張 煒
(河源理工學(xué)院,廣東河源 517000)
廣州某廠涂裝二科1#作業(yè)場空調(diào)器現(xiàn)有90 kW送風(fēng)機(jī)一臺,目前送風(fēng)機(jī)采用軟啟控制,開機(jī)后以工頻50 Hz運行,設(shè)備的運行狀態(tài)可在觸摸屏上監(jiān)控。由于該空調(diào)器只有制冷功能沒有制熱功能,在冬季送風(fēng)機(jī)工頻運行時,送風(fēng)過大不僅造成電能的浪費、加劇了機(jī)械磨損縮減電機(jī)壽命,同時還導(dǎo)致車間氣溫比室外低很多,車身容易結(jié)露,影響噴漆效果,工人工作難度加大。
為了改善冬季作業(yè)場環(huán)境,防止車身結(jié)露,并且節(jié)能環(huán)保,因此提出對涂裝二科1#作業(yè)場空調(diào)器送風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造,通過改變頻率實現(xiàn)改變送風(fēng)量。
(1)新增變頻器和控制柜,電柜要合理設(shè)計送、排風(fēng)等降溫措施,做好防塵保護(hù);
(2)保留送風(fēng)機(jī)軟啟控制功能,增加變頻控制風(fēng)機(jī);
(3)更改三菱Q系列PLC程序,通過CCLink網(wǎng)絡(luò)控制變頻啟停和轉(zhuǎn)速[1];
(4)更改三菱GOT人機(jī)界面,設(shè)置三檔調(diào)速控制風(fēng)機(jī),并顯示相關(guān)變頻參數(shù)信息;
(5)控制柜增加變頻/軟啟切換功能;
(6)在必要的情況下增加變頻柜面報警、控制、啟動方式切換功能;
(7)設(shè)計變頻柜排布初步圖紙、電氣原理圖紙等。
通過對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖(圖1)分析得出:在該控制系統(tǒng)中,采用三菱公司的Q系列PLC作為主控制器,GOT觸摸屏作為上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),觸摸屏不僅可以對變頻器的運行頻率進(jìn)行多檔設(shè)定,并可以時時監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)。PLC通過CCLink網(wǎng)絡(luò)[2],控制風(fēng)機(jī)的啟停和頻率。其中上位機(jī)采用采用三菱公司的觸摸屏GTO對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控;中央控制站采用三菱公司的Q系列PLC,完成整個控制系統(tǒng)的自動節(jié)能控制;現(xiàn)場設(shè)備中,變頻器采用三菱公司針對風(fēng)機(jī)泵設(shè)計的RF-F740系列變頻器對風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制。改造后柜體外觀如圖2所示,占用場地少,簡潔明了,成本下降[3]。
圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
圖2 系統(tǒng)改造后柜體外觀
(1)在原觸摸屏上實現(xiàn)變頻器的啟/停、頻率的設(shè)定以及狀態(tài)監(jiān)測、故障報警等,提高了系統(tǒng)的可操作性;
(2)保留原風(fēng)機(jī)軟啟控制邏輯,通過變頻柜柜板轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇當(dāng)前風(fēng)機(jī)控制模式,不僅豐富了系統(tǒng)的控制模式,而且保證了設(shè)備的可靠運行;
(3)變頻控制柜增加有手/自動轉(zhuǎn)換功能,在PLC故障或者網(wǎng)絡(luò)中斷情況下,操作員通過柜板的轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到手動控制,保證系統(tǒng)的連續(xù)運行[4];
(4)在電機(jī)出現(xiàn)過流、過載、缺相等報警時,變頻器自動停機(jī),并輸出故障信號,完善了系統(tǒng)的安全信息;
(5)實現(xiàn)PLC和變頻器的網(wǎng)絡(luò)通訊,減少了現(xiàn)場布線及維護(hù)成本。
該控制系統(tǒng)采用兩種啟動方式:變頻器啟動和軟啟動器啟動[3]。系統(tǒng)默認(rèn)啟動方式為變頻器啟動,操作人員通過變頻柜柜板啟動方式選擇開關(guān)切換到變頻器啟動,在此啟動方式下主要完成空調(diào)器風(fēng)機(jī)的啟停和頻率的調(diào)節(jié)等功能;當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時或者需要另作他種用途時,選擇開關(guān)切換到軟啟動器啟動,在此方式下只是實現(xiàn)控制空調(diào)器風(fēng)機(jī)的啟停功能,并且變頻器的控制被完全隔斷,不影響系統(tǒng)的正常運行。
