PLC和變頻器在空壓機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用
遼寧石化大學(xué) 李強(qiáng) 屈寶倉壁振動器存 葛智強(qiáng)
1 引言雙齒輥破碎機(jī)
空氣壓縮機(jī)是一種利用電動機(jī)將氣體在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使pxj立軸沖擊式破碎機(jī)壓縮的氣體具有一定壓力的設(shè)備。作為基礎(chǔ)工業(yè)裝備,空壓機(jī)在冶金、機(jī)械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等幾乎所有的工業(yè)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。空壓機(jī)占大型工業(yè)設(shè)備(風(fēng)機(jī)、水泵、鍋爐、空壓機(jī)等)耗電量的15%。由于結(jié)構(gòu)原理的原因,大部分空壓機(jī)自身存在著明顯的技術(shù)弱點(diǎn)。當(dāng)輸出壓力大于一定值時,自動打開泄載閥,使異步電動機(jī)空轉(zhuǎn),嚴(yán)重浪費(fèi)能源;異步電動機(jī)易頻繁的啟動、停止,影響電機(jī)的使用壽命,壓機(jī)工頻啟動電流大,對電網(wǎng)沖擊大,電機(jī)軸承磨損大,設(shè)備維護(hù)量大;工作條件惡劣,噪音大;自動化程度低,輸出壓力的調(diào)節(jié)是靠人為調(diào)節(jié)閥的開度來實(shí)現(xiàn)的,調(diào)節(jié)速度慢,波動大,不穩(wěn)定,精度低。
針對以上存在的問題,設(shè)計(jì)采用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)對螺桿式空氣壓縮機(jī)的節(jié)能改造方案,經(jīng)分析,顎式破碎機(jī)設(shè)計(jì)該方案自動化程度高,節(jié)能效果顯著,實(shí)用性好。
2 大傾角帶式輸送機(jī)空壓機(jī)變頻改造原理
2.1 空壓機(jī)的工作FQ系列不銹鋼輸送機(jī)原理
螺桿式空壓機(jī)的工作原理圖如圖1所示,空氣經(jīng)空氣過濾器和吸氣調(diào)節(jié)閥而吸入,該調(diào)節(jié)閥主要用于調(diào)節(jié)氣缸、轉(zhuǎn)子及滑片形成的壓縮腔,陰、陽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)相對于氣缸里偏心方式運(yùn)轉(zhuǎn)。滑片安裝在轉(zhuǎn)子的槽中,并通過離心力將滑片推至氣缸壁,高效的注油系統(tǒng)能夠確保壓縮機(jī)良好的冷卻及潤滑油的最小舒適耗量,在氣缸壁上形成的一層薄薄的油膜可以防止金屬部件之間直接接觸而造成磨損。經(jīng)壓縮后的空氣溫度較高,其中混有一定的油氣,經(jīng)過油氣分離器進(jìn)行分離,之后,油氣經(jīng)過油冷卻器冷卻帶式輸送機(jī)械在經(jīng)過油過濾器流回儲油罐,空氣經(jīng)過氣后冷卻器(空氣冷卻裝置)進(jìn)行冷卻而進(jìn)入儲氣罐。
2.2 空壓機(jī)變頻節(jié)大型顎式破碎機(jī)能原理
螺桿式空壓機(jī)基本運(yùn)行方式是加載、減載方式。減載時電機(jī)空轉(zhuǎn),能源白白的浪費(fèi),如果利用變頻器通過改變電機(jī)頻率來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,變頻控制即通過改提升加料機(jī)變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制空壓機(jī)單位時間的出風(fēng)量,從而達(dá)到控制管路的壓力,具有明顯的節(jié)能效果??諌簷C(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng)原理如下:通過壓力變送器測得的管網(wǎng)壓力值與壓力的設(shè)定值相比較,得到偏差,經(jīng)PID調(diào)節(jié)器計(jì)算出變頻器作用于異步電動機(jī)的頻率值。由變頻器輸出的相應(yīng)頻率和幅值的交流電,在電動機(jī)上得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。那么空壓機(jī)輸出對應(yīng)的壓縮空氣輸出至儲氣罐,使之壓力變化,直到管網(wǎng)壓力與給定壓力值相同。
