目錄1引言.12系統整體設計.22.1工業鍋爐燃燒過程的變頻調速系統.22.1.1系統的工作原理.42.2鼓風機調速的要求.42.2.1鼓風機的負載特性.52.2.2鼓風機調速方式.52.2.3鼓風機變頻調速.63系統硬件設計.73.1變頻器的選型.73.1.1變頻調速的基本原理.73.1.2調速控制風量的節能原理.93.1.3變頻調速控制的優點.103.1.4變頻器選型原則.113.1.5變頻器的接線.123.2PLC的選型.153.3PLC和變頻器對系統的控制原理.153.4I/O口的分配.163.5外部接線.174系統軟件設計.174.1梯形圖程序.174.2程序說明.185變頻器的抗干擾.18.變頻器的抗干擾措施.196結束語.20致謝.20參考文獻.2111引言當前全球經濟發展過程中，有兩條顯著的相互交織的主線：能源和環境。能源的緊張不僅制約了相當多發展中國家的經濟增長，也為許多發達國家帶來了相當大的問題。能源集中的地方也往往成為全世界所關注的熱點地區。而能源的開發與利用又對環境的保護有著重大影響。全球變暖、酸雨等一系列環境災難都與能源的開發與利用有關。能源工業作為國民經濟的基礎，對于社會、經濟的發展和人民生活水平的提高都極為重要。在高速增長的經濟環境下，中國能源工業面臨經濟增長與環境保護的雙重壓力。有資料表明，受資金、技術、能源價格的影響，中國能源利用效率比發達國家低很多。90年代中國高耗能產品的耗能量一般比發達國家高12%-55%左右，90%以上的能源在開采、加工轉換、儲運和終端利用過程中損失和浪費。如果進行單位GNP能耗（噸標準煤/千美元）的國家比較（90年代中期），中國分別是瑞士、意大利、日本、法國、德國、英國、美國、加拿大的14.4倍、11.3倍、10.6倍、8.8倍、8.3倍、7.2倍、4.6倍、和4.2倍。1995年，中國火電廠煤耗為412克標準煤/kWh，是國際先進水平的1.27倍。由此可見，對能源的有效利用在我國已經非常迫切。作為能源消耗大戶之一的電機在節能方面是大有潛力可挖的。我國電機的總裝機容量已達4億千瓦，年耗電量達6000億千瓦時，約占工業耗電量的80%。我國各類在用電機中，80%以上為0.55-220kW以下的中小型異步電動機。我國在用電機拖動系統的總體裝備水平僅相當于發達國家50年代水平。因此，在國家十五計劃中，電機系統節能方面的投入將高達500億元左右，所以變頻調速系統在我國將有非常巨大的市場需求。目前，國內變頻調速系統的研究非常活躍，但是在產業化方面還不是很理想，市場的大部分還是被國外公司所占據。因此，為了加快國內變頻調速系統的發展，就需要對國際變頻調速技術的發展趨勢和國內的市場需求有一個全面的了解。隨著電力電子技術、微電子技術及控制理論的發展，變頻器己經廣泛應用于交流電動機速度控制，“變頻調速”幾乎成了自動化的代名詞。變頻器的最主要特點是具有良好的控制性能和高效率的驅動性能。機械行業中應用變頻器是改造傳統產業、實現機電一體化的重要乎段；在工礦企業自動化技術中，交流伺服系統正在取代直流伺服系統；應用變頻器技術不但可以提高產品質量和數量，而目可以節約大量電能。過去，當需要調節風量或流量時，采用的辦法是調節風門或節流閥的開啟程度，不改變電動機的運行狀況.