PLC與變頻器在除塵風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制上的應(yīng)用

【摘 要】本文簡(jiǎn)述在轉(zhuǎn)爐煉鋼廠(chǎng)利用西門(mén)子PLC可編程控制器，實(shí)現(xiàn)二次除塵風(fēng)機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)爐閥門(mén)狀態(tài)控制除塵風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)速，達(dá)到凈化轉(zhuǎn)爐廠(chǎng)區(qū)的空氣、降低大氣污染、降低電耗的目的。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 除塵閥等級(jí) 除塵閥

【中圖分類(lèi)號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2018）06C-0191-02

廣西柳州鋼鐵集團(tuán)公司轉(zhuǎn)爐煉鋼廠(chǎng)，40T大型化改造新建兩座150T轉(zhuǎn)爐，配置兩套二次煙氣除塵系統(tǒng)，2013年10月同步投產(chǎn)，主要用于轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中收集轉(zhuǎn)爐兌鐵水、加廢鋼、轉(zhuǎn)爐出鋼期間逸出的煙塵，轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)從活動(dòng)煙罩處外逸的一次除塵系統(tǒng)不能收集到的煙塵，以及轉(zhuǎn)爐停產(chǎn)檢修切割粘鋼產(chǎn)生的煙塵，輸送副原料過(guò)程產(chǎn)生的煙塵等，達(dá)到凈化轉(zhuǎn)爐廠(chǎng)區(qū)的空氣，降低大氣污染的目的。

二次煙氣除塵系統(tǒng)的凈化設(shè)備兩臺(tái)正壓反吹風(fēng)布袋除塵器，電控系統(tǒng)采用德國(guó)SiemensPLC可編程序控制器，高壓變頻裝置為北京合康公司產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)高壓電動(dòng)機(jī)的調(diào)速和驅(qū)動(dòng)，額定轉(zhuǎn)速750r/min，以滿(mǎn)足各吸塵點(diǎn)不同工藝抽風(fēng)量的需要，調(diào)節(jié)不同工況時(shí)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。計(jì)算機(jī)與PLC之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面操作實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況及各吸塵點(diǎn)抽風(fēng)量的變化，并根據(jù)工藝要求設(shè)置相關(guān)參數(shù)。

風(fēng)機(jī)的控制設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)（或本地）兩種控制方式，其中手動(dòng)控制可在控制計(jì)算機(jī)HMI畫(huà)面上操作設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)控制，本地控制則在檢修維護(hù)時(shí)在機(jī)旁箱操作風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、停止，設(shè)有故障報(bào)警功能，故障信號(hào)送至風(fēng)機(jī)操作室。自動(dòng)控制則是根據(jù)7#、8#轉(zhuǎn)爐發(fā)送來(lái)的各除塵閥開(kāi)閉信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，以滿(mǎn)足凈化煙塵的生產(chǎn)需要。

一、二次除塵風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)速設(shè)計(jì)

（一）自動(dòng)調(diào)速程序設(shè)計(jì)原則。轉(zhuǎn)爐的整個(gè)吹煉鋼周期中需要工作的閥有側(cè)吸矩形閥、頂吸支管閥、吹氬喂絲、三次除塵、裝包除塵閥、精煉除塵閥。從生產(chǎn)工藝流程看：兌鐵時(shí)東面?zhèn)任匦伍y、西面?zhèn)任匦伍y閥門(mén)打開(kāi)，下槍開(kāi)吹，矩形閥閥門(mén)關(guān)閉；吹煉下槍時(shí)東面頂吸支管閥、三次除塵支管閥、西面頂吸支管閥閥門(mén)打開(kāi)，出鋼結(jié)束閥門(mén)關(guān)閉；出鋼結(jié)束信號(hào)1分鐘后，爐后吹氬喂絲閥，18分鐘后，閥自動(dòng)關(guān)閉；鋼包車(chē)離開(kāi)座包位，LF爐除塵閥閥門(mén)打開(kāi)，鋼包車(chē)回到座包位，閥門(mén)關(guān)閉，鋼包車(chē)離開(kāi)座包位。要達(dá)到吸凈廠(chǎng)區(qū)的煙氣，降低大氣污染，又降低電耗的目的，二次除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高低的自動(dòng)調(diào)節(jié)則應(yīng)依據(jù)各個(gè)除塵閥開(kāi)閉信號(hào)來(lái)觸發(fā)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)速控制。根據(jù)爐前傳至二次除塵PLC的相關(guān)除塵閥的開(kāi)關(guān)信號(hào)，將轉(zhuǎn)爐除塵閥信號(hào)等級(jí)分配，分別以側(cè)吸矩形閥為一個(gè)除塵閥等級(jí)，頂吸支管閥為第二個(gè)除塵閥等級(jí)，共建立六個(gè)除塵閥等級(jí)。