變頻器啟動方式:在變頻器啟動方式中采用兩種控制模式:自動模式和手動模式。一般情況下,系統(tǒng)運行在自動控制模式下,此時不需要任何手動操作,系統(tǒng)根據(jù)觸摸屏上設(shè)置的相關(guān)參數(shù)自動啟動相關(guān)設(shè)備,完成監(jiān)控功能。在系統(tǒng)PLC出現(xiàn)故障或網(wǎng)絡(luò)中斷情況下[6],觸摸屏自動彈出報警信息,操作員通過柜板轉(zhuǎn)換開關(guān)將啟動方式轉(zhuǎn)換為手動,變頻器由控制面板來實現(xiàn)啟??刂撇僮?。
自動模式。操作人員通過變頻柜柜板模式選擇開關(guān)切換自動模式(默認(rèn)選擇),系統(tǒng)根據(jù)觸摸屏上設(shè)置的相關(guān)運行參數(shù),通過CCLink網(wǎng)絡(luò)模塊傳送到變頻器,對其進(jìn)行啟/??刂啤⑺俣日{(diào)節(jié)以及狀態(tài)監(jiān)測等,實現(xiàn)全程監(jiān)控。在此控制模式下,操作員需要選擇運行檔位(高頻、中頻、低頻三檔選擇),并且可以自由設(shè)置各檔位的運行頻率。在系統(tǒng)運行過程中也可以根據(jù)現(xiàn)場需求,自由切換當(dāng)前運行檔位,也可以修改各檔位的當(dāng)前運行頻率[7]。
手動模式。在PLC故障或者CCLink網(wǎng)絡(luò)中斷情況下,操作人員需要通過變頻柜柜板模式選擇開關(guān)切換到手動模式,再通過變頻器操作面板實現(xiàn)啟停和頻率控制。在此模式下只用于檢修或者應(yīng)急生產(chǎn)時使用,保證系統(tǒng)的正常運行[8]。
在設(shè)計過程中,對輸入/輸出點數(shù)進(jìn)行分析,需要輸入點數(shù)5個,輸出3個,CCLinK 7個,具體分類說明可如表1所示。
表1 I/O點分析
(1)通過變頻器變速控制風(fēng)機(jī)后,設(shè)備的噪聲、磨損和機(jī)械振動得到有效控制,維修周期和使用壽命得到提供,這些對設(shè)備的可靠性和平均故障維修時間都有了很大提高;
(2)采用變頻器控制風(fēng)機(jī),用戶根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境調(diào)節(jié)運行頻率,在滿足使用需求的前提下達(dá)到最大限度的節(jié)約能源;
(3)系統(tǒng)變頻器采用CCLink網(wǎng)絡(luò)控制,有效減少了現(xiàn)場布線和維護(hù)的成本;
(4)系統(tǒng)保留原軟起控制功能,并行增加變頻控制,而且兩種方式可以相互切換,更大程度的保證系統(tǒng)的可靠運行;
某汽車有限公司涂裝二科1#作業(yè)場空調(diào)器改造項目由于受到現(xiàn)場生產(chǎn)條件限制,安裝調(diào)試時間必須特殊安排才能保證項目的順利進(jìn)行。其中前期的設(shè)計、施工、安裝等環(huán)節(jié)是確保工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)計劃按照如下環(huán)節(jié)進(jìn)行:出廠測試、現(xiàn)場安裝、通訊調(diào)試、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、試運行。
圖3 變頻柜排布圖
圖4 變頻柜原理圖
項目涉及的設(shè)備材料到達(dá)現(xiàn)場后,進(jìn)行現(xiàn)場到貨驗收,在系統(tǒng)安裝調(diào)試運行完成后,再會同項目經(jīng)理等有關(guān)部門進(jìn)行最終整體驗收。
在接到客戶需求后,對工廠設(shè)備進(jìn)行了實地考察,對改造后的柜體進(jìn)行設(shè)計,以滿足變頻器和各類配套低壓設(shè)備的綜合布局,柜體尺寸和排布如圖3所示。
在對原有電路進(jìn)行改造后,增加了變頻器、輸出濾波器、CCLinK電纜線、各類低壓電器設(shè)備,改造后新設(shè)備和老設(shè)備能夠很好地進(jìn)行兼容,不但發(fā)揮了固有優(yōu)勢,而且還更加節(jié)能、高效。改造后具體數(shù)據(jù)、元器件型號等如圖4所示。
表2 變頻柜系統(tǒng)配置清單
在和客戶溝通洽談中就系統(tǒng)配置清單的型號、價格、數(shù)量進(jìn)行采購,找到兩者的平衡點,用最實在的價格達(dá)到客戶要求,讓客戶滿意。經(jīng)過和客戶反復(fù)磋商后,確定系統(tǒng)配置清單如表2所示。
從最初開始發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)的不足問題到最后的改造運行,該系統(tǒng)從設(shè)計到訂貨、技術(shù)改造、測試、現(xiàn)場安裝、通訊調(diào)試、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、試運行各個環(huán)節(jié)共耗時2個月。從正式運行到現(xiàn)在,系統(tǒng)改造后運行平穩(wěn)可靠,未出現(xiàn)系統(tǒng)不兼容、效率下降的現(xiàn)象,在節(jié)能、成本效能等方面有了很大的提升。