這種方法雖然簡單，但是不能節省電能，這是很不經濟的.采用變頻器對風機、水泵及油泵進行速度控制，實現調節風量和流量，對于節約能源，提高經濟效益具有重要意義。22系統整體設計2.1工業鍋爐燃燒過程的變頻調速系統工業鍋爐根據采用燃料不同，通常可分為燃煤、燃油和燃氣三種。這三種鍋爐的燃燒過程控制基本相同，只有燃料量的調節有所區別。對工業鍋爐燃燒過程實現變頻調速主要是通過變頻器調節鼓風機的送風量、引風機的引風量和燃燒進給量。下面以20t燃煤蒸汽鍋爐為例，介紹變頻器的應用。（1）燃煤蒸汽鍋爐燃燒過程。由于蒸汽鍋爐的過程控制系統包括汽包水位控制和燃燒過程控制系統，兩系統在鍋爐運行過程中相互耦合，所以控制起來非常困難。我們以燃燒過程控制為例來介紹變頻器的應用。不考慮系統間的耦合。圖1是蒸汽鍋爐燃燒控制過程系統的原理圖。在圖中，FT表示流量傳感器，FIC表示流量控制器，PT表示壓力傳感器，FT1、FIC1和變頻器1組成鼓風機控制回路。對于燃煤鍋爐來講，由于煤的燃燒需要一定的空氣量，所以要保持鍋爐的最佳燃燒過程，就必須使給煤量和送風量保持一定的比例。這主要通過變頻器1調節鼓風機轉速來實現。PT2、PIC2和變頻器2組成引風機控制回路。通常燃煤鍋爐的運行都要求爐膛負壓保持在-20-40Pa的范圍內，如果爐膛負壓太小，爐膛容易向外噴火，既影響環境衛生，又可能危及設備及操作人員的安全。負壓太大，爐膛漏風量增大，增加了引風機的電耗和煙氣帶走的熱量損失。爐膛負壓控制主要通過變頻器2來實現。PT、PIC、PT3、PIC3、FT3、FIC3和變頻器3組成了給煤量控制回路。鍋爐運行時，蒸汽壓力和蒸汽生產量直接反映了鍋爐燃燒發熱量。如果媒的進給量改變，在保持最佳燃燒工況的情況下，蒸汽的生產量也會相應改變，所以通過變頻器3調節給煤機的轉速，就可以調節煤的進給量，從而控制蒸汽生產的目的。13圖1蒸汽鍋爐燃燒控制過程系統的原理圖（2）根據圖一可得鍋爐燃燒控制系統框圖，如圖2所示4圖2鍋爐燃燒控制系統框圖2.1.1系統的工作原理當負載蒸汽量變化時，主調節器接受蒸汽壓力信號P，輸入給煤量調節器，及時調節給煤量，以適應負載的變化。同時，給煤量調節器將負載變化的信號輸入給送風量調節器，以保持適當的風煤比例。由于送風量調節器與引風負壓調節器之間有動態補償信號，此時引風負壓調節器也同時動作，這樣就保證了燃燒控制系統的協調動作。以保證正確的風煤比例和適當的爐膛負壓。送風量調節器接受風量反饋信號，及時反映送風量的變化，以提高調節的穩定性。引風機負壓調節器也接受爐膛負壓信號，作為靜態時對爐膛負壓的校正作用。本系統通過壓力傳感器和流量傳感器將鍋爐的蒸汽壓力、蒸汽流量、風量等信號送給PLC，然后通過PLC將信號送給變頻器，以控制鼓風機的變頻調速，實現系統的功能。2.2鼓風機調速的要求風機作為鍋爐用量最大的通用耗電設備，其能耗對生產成本影響很大。但目前的情況是，很大一部分風機不是在設計工況下運行，而是處于變工況下運行，為滿足其要求,就需對風機進行調節。但傳統的調節方式諸如改變風門開度等,5達不到最佳效果。而隨著變頻器技術的飛速發展和日益廣泛的應用，越來越多的風機采用變頻器進行調節，節能效果明顯。