2.3 對輥粉碎機(jī)變頻改造注意事項(xiàng)
(1) 空壓對輥破碎機(jī)機(jī)是大轉(zhuǎn)動慣量負(fù)載,這種啟動特點(diǎn)很容易引起變頻器在啟動時出現(xiàn)跳過流保護(hù)的情況,建議采用具有高啟動轉(zhuǎn)矩的無速度矢量變頻器,保證既能實(shí)現(xiàn)恒壓供氣的連續(xù)性,有可保證設(shè)備可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。
(雙螺旋給料機(jī)2) 空壓機(jī)不允許長時間在低頻下運(yùn)行,工作下限應(yīng)不低于20Hz。
(3) 建議功率選用比空壓機(jī)功率大一等級的變頻器,以免空壓機(jī)啟動出現(xiàn)頻繁跳閘的情況。砂石線
(4) 為了有效的濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量,減少因高次諧波引起的電磁干擾,建議選用輸出交流電抗器,還可以減少電機(jī)運(yùn)行的噪音。
(5) 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)具備變頻和工頻兩套控制回路,確保變頻出現(xiàn)異常跳保護(hù)時,不影響生產(chǎn)。
3 基于PLC的空壓機(jī)變頻控制系統(tǒng)
3.1 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)由以下部分組成:變頻器、可編程控制器、變頻柜、電抗器、壓力變送器、震蕩傳感器等。
基于PLC的變頻控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示。PLC由觸摸屏、電源、CPU、模擬量輸出模塊等組成。其中采用PLC來實(shí)現(xiàn)電氣部分的控制。包括五部分:起動、運(yùn)行、停止、切換、報警及故障自診斷。
圖2 基于PLC的空壓機(jī)變頻控制系統(tǒng)原理圖
(1) 起動:以兩臺電機(jī)M1,M2為例,可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇變頻/工頻啟動。
運(yùn)行:正常情況,電機(jī)M1處于變頻調(diào)速狀態(tài),電動機(jī)M2處于停機(jī)狀態(tài)?,F(xiàn)場壓力變送器檢測管網(wǎng)出口壓力,并與給定值比較,經(jīng)PID指令運(yùn)算,得到頻率信號,動動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速達(dá)到所需壓力。
(2) 停止:按下停止按鈕,PLC控制所有的接觸器斷開,變頻器停止工作。
(3) 切換:實(shí)現(xiàn)M1,M2工頻、變頻相互切換。
(4) 報警及故障自診斷:空壓機(jī)內(nèi)部一般有四個需要監(jiān)測的量:冷卻水壓力監(jiān)測、潤滑油監(jiān)測、機(jī)體溫度監(jiān)測、儲氣罐壓力監(jiān)測。
3.2 案例分析
以某廠房空壓機(jī)為例。改造前經(jīng)測試參數(shù)如下:電機(jī)功率110kW,出口壓力為5.9~6.5MPa,運(yùn)行時間為12小時/天,一年運(yùn)行320天,加載時間為15s,減載時間15s;加載電流為
W節(jié)電量=12×320×110×30%=1.27×105(k·Wh)
可見節(jié)電效果明顯,此外,改造后系統(tǒng)還存在其它優(yōu)點(diǎn)。首先,減少了機(jī)器的噪音。其次,兩套控制回路可保證系統(tǒng)的正常、安全運(yùn)行。最后,自動化程度高,克服原系統(tǒng)手動調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)。
4 結(jié)束語