新150T二座轉(zhuǎn)爐同時(shí)吹煉時(shí)，系統(tǒng)總管道最大風(fēng)量達(dá)1600萬(wàn)m3/h，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速必須實(shí)現(xiàn)除塵效率高，凈化廠(chǎng)區(qū)的空氣，又能降低電耗，抽風(fēng)能力滿(mǎn)足各吸塵點(diǎn)不同工藝抽風(fēng)量的需求，將風(fēng)機(jī)設(shè)五個(gè)速度（分別以開(kāi)一臺(tái)風(fēng)機(jī)或兩臺(tái)風(fēng)機(jī)來(lái)設(shè)定）。根據(jù)二次除塵系統(tǒng)抽風(fēng)能力，結(jié)合由η=GC/Gi×%計(jì)算出的除塵效率η，考慮除塵布袋的透氣性、除塵器的阻損及清灰方式、風(fēng)管風(fēng)量大小等諸多因素，計(jì)算出以滿(mǎn)足各吸塵點(diǎn)不同工藝抽風(fēng)量需求的參數(shù)比較值1-4或比較值5-8。視開(kāi)風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)，分別確定開(kāi)一臺(tái)風(fēng)機(jī)時(shí)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)開(kāi)啟時(shí)的比較值，當(dāng)除塵閥等級(jí)之和與比較值1-4或比較值5-8相比較，滿(mǎn)足高高速、高速等速度條件后，由PLC發(fā)出相應(yīng)速度控制信號(hào)至高壓變頻器，高壓變頻器輸出不同頻率給高壓電機(jī)，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)實(shí)現(xiàn)升/降速運(yùn)行，滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求，凈化廠(chǎng)區(qū)空氣。

（二）信號(hào)傳輸。由于二次除塵風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)速的實(shí)現(xiàn)均取決于轉(zhuǎn)爐7#、8#爐PLC開(kāi)關(guān)量信號(hào)，而轉(zhuǎn)爐7#PLC站、8#爐PLC站及二次除塵PLC站各自獨(dú)立控制著各自的系統(tǒng)，因此在二次除塵PLC上必須能讀到轉(zhuǎn)爐7#、8#爐PLC控制的側(cè)吸矩形閥、頂吸支管閥等相關(guān)閥門(mén)的動(dòng)作信號(hào)，要實(shí)現(xiàn)信號(hào)互通，首先要建立各PLC間的通訊。

西門(mén)子PLC可編程序控制器在柳鋼轉(zhuǎn)爐廠(chǎng)煉鋼、連鑄、供水電公輔設(shè)施領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，各自有獨(dú)立的PLC分別控制煉鋼、連鑄、供水電公輔系統(tǒng)，轉(zhuǎn)爐廠(chǎng)新建150T轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中已組建了一個(gè)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，因此用西門(mén)子通訊功能，只要在轉(zhuǎn)爐7#PLC和8#爐PLC的CPU網(wǎng)絡(luò)配置（“Insert New Connection”S7connection）中輸入二次除塵PLC的IP地址，即可實(shí)現(xiàn)使轉(zhuǎn)爐7#PLC、8#爐PLC與二次除塵風(fēng)機(jī)PLC間相互通訊。程序調(diào)用接收、發(fā)送功能塊SFB14和SFB15功能塊編程，將7#、8#轉(zhuǎn)爐控制閥門(mén)動(dòng)作數(shù)據(jù)信號(hào)傳至二次除塵PLC（如圖3），分別放置在二次除塵風(fēng)機(jī)PLC的數(shù)據(jù)塊DB3和DB5上，二次除塵PLC站即可調(diào)用這些閥門(mén)開(kāi)、閉信號(hào)編寫(xiě)控制程序，計(jì)算機(jī)HMI上監(jiān)控到側(cè)吸矩形閥、頂吸支管閥相關(guān)閥門(mén)的動(dòng)作信號(hào)。