2.2.1鼓風機的負載特性風機負載的轉矩與轉速有關,基本上與速度的平方成正比,即MH=KHnH2式中:KH為比例常數；nH為風機轉速；MH為風機負載轉矩。風機的基本參數有：風量Q，風壓H及風阻R。風機的重要特性曲線是H-Q曲線。根據風機參數的比例定律，在不同轉速時的H-Q曲線如圖3所示。由流體力學可知，當風機的速度由額定轉速度nHe變化到nH后，風量Q，風壓H及軸功率PH的變化規律為：Q=Qe(nHnHe)=K1n，K1=Qe/nHe；H=He(nHnHe)2=K2n，K2=He/nHe2；PH=PHe(nH*nHe)3=K3n，K3=PHe/nHe3。其中Qe是風機額定風量；He是風機的額定風壓；PHe是風機的額定軸功率；nHe是風機的額定轉速。由Q，H和PH的表達式可見：風量與速度成正比；風壓與速度平方成正比；軸功率與速度立方成正比。圖3H-Q曲線當風機的管網風阻保持不變時，其風量Q與通風阻力f按阻力定律變化，即f=RQ2，它對應的曲線稱為風阻特性曲線。風機的H-Q曲線與管網阻力曲線相交點稱為工作點M（圖1中,M1及M1為同一風機在兩種不同速度下的H-Q曲線與R1風阻特性曲線相交的工作點,M2及M2為與R2風阻曲線相交的工作點）.22.2.2鼓風機調速方式鼓風機調節的基本原理是通過改變風機本身的特性曲線,或者外部的管網阻6力曲線,或者同時改變二者,得到所需的工況。風量調節又具體分為2類:鼓風機恒速的調節和鼓風機變速的調節。（1）鼓風機恒速的調節改變鼓風機工作輪葉片安裝角,此為軸流風機基本調節方法；前倒流器調節,此為離心式風機基本調節方式,軸流風機亦可用；風門(擋板)調節；更換工作輪調節；改變葉片數調節；改變葉片寬度調節；聯合調節等等。（2）鼓風機變速的調節對于鼓風機變速調節，一般選用效率不高而簡單的調速方式時，初期投資低而運行費用高；采用效率高而復雜的調節時，效果相反。調節時要兼顧高效和初投資。2.2.3鼓風機變頻調速（1）鼓風機實施變頻調速應結合發生爐的特點來考慮，綜合考慮頻率對風量、風壓的影響,否則實施后效果可能會很差。如鼓風機初始風量選型過大而風壓合適，這種情況下不宜單純從降低風量節能的角度實現變頻調速，并且鼓風機更不能僅實現低頻恒定運轉。如某鼓風機設計風量為10000m3/h，實際僅需6000m3/h，因轉速與頻率成正比，風量與頻率成正比，風壓與頻率的平方成正比，風機消耗功率與頻率的立方成正比，若將頻率降低至30Hz可滿足要求，節電率也非常高，但風壓卻降低至36%，不能滿足水煤氣生產過程要求。（2）鼓風機實施變頻調速后，要達到與生產同步，應合理確定升頻、降頻信號的選取點。根據水煤氣的生產特點，鼓風機的高頻全速運轉應在吹風階段，而低頻運轉應在制氣階段，那么可以在對發生爐鼓完風后取一個信號使鼓風機低速運行，而在制氣結束后取一個信號使鼓風機全速運行。問題是信號從哪一個地方取最合適、最經濟、最方便。大致有3個方案：從時間段上取，如吹風定為70s，在吹風時間達到70s時，發出降頻信號，使變頻器帶動鼓風機電機低速運轉。從程序段上取,如在程序段上顯示“1”時發出信號,使變頻器動作，鼓風機高頻全速運轉。從各氣動或液動閥門上行程開關取信號。綜合這3種方案來看，第2種方案應為優選，原因是除了經濟、方便外，更重要的是其簡單及高可靠性。具體實施時，還應充分考慮變頻器帶動鼓風