張曉冬
(山西亞美建筑工程材料有限責(zé)任公司,山西 陽泉 045000)
X鋼鐵公司進(jìn)行鋼鐵冶煉需要大量的能源燃料,在最初以煤、石油作為主要燃料,但隨著國家對于環(huán)境治理的重視以及對京津冀地區(qū)高污染企業(yè)的整治與管理,X鋼鐵公司也做出了相應(yīng)的改革,將天然氣作為的燃料能源來減少對于環(huán)境的污染。X鋼鐵公司購進(jìn)了兩臺OGFD37的空壓機(jī)和一臺OFGFD45的空壓機(jī)來滿足冶煉鋼鐵的用氣需要,其編號分別為1A、2A、3A。從投入運(yùn)行后,機(jī)器總體部位工作正常,但是由于氣體損耗不同導(dǎo)致各個(gè)氣管氣壓不同,使得總氣管的壓力值在0.7MPa-1.25MPa之間產(chǎn)生較大的波動(dòng)。空壓機(jī)的自動(dòng)化程度低,空壓機(jī)的各個(gè)氣閥、冷卻系統(tǒng)的調(diào)節(jié)以及對于空壓機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)等都需要人為操控,這使得空壓機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生較大誤差以及諸多不便。同時(shí),在天然氣加壓完成后,空壓機(jī)無法自行調(diào)速關(guān)閉,仍在自行運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生了極大的電力浪費(fèi)以及噪音污染。
所以為例解決這一問題,本文將對PLC變頻調(diào)速在空壓機(jī)方面的運(yùn)用進(jìn)行研究,對原有的空壓機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造,提高其自動(dòng)化水平以及工作效率從而達(dá)到節(jié)能減排降低成本的效果。
X鋼鐵公司配備的OGFD系列的三臺空壓機(jī)( 1A、2A、3A)屬于活塞式空壓機(jī)?;钊娇諌簷C(jī)包括了氣缸、活塞、電機(jī)、進(jìn)氣孔排氣孔以及氣閥等主要部分,活塞式空壓機(jī)的工作原理其實(shí)與汽車氣缸的工作原理相似,氣缸內(nèi)活塞由電機(jī)帶動(dòng)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)行(稱之為活塞運(yùn)動(dòng))?;钊\(yùn)動(dòng)使得氣缸內(nèi)的氣體容積發(fā)生變化,對從進(jìn)氣孔放入的氣體進(jìn)行加壓。與排氣孔與氣閥相互配合,反復(fù)不斷的進(jìn)行氣體進(jìn)入、氣體壓縮、氣體排出著三個(gè)動(dòng)作,達(dá)到對于氣體的加壓以及二次加壓的效果,將二次加壓的氣體輸送到儲氣罐后進(jìn)行工業(yè)方面的使用[1]??諌簷C(jī)將氣壓控制在0.7MPa左右就可以滿足X鋼鐵企業(yè)的冶煉生產(chǎn),空壓機(jī)通過氣缸內(nèi)氣壓反饋機(jī)制以及壓力調(diào)解機(jī)制來控制氣缸內(nèi)氣壓的大小。當(dāng)壓力過大時(shí)通過開啟減壓閥,將壓力控制在0.7MPa-1.25MPa范圍內(nèi)。當(dāng)全部氣體壓縮完成后,空壓機(jī)仍會保持運(yùn)行,在空載運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下電機(jī)的耗電量是正常運(yùn)轉(zhuǎn)下耗電量的50%左右,雖然此時(shí)耗電量相對較少,但是此時(shí)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)并不會產(chǎn)生任何價(jià)值,屬于嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。
變壓變頻調(diào)速是通過改變電壓來改變異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法,在極對數(shù) np一定的情況下,同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化 ,即 n1 =60f1/np[2]。PLC在變頻調(diào)速空壓機(jī)控制方面的運(yùn)用過程大致流程是:控制系統(tǒng)通過對于電機(jī)運(yùn)行時(shí)氣缸內(nèi)部壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號的相關(guān)信息的接受以及對相關(guān)樣本進(jìn)行采樣,在對樣本進(jìn)行采樣、接受后進(jìn)行分析傳輸?shù)絇LC上,經(jīng)過和初始壓力值進(jìn)行對比,PLC發(fā)出變頻指令控制氣壓閥以及電機(jī)的運(yùn)行速度,來達(dá)到對空壓機(jī)的控制。