（三）程序設(shè)計(jì)。首先在配置好二次除塵系統(tǒng)的PLC站程序中，建立FC10功能塊用以存放風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)速程序，從DB3和DB5直接調(diào)用側(cè)吸矩形閥、頂吸支管閥開(kāi)閥、關(guān)閥的信號(hào)，用MOVE語(yǔ)句將除塵閥開(kāi)關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)值。如開(kāi)一個(gè)側(cè)吸矩形閥時(shí)將1賦于設(shè)定的臨時(shí)地址，開(kāi)兩個(gè)則將2賦于設(shè)定的臨時(shí)地址，再用MUL語(yǔ)句乘以側(cè)吸矩形閥除塵法等級(jí)（除塵閥等級(jí)由計(jì)算機(jī)HMI上給出），ADD語(yǔ)句相加后得出一個(gè)目前除塵閥等級(jí)的和，由生產(chǎn)工藝根據(jù)煉鋼時(shí)產(chǎn)生煙氣大小給出的比較值與目前除塵閥等級(jí)的和相比較，確定輸出的轉(zhuǎn)速值。如此多次應(yīng)用MOVE語(yǔ)句、MUL乘法、ADD加法和CMP比較語(yǔ)句，實(shí)現(xiàn)除塵閥等級(jí)及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定的要求，分別確定出一臺(tái)風(fēng)機(jī)和兩臺(tái)風(fēng)機(jī)需要多大的轉(zhuǎn)速，將速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，由PLC輸出至高壓變頻器，高壓變頻器根據(jù)接收到的4-20mA模擬量電流信號(hào)，調(diào)節(jié)輸出頻率的大小，控制高壓電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定高效地收集處理轉(zhuǎn)爐二次煙塵。

二、除塵電耗

由于除塵風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)電機(jī)功率較大，以及各吸塵點(diǎn)經(jīng)常處于不同時(shí)工作的工藝條件，如果單純地以手動(dòng)設(shè)定風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)既凈化煙塵又節(jié)電的。一臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速設(shè)定至少650r/min以上，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速同時(shí)提高到600r/min以上，由此節(jié)電是無(wú)從談起的，因?yàn)槌龎m閥風(fēng)機(jī)的電耗主要取決于系統(tǒng)阻損和煙氣實(shí)際風(fēng)量。圖5中當(dāng)風(fēng)量由1.0下降為0.5時(shí)用其它方法如關(guān)小閥門(mén)，則使阻抗曲線(xiàn)發(fā)生變化，由R1變化到R2，工作點(diǎn)由A轉(zhuǎn)移到B，而采用自動(dòng)調(diào)速，風(fēng)機(jī)減小風(fēng)量時(shí)，阻抗曲線(xiàn)R1不變，在由實(shí)際揚(yáng)程決定的功率特性上由A轉(zhuǎn)移至D，采用自動(dòng)調(diào)速的方法節(jié)電量BD，因此節(jié)電率可達(dá)20%-60%。風(fēng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，實(shí)際揚(yáng)程越小，節(jié)電效果也越大。

利用轉(zhuǎn)爐除塵閥的開(kāi)/閉信號(hào)，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)二次除塵風(fēng)機(jī)控制自動(dòng)調(diào)節(jié)除塵風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，有效地凈化轉(zhuǎn)爐廠(chǎng)空氣，并取得非常好的節(jié)能效果，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

【作者簡(jiǎn)介】唐勻生（1962— ），柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。

（責(zé)編 丁 夢(mèng)）