利用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)對螺桿式空氣壓縮機(jī)的節(jié)能改造方案實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,改造后系統(tǒng)具有節(jié)約能源,自動化程度高,降低原系統(tǒng)噪音,減少設(shè)備維修量等優(yōu)點(diǎn),具有深入研討的實(shí)用價值。
本文摘自《PLC&FA》
遼寧石化大學(xué) 李強(qiáng) 屈寶存 葛智強(qiáng)
1 引言
空氣壓縮機(jī)是一種利用電動機(jī)將氣體在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設(shè)備。作為基礎(chǔ)工業(yè)裝備,空壓機(jī)在冶金、機(jī)械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等幾乎所有的工業(yè)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。空壓機(jī)占大型工業(yè)設(shè)備(風(fēng)機(jī)、水泵、鍋爐、空壓機(jī)等)耗電量的15%。由于結(jié)構(gòu)原理的原因,大部分空壓機(jī)自身存在著明顯的技術(shù)弱點(diǎn)。當(dāng)輸出壓力大于一定值時,自動打開泄載閥,使異步電動機(jī)空轉(zhuǎn),嚴(yán)重浪費(fèi)能源;異步電動機(jī)易頻繁的啟動、停止,影響電機(jī)的使用壽命,壓機(jī)工頻啟動電流大,對電網(wǎng)沖擊大,電機(jī)軸承磨損大,設(shè)備維護(hù)量大;工作條件惡劣,噪音大;自動化程度低,輸出壓力的調(diào)節(jié)是靠人為調(diào)節(jié)閥的開度來實(shí)現(xiàn)的,調(diào)節(jié)速度慢,波動大,不穩(wěn)定,精度低。
針對以上存在的問題,設(shè)計(jì)采用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)對螺桿式空氣壓縮機(jī)的節(jié)能改造方案,經(jīng)分析,該方案自動化程度高,節(jié)能效果顯著,實(shí)用性好。
2 空壓機(jī)變頻改造原理
2.1 空壓機(jī)的工作原理
螺桿式空壓機(jī)的工作原理圖如圖1所示,空氣經(jīng)空氣過濾器和吸氣調(diào)節(jié)閥而吸入,該調(diào)節(jié)閥主要用于調(diào)節(jié)氣缸、轉(zhuǎn)子及滑片形成的壓縮腔,陰、陽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)相對于氣缸里偏心方式運(yùn)轉(zhuǎn)?;惭b在轉(zhuǎn)子的槽中,并通過離心力將滑片推至氣缸壁,高效的注油系統(tǒng)能夠確保壓縮機(jī)良好的冷卻及潤滑油的最小舒適耗量,在氣缸壁上形成的一層薄薄的油膜可以防止金屬部件之間直接接觸而造成磨損。經(jīng)壓縮后的空氣溫度較高,其中混有一定的油氣,經(jīng)過油氣分離器進(jìn)行分離,之后,油氣經(jīng)過油冷卻器冷卻在經(jīng)過油過濾器流回儲油罐,空氣經(jīng)過氣后冷卻器(空氣冷卻裝置)進(jìn)行冷卻而進(jìn)入儲氣罐。
2.2 空壓機(jī)變頻節(jié)能原理
螺桿式空壓機(jī)基本運(yùn)行方式是加載、減載方式。減載時電機(jī)空轉(zhuǎn),能源白白的浪費(fèi),如果利用變頻器通過改變電機(jī)頻率來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,變頻控制即通過改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制空壓機(jī)單位時間的出風(fēng)量,從而達(dá)到控制管路的壓力,具有明顯的節(jié)能效果。空壓機(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng)原理如下:通過壓力變送器測得的管網(wǎng)壓力值與壓力的設(shè)定值相比較,得到偏差,經(jīng)PID調(diào)節(jié)器計(jì)算出變頻器作用于異步電動機(jī)的頻率值。由變頻器輸出的相應(yīng)頻率和幅值的交流電,在電動機(jī)上得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。那么空壓機(jī)輸出對應(yīng)的壓縮空氣輸出至儲氣罐,使之壓力變化,直到管網(wǎng)壓力與給定壓力值相同。