初始壓力信息設(shè)定為第一階段,在初始壓力信息設(shè)定階段,給PLC控制系統(tǒng)一個(gè)初始壓力信息所對應(yīng)的電信號,這個(gè)初始的電信號是空壓機(jī)是否變頻調(diào)速的標(biāo)準(zhǔn)。樣本的采集為第二階段,記錄空壓機(jī)氣缸內(nèi)壓力的狀態(tài),將此時(shí)的氣壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電信號,儲存在對應(yīng)的I/O映像區(qū)中,形成最初的電信號樣本,控制系統(tǒng)通過不斷地測壓采取新樣本,新的樣本會更新原有新的數(shù)據(jù)。下一個(gè)階段是用戶程序執(zhí)行階段,在這個(gè)階段需要電腦將采集的樣本與初始壓力信息進(jìn)行對比,觀察新的數(shù)據(jù)然后做出相應(yīng)的反應(yīng),當(dāng)壓力過高或過低時(shí)時(shí)PLC發(fā)出指令通過變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的良好運(yùn)行。最后一個(gè)階段,就是輸出刷新階段了,控制系統(tǒng)根據(jù)指令做出相應(yīng)的工作程序,處理完成后會對氣缸內(nèi)氣壓狀態(tài)進(jìn)行新的反饋,達(dá)到監(jiān)控管理的效果。以上就是PLC控制系統(tǒng)在空壓機(jī)變頻調(diào)速中的基本工作原理。
同樣以X鋼鐵公司的兩臺OGFD37型空壓機(jī)(1A、2A)為例。公司為了減少空壓機(jī)的能耗以及空壓機(jī)在啟動(dòng)時(shí)用電量過大而造成對電網(wǎng)的沖擊,對兩臺空壓機(jī)進(jìn)行了改造。專業(yè)人員經(jīng)過對空壓機(jī)最低啟動(dòng)頻率的測量,確定其最低啟動(dòng)頻率為25Hz(小于25Hz會對空壓機(jī)造成損害),電機(jī)以最低頻率啟動(dòng)緩慢帶動(dòng)風(fēng)壓機(jī)啟動(dòng)。將壓縮的天然氣輸送到儲氣罐,以儲氣罐為媒介將天然氣輸送到工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行使用。在前文變頻調(diào)控原理介紹中也提到了,會設(shè)定一個(gè)初始壓力值作為變頻的標(biāo)準(zhǔn)。以1A、2A兩臺空壓機(jī)的變頻調(diào)速運(yùn)行過程為例,首先1A空壓機(jī)開始運(yùn)行,通過氣缸內(nèi)的壓力測量儀反饋的壓力電信號進(jìn)行監(jiān)管和控制。當(dāng)測量的壓力值低于規(guī)定壓力時(shí),PLC通過改變電流頻率加快電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度,使1A達(dá)到工頻,隨后2A也開始以最低啟動(dòng)頻率運(yùn)行,并不斷加快直至氣壓達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)檢測壓力超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí),通過變頻調(diào)控降低2A的運(yùn)行速度直至停止運(yùn)行;若氣壓仍高于標(biāo)準(zhǔn),則降低1A的電機(jī)頻率(但不要降到最低運(yùn)行頻率以下),并通過減壓閥進(jìn)行調(diào)控。這樣就實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,從而減少了不必要能源浪費(fèi)[3]。其控制流程圖如圖 1 所示。
對X鋼鐵公司1A空壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行不同運(yùn)行方式下(變頻和工頻)耗能的對比。該系統(tǒng)包括兩臺37KW空壓機(jī),對兩臺空壓機(jī)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如下。
表1 同功率空壓機(jī)采用不同運(yùn)行方式參數(shù)對比數(shù)據(jù)
由上面的圖表可以看出,兩臺同樣的37KW的空壓機(jī),共同運(yùn)行了120小時(shí),采用工頻運(yùn)行方式的空壓機(jī)用的電流為74A,其總用電量為5836度。而采用變頻運(yùn)行方式的空壓機(jī)所需電流為53A,總用電量為3269度,其節(jié)點(diǎn)量為2892度,用電節(jié)約度為47%,節(jié)約了大量的能耗。
以X鋼鐵公司使用的空壓機(jī)為研究對象,對比兩臺相同功率的空壓機(jī)在工頻和變頻兩種不同運(yùn)行方式下的耗電量,可以清晰的得出PLC變頻調(diào)速與空壓機(jī)的結(jié)合可以極大的降低能耗的結(jié)論。