變頻電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)控制方式的探究

李箭

摘要：本文主要介紹了一些常見的變頻電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)的控制方式，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行了一種新控制方式的嘗試。通過新的控制方式的成功應(yīng)用，探討了在滿足特定條件下的既節(jié)約成本又可靠的冷卻風(fēng)機(jī)的控制方式。

關(guān)鍵詞：變頻電機(jī);冷卻風(fēng)機(jī);集中控制系統(tǒng);變頻器

前言

隨著控制要求的提高、技術(shù)的更新，變頻電機(jī)的使用越來越廣泛與普及。與按恒頻恒壓設(shè)計(jì)的普通異步電動機(jī)相比，變頻電機(jī)可以運(yùn)行在更低的頻率之下。變頻電機(jī)可以運(yùn)行于低頻狀態(tài)的一個非常重要的原因是：變頻電機(jī)采用強(qiáng)制冷卻，配有獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動的冷卻風(fēng)機(jī)。由此給控制帶來了一個新的問題，在控制主電機(jī)的同時，需要控制并監(jiān)測冷卻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，以保證主電機(jī)運(yùn)行時有足夠的散熱風(fēng)量，保證電機(jī)運(yùn)行安全。特別是在具有集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用場合，還需要考慮冷卻風(fēng)機(jī)與DCS系統(tǒng)或PLC系統(tǒng)的連接與控制問題。

一、常見的控制方式

1、獨(dú)立控制

在一些應(yīng)用中可以見到主電機(jī)和冷卻風(fēng)機(jī)完全獨(dú)立控制，啟動時需要先啟動冷卻風(fēng)機(jī)，然后再啟動主電機(jī);停止時需要先停止主電機(jī)，然后再停止冷卻風(fēng)機(jī)。在這種控制方式下，要求操作人員不能存在順序錯誤，否則將導(dǎo)致主電機(jī)在無散熱的情況下運(yùn)行，造成設(shè)備損壞。并且在運(yùn)行中如果冷卻風(fēng)機(jī)出現(xiàn)停機(jī)故障，主電機(jī)變頻器無法檢測到，將繼續(xù)運(yùn)行，導(dǎo)致設(shè)備損壞。獨(dú)立控制方式需要接入集中控制系統(tǒng)時，必須將冷卻風(fēng)機(jī)狀態(tài)和控制單獨(dú)接入集中控制系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)對主電機(jī)和冷卻風(fēng)機(jī)的集中控制和連鎖。此時必須增加集中控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)，以滿足控制要求。給集中系統(tǒng)的成本造成增加。

2、同起同停

在一些應(yīng)用中可以看到主電機(jī)和冷卻風(fēng)機(jī)通過同一控制回路控制，啟動時主電機(jī)變頻和冷卻風(fēng)機(jī)同時得到啟動信號，停止時主電機(jī)變頻和冷卻風(fēng)機(jī)同時得到停止信號。這樣在一定程度上減少了操作的繁瑣并且避免一定的誤操作可能性。但此種方式是仍然或存在一定的問題，比如在變頻減速時間特別長時，主電機(jī)仍然存在很長時間的無散熱工作狀態(tài)。因此在特殊場合必須在冷卻風(fēng)機(jī)停止時加上延時功能。此種方式在接入集中控制系統(tǒng)時，只能使用硬接線方式控制變頻器的啟停。為了提高可靠性，仍然需要監(jiān)視冷卻風(fēng)機(jī)狀態(tài)，故而依舊存在很多控制線的布線工作和集中系統(tǒng)的I/O成本增加問題。

3、利用變頻器的運(yùn)行狀態(tài)驅(qū)動冷卻風(fēng)機(jī)

在一些應(yīng)用中，利用主電機(jī)變頻器的DO功能，通過控制電路控制冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行。此種方式下，將相應(yīng)DO設(shè)置為變頻器運(yùn)行時輸出，在變頻器運(yùn)行時，該點(diǎn)輸出驅(qū)動冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行。停機(jī)時，在變頻器減速完畢停機(jī)后，輸出斷開，冷卻風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。這種方式可以避免誤操作，在正常情況下也不會存在主電機(jī)在無散熱情況下運(yùn)行，同時在接入集中控制系統(tǒng)時，不考慮冷卻風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視的情況下集中控制系統(tǒng)不需要單獨(dú)考慮冷卻風(fēng)機(jī)的I/O，可通過通訊方式直接控制變頻器以減少布線節(jié)約成本。但該方式下無法監(jiān)視獨(dú)立風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，如果出現(xiàn)獨(dú)立風(fēng)機(jī)停機(jī)的情況，主電機(jī)將在無散熱下運(yùn)行，導(dǎo)致設(shè)備損壞。并且該種方式不增加集中控制系統(tǒng)I/O的前提是不監(jiān)視冷卻風(fēng)機(jī)狀態(tài)。如果想將冷卻風(fēng)機(jī)狀態(tài)傳遞到集中系統(tǒng)，仍然想要增加I/O成本。