2.3 變頻改造注意事項(xiàng)
(1) 空壓機(jī)是大轉(zhuǎn)動慣量負(fù)載,這種啟動特點(diǎn)很容易引起變頻器在啟動時出現(xiàn)跳過流保護(hù)的情況,建議采用具有高啟動轉(zhuǎn)矩的無速度矢量變頻器,保證既能實(shí)現(xiàn)恒壓供氣的連續(xù)性,有可保證設(shè)備可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。
(2) 空壓機(jī)不允許長時間在低頻下運(yùn)行,工作下限應(yīng)不低于20Hz。
(3) 建議功率選用比空壓機(jī)功率大一等級的變頻器,以免空壓機(jī)啟動出現(xiàn)頻繁跳閘的情況。
(4) 為了有效的濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量,減少因高次諧波引起的電磁干擾,建議選用輸出交流電抗器,還可以減少電機(jī)運(yùn)行的噪音。
(5) 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)具備變頻和工頻兩套控制回路,確保變頻出現(xiàn)異常跳保護(hù)時,不影響生產(chǎn)。
3 基于PLC的空壓機(jī)變頻控制系統(tǒng)
3.1 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)由以下部分組成:變頻器、可編程控制器、變頻柜、電抗器、壓力變送器、震蕩傳感器等。
基于PLC的變頻控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示。PLC由觸摸屏、電源、CPU、模擬量輸出模塊等組成。其中采用PLC來實(shí)現(xiàn)電氣部分的控制。包括五部分:起動、運(yùn)行、停止、切換、報警及故障自診斷。
圖2 基于PLC的空壓機(jī)變頻控制系統(tǒng)原理圖
(1) 起動:以兩臺電機(jī)M1,M2為例,可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇變頻/工頻啟動。
運(yùn)行:正常情況,電機(jī)M1處于變頻調(diào)速狀態(tài),電動機(jī)M2處于停機(jī)狀態(tài)。現(xiàn)場壓力變送器檢測管網(wǎng)出口壓力,并與給定值比較,經(jīng)PID指令運(yùn)算,得到頻率信號,動動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速達(dá)到所需壓力。
(2) 停止:按下停止按鈕,PLC控制所有的接觸器斷開,變頻器停止工作。
(3) 切換:實(shí)現(xiàn)M1,M2工頻、變頻相互切換。
(4) 報警及故障自診斷:空壓機(jī)內(nèi)部一般有四個需要監(jiān)測的量:冷卻水壓力監(jiān)測、潤滑油監(jiān)測、機(jī)體溫度監(jiān)測、儲氣罐壓力監(jiān)測。
3.2 案例分析
以某廠房空壓機(jī)為例。改造前經(jīng)測試參數(shù)如下:電機(jī)功率110kW,出口壓力為5.9~6.5MPa,運(yùn)行時間為12小時/天,一年運(yùn)行320天,加載時間為15s,減載時間15s;加載電流為
W節(jié)電量=12×320×110×30%=1.27×105(k·Wh)
可見節(jié)電效果明顯,此外,改造后系統(tǒng)還存在其它優(yōu)點(diǎn)。首先,減少了機(jī)器的噪音。其次,兩套控制回路可保證系統(tǒng)的正常、安全運(yùn)行。最后,自動化程度高,克服原系統(tǒng)手動調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)。
4 結(jié)束語
利用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)對螺桿式空氣壓縮機(jī)的節(jié)能改造方案實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,改造后系統(tǒng)具有節(jié)約能源,自動化程度高,降低原系統(tǒng)噪音,減少設(shè)備維修量等優(yōu)點(diǎn),具有深入研討的實(shí)用價值。
