基于PLC、变频器的风机控制系统改造

【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PLC的PID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】PLC；变频器；罗茨风机；PID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15KW，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0.58MPa的热空气给除尘机。但是除尘机只需要0.3正负0.05MPa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38%，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0.3MPa正负0.05MPa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15KW的价格接近7500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#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4～20mA的电流变化，输入PLC的A/D转换模块FXON-3A上的电流输入端，PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行PID运算，输出控制信号经D/A转换模块后输出0～5V电压至变频器端子2和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PLC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48HZ运行而且持续的时间超过30秒钟后，PLC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，PLC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，首先表现为变频器已工作在下限频率5HZ以下，而且持续的时间超过30秒，则PLC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PLC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PLC、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。

图2 PLC和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。PLC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PLC，并进入保护状态。PLC输出报警并停下系统。

4.结束语

变频器是靠内部IGBT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

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[4]吴卫荣.传感器与PLC技术[M].中国轻工业出版社，2010， 2（第1版）.

作者简介：郭燕华（1985―），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。