4、其它

除了上述幾種方式，還有一些控制方式雖然少見，但在個別現(xiàn)場仍可以見到。比如將冷卻風(fēng)機(jī)直接接在主變頻的進(jìn)線開關(guān)下，只要變頻進(jìn)線送電，冷卻風(fēng)機(jī)即運(yùn)行，不論主電機(jī)是否運(yùn)行，在間歇運(yùn)行系統(tǒng)中，冷卻風(fēng)機(jī)會有很長的不必要運(yùn)行時間;又如加溫度傳感器和控制器實(shí)現(xiàn)溫度控制等方式。這些方式不同程度的存在設(shè)備不必要的磨損、能源浪費(fèi)、功能缺陷、投入較大等缺點(diǎn)。

二、一種新控制方式的嘗試

阜新市某凈水廠送水泵房工程，變頻柜及水泵均為用戶自行采購。我司負(fù)責(zé)集中控制系統(tǒng)的實(shí)施。原設(shè)計(jì)送水泵為普通電機(jī)驅(qū)動，無獨(dú)立冷卻風(fēng)機(jī)。但在實(shí)際實(shí)施過程中，水泵為變頻電機(jī)，獨(dú)立散熱;變頻控制柜僅為ABB變頻器，無外圍控制回路，無法驅(qū)動冷卻風(fēng)機(jī)。后用戶又自行采購了冷卻風(fēng)機(jī)控制箱安裝于變頻器旁邊，將冷卻風(fēng)機(jī)作為獨(dú)立回路控制，變成了上述的第一種方式。而原集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時僅為送水變頻預(yù)留了通訊接口，無法接入冷卻風(fēng)機(jī)狀態(tài)和控制。此時最簡單的方法是變成上述的第三種方式，通過變頻器DO控制冷卻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。但是用戶希望系統(tǒng)更可靠并且可以在中控室監(jiān)視到冷卻風(fēng)機(jī)的狀態(tài)。

為了幫用戶解決問題，又要節(jié)約成本。通過對變頻器功能的研究，提出了以下嘗試。

冷卻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)接入變頻器的DI，將變頻器的DO接到冷卻風(fēng)機(jī)的啟?？刂苹芈贰LC通過通訊端口將變頻器自身的數(shù)據(jù)及DI狀態(tài)讀入，這樣既可以采集變頻器的數(shù)據(jù)，同時也解決了冷卻風(fēng)機(jī)的狀態(tài)采集問題。PLC通過控制變頻器的DO端口輸出，可以直接啟停冷卻風(fēng)機(jī)。這樣就解決了在不增加PLC點(diǎn)位的情況下，接入冷卻風(fēng)機(jī)的問題。

為了解決獨(dú)立控制的不可靠問題，將接入冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的變頻器DI設(shè)置為【運(yùn)行允許】功能。將冷卻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)作為變頻器的允許運(yùn)行條件，風(fēng)機(jī)不運(yùn)行，變頻器無法啟動。如果風(fēng)機(jī)停機(jī)，變頻器將被強(qiáng)制停機(jī)。從而到達(dá)到提高可靠性、保護(hù)設(shè)備的目的。

通過以上的調(diào)整，不但沒有增加成本，同時解決了I/O點(diǎn)位不足問題。并規(guī)避了獨(dú)立控制時的缺點(diǎn)?，F(xiàn)場使用效果良好。

三、可行性約束

以上方案雖然在沒有增加硬件投入的情況下處理了冷卻風(fēng)機(jī)控制的問題，但是該方案可行的前提是必須保證變頻器的功能足夠強(qiáng)大。首先是硬件接口必須足夠，有足夠的DI和DO可以將風(fēng)機(jī)回路信號接入;其次是具有可用的通訊接口可以將信號傳遞給PLC，并接收PLC的控制信號;同時還需要具有強(qiáng)大的軟件功能，可以通過通訊讀取DI狀態(tài)、可以設(shè)置DO由通訊獨(dú)立控制。本次現(xiàn)場的實(shí)施已經(jīng)驗(yàn)證了ABB變頻器可以滿足該方案的使用要求。希望以后可以尋找到更多符合使用需求的變頻器。

四、結(jié)束語

變頻電機(jī)獨(dú)立冷卻風(fēng)機(jī)的控制是一個不算問題的問題，以上論述也僅為找到一種可靠、經(jīng)濟(jì)、方便可行的控制方式。本文僅代表個人觀點(diǎn)、拋磚引玉。能力有限，不當(dāng)之處在所難免，還望各位讀者老師指正。

同時感謝現(xiàn)場用戶對我司的信任及現(xiàn)場工作人員的辛苦付出。

參考文獻(xiàn)

[1]北京ABB電氣傳動系統(tǒng)有限公司 《ACS510變頻器手冊》

[2]施耐德電氣《Modbus 和 ASCII 讀/寫功能 PLC Commun ication 庫指南》