本文摘自《PLC&FA》
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- 振動落砂機(jī)
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- 震動落砂機(jī)
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- 四輥破碎機(jī)
- 四輥破碎機(jī)是一種冶金礦山設(shè)備配套中、細(xì)碎產(chǎn)品,也可通過調(diào)整上、下輥的間隙,破碎所需粒度的物料。
- 落砂機(jī)
- 落砂機(jī)的振動源分為機(jī)械、電磁和氣動3類,以機(jī)械的慣性落砂機(jī)應(yīng)用較為廣泛。
- 破碎機(jī)生產(chǎn)線
- 破碎機(jī)生產(chǎn)線由給料機(jī)、顎式破碎機(jī)、液壓圓錐破碎機(jī)、振動篩、立式?jīng)_擊破碎機(jī)等主要設(shè)備組成,配合皮帶輸送機(jī)等可組成完整的石料生產(chǎn)線。
- 振動粉碎機(jī)
- 振動粉碎機(jī)適用于礦山、冶金、水泥、建材工、化工、水電等行業(yè)。
- 四齒輥破碎機(jī)
- 四齒輥破碎機(jī)適用于抗壓強(qiáng)度小于150Mpa、濕度小于20%的中硬度及軟物料的細(xì)碎及中碎作業(yè)。
- 雙級破碎機(jī)
- 雙級破碎機(jī)可以粉碎煤矸石,頁巖,爐渣,煤渣,礦渣,礦石,石頭與石灰石等100多種原料。
- 雙輥式破碎機(jī)
- 雙輥式破碎機(jī)(對輥式破碎機(jī)|對輥破碎機(jī)|雙輥破碎機(jī))適用于在水泥,化工,電力,冶金,建材,耐火材料等工業(yè)部門破碎中等硬度的物料,如石灰石,爐渣,焦炭,煤等物料的中碎,細(xì)碎作業(yè)。
- 破碎機(jī)輸送機(jī)
- 皮帶輸送機(jī)具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、部件標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn),廣泛地應(yīng)用在礦山、冶金、煤炭等部門,用來輸送松散物料或成件物品,是常用的破碎機(jī)輸送機(jī)。
- 雙齒輥式破碎機(jī)
- 雙齒輥式破碎機(jī)適用于煤炭、冶金、礦山、化工、建材等行業(yè)更適用于大型煤礦或選煤廠原煤(含矸石)的破碎。
- 多錘頭破碎機(jī)
- 多錘頭破碎機(jī)是對水泥混凝土路面進(jìn)行碎石化技術(shù)的專用機(jī)械,對舊水泥路面打碎后,水泥路面顆粒由上而下逐漸增大,經(jīng)碾壓后,上部顆粒形成平整面,下部顆粒間形成嵌擠結(jié)構(gòu),再加鋪新的面層后,可有效強(qiáng)化路基。
- 大型顎式破碎機(jī)
- 顎式破碎機(jī)(顎破)廣泛運(yùn)用于礦山、冶金、建材、公路、鐵路、水利和化工等多種行業(yè)。
- 石灰石破碎機(jī)
- 石灰石破碎機(jī)廣泛適用于花崗巖、玄武巖、石灰?guī)r、河卵石、水泥熟料、石英石、鐵礦石、鋁礬土等多種礦物的細(xì)式破碎。
- 錘式破碎機(jī)錘頭
- 錘式破碎機(jī)又叫錘破,主要利用轉(zhuǎn)子上的錘頭高速旋轉(zhuǎn)與石料發(fā)生多次碰撞來實(shí)現(xiàn)破碎的,由于錘式破碎機(jī)錘頭自身高速旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生部分熱量,再加上與石料連續(xù)多次發(fā)生碰撞,錘頭很容易發(fā)熱,進(jìn)而會加重錘頭的磨損。
- 濕煤破碎機(jī)
- 濕煤破碎機(jī)適用于煤炭,電力,科研等行業(yè)和部門破碎干燥或含有大于15%水分的煤炭,礦石,巖石或其它中等硬度物料。
- 錘式反擊破碎機(jī)
- 錘式反擊破碎機(jī)適用于破碎各種脆性材料的礦物,被破碎物料為煤、鹽、白亞、石膏、明礬、磚、瓦、石灰石等。
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