 图框 同时 ，系 统采 用不 同天数 不 同的罗 茨 风 机 先 启动 的办 法 ， 以第 一 天1 罗茨 风 机先 启 动，第二天第二台先启动． ⋯ 第四天第四台 先启动这样循环，当第五天的时候又返回从 1 开 始先 启动 ；工作 罗茨 风机 与 备用 罗茨 风 机 不 固定 ，这 样 ，既 保证 供气 系 统有 备用 罗 茨风 机 ，又保 证 系统 各 台罗 茨风机 有 相 同 的 运行 时 间 ，有效 地 防止在 出勤期 间 罗茨 风机 的 因长 时间 工作 而造 成 电机过 热 ，效 率 降低 和 皮 带轴 承过 渡损 耗 的 问题等 ，可大 大提 高 了 设备 的综 合利 用 率 ，降低 了 维护 费用 。本 课题 的原理框架 图如 图2 所示 。 3 ． 软件 系统设计 为 了方 便调 试和 编程 ，系 统控 制器 采用 三 部分 组成 手 动运 行模 块 ， 自动运 行 模块 和故 障报警模 块 。 3 ． 1手动运行 当系统 处 于手动 运 行时 ，各 台罗 茨 风机 的变 频 启动 和切 换工 频是 通 过触 摸屏 上 “ 手 动 增 加 ”和 “ 手 动 减 少 ” 触 摸 键 完 成 来 完 成 。P L C 把启 动信 号给变频 器和接 收各 电路保 护信 号和 判 断各 工作 罗 茨风 机 的运 行状 态 ， 在 出现 故 障 的情况 下 ，输 出报 警信 号 断开 控 制 回路 。 3 ． 2 自动运 行 自动 运行 包括 系统 的 初始 化 ，开机 命 令 检 测 ，数据 采 集 ，控制 程序 运 算 ， 电机 的运 行等 。 3 ． 3 故障诊 断和报警 输 出模 块 变 频器 具 有故 障输 出保护 功能 ，当变 频 发 生故 障 时 ，变 频 器将 停 止输 出 ， 同时输 出 故 障信 号 给P L C，并进 入保 护状 态 。P L C 输 出 报 警并停 下系统 。 4 结 束语 变频 器是 靠 内部 I G B T 的 开断 来调 整输 出 电源 的 电压和 频 率 ，根据 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 ；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 。在本 系 统 的 改造 中解 决 了一直 困扰 该 公 司 的罗茨 风机 卸 压 浪 费 电力 资源 的难 题 ；而 且给 管理 带 来 了 方便 ，体 现 出 了国家 节 能减排 的方针 ，有效 地 节约 了 电力 的消耗 。 参考文献 【 1 】 钟 肇新， 范建东， 冯太合 主编 可编程 控制器原 理及应 用 田 华南理工大学出版社，2 0 0 8 ，2 第4 版 [ 2 1 林敏， 于忠得主编 自动化 系统工程[ M1 电子工业 出版 社 ，2 0 0 8 ． I 3 1 三菱 自动化公 司 F X1 S F X1 N F S 2 N、F X2 NC编程手 册『 S ] 编号J Y9 9 2 D6 2 0 0 1 ． 吴卫荣． 传感器 与P I X 2 技术 中国轻工业 出版社，2 0 1 0 ， 2 第1 版 作者简介 郭燕华 1 9 8 5 ，女 ，广 东肇庆人 ，大 学本科 ，广州 白云工商高级技工学校助理讲师。 控器设计Ⅱ ] l计 算机测量与控制2 0 0 7 ， 1 5 1 2 1 7 5 8 - 1 7 5 9 【 2 ] 李厚春， 史延东， 宁 飞． 通用 学 习式智 能红 外遥控器检 测仪 的设计U ] ． 计算机测量与控制，2 0 0 5 ， 1 3 1 9 8 1 0 0 8 0一 屯子 世 界 作者简介 汪 赞 1 9 6 6 一 ，男 ，安徽桐城 人，工学硕士 ，现供 职于深圳市T CL高新技术开发有 限公司 ，主要研 究方 向 TD L T E及4 G技术研 究工作 、智能 电视 的产品设 计 及研 发、智能云家庭 系统 的研 究和开发 。