变频器在玻璃钢化冷却风机上的应用 附变频电机冷却风机控制方式的探究.docx

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1、一弓I言在玻璃l业，由于电费的成本已成为原材料成本，人工成本之后的第三大开支；在用电紧张的今天，节省电费已成为企业经营者考虑的一件大事；而玻璃厂的钢化炉是玻璃厂的重要设备之一，也是主要的耗电设备之一。钢化冷却风机的容量是按照钢化炉最大的设计产量来选型的，且留有一定的余量。在使用中，冷却风机长期固定在最大的转速下运行。由于季节、昼夜和生产工况的变化，冷却风机的实际风量需求在绝大部分时间内远比设计负载低；在转速固定的情况下，当冷却风机的风量过剩时，只能通过控制风门的进风量，这样就造成风机功耗的严重浪费，故对立窑风机进行变频节能改造具有一定的现实意义。本文就玻璃钢化炉两台功率为315kW的离心风机为

2、例，介绍普传PI9000系列变频器在钢化炉风机调速的节能应用。二钢化炉工作原理玻璃钢化机组主要由放片段、对流加热段、平钢化段、和取片段四大部分，以及高压离心风机、供风管道、集风箱、气路、电气控制柜、操作台等组成。强制对流平钢化机组采用独有的喷射增流技术，通过吸入炉内热空气与经过预热的压缩空气在喷管内混合，使喷管向玻璃表面喷出的气流温度大幅提高，炉内热空气对流循环强制增强，炉温均匀性及稳定性的提高，使玻璃在炉内的加热效果更好。三玻璃钢化过程与工艺玻璃钢化炉的玻璃钢化工艺主要由两部分组成，即加热和淬冷。（1）先将普通玻璃在往复式加热室中均匀受热到玻璃软化点，使玻璃软化后进行极速淬冷来完成玻璃钢化。

3、（2）淬冷使用的吹风来自两台功率为315kW的离心风机。（3）根据玻璃薄厚不同，离心风机转速按控制系统上位机设定的参数，产生流量大小不同的强大气流，均匀地对玻璃的正反面进行吹风淬冷。（4）经过钢化淬冷后的玻璃，在其表面形成压应力，当玻璃承受外力时，首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，改善了玻璃抗拉强度。四设备性能及技术参数1玻璃产品规格平钢化玻璃：玻璃最大尺寸：4800mm2400mm（5mm）2200mm*2400mm（4mm）玻璃最小尺寸：300mmX200mm玻璃厚度范围：319mm2产品性能：符合GB15763.2-2005有关要求3生产能力：（参考）玻璃厚度（mm）45681012

4、1519产能（炉/小时）2218151297544适应玻璃品种（1）透明浮法玻璃（2）本体着色浮法玻璃（3）单面丝网印刷玻璃（4）超白压花玻璃（5）LOW-E镀膜玻璃。五风机变频调速节能原理1.风机的负载特性及基本数量关系风机为平方转矩负载、也叫变转矩类负载，根据流体力学的基本定律，其转速、风量（流量）、风压（压力）及功率（轴功率）关系为：Qoci1;Hoc2;Pocn3其中：Q风量；H风压；P功率；n转速2风机变频调速节能原理分析由以上风机的转速、风量、风压及功率关系可见：（1）在风量需求小于风机的额定风量时，即电机工作在额定转速以下，降低风机转速，可以方便地调节风机的鼓风量。（2）随着风机

5、转速的降低，电机的轴功率相应减小，其消耗的电功率明显下降。（3）因此，对于风机负载，采用变频调速技术取代百叶阀门调节风量，有显著的节能效果。钢化炉风机节能预估：（1）当转速减少到额定转速的85%时（对应风量减少到额定风量的85%）,其电机的轴功率将减少到额定功率的61%（85%）3J；（2）钢化炉风机维持在待机状态，风机转速减少到额定转速的10%时，此时电机的轴功率仅为额定功的0.001%。由此可见，风机采用变频调速，节能效果非常明显。六用户对变频节能改造后功能的要求a）要求变频器的跟随性能好，质量稳定可靠，故障率低。b）启动时间不能超过120S,启动过程不能报过流故障；启动后需要给PLC系统

6、反馈信号表示风机已经正常启动；加热过程中，风机需能运行在5Hz待机;c）为了不给另外一台风机增加压力，浪费电能，两台风机跑动的风压要几乎持平。在钢化不同厚度的玻璃时需要设定不同风压值；一台风机切换到两台风机或者两台风机切换到一台风机需要平滑过渡。七，变频调速节能改造方案设计a）根据现场情况和用户的要求，我们设计安装一台品质优良、性能稳定可靠的平方转矩（风机水泵型）普传P19300400F3变频器，是一款基于DSP的高性能矢量控制变频器，具备V/F控制、无感矢量控制、带PG矢量控制多种控制方式，可以适应恒转矩和恒功率的各类负载,优异的低频转矩特性和高动态特性，可以应对运行过程中的负载扰动及快速加

7、减速的要求。b）根据客户系统设定加速时间为70S,可以满载启动不报过流故障；利用变频器继电器输出功能给PLC反馈变频器已正常启动的信号；设定最低频率5Hz,在加热过程中变频器处于待机状态，凸显普传变频器的低频高转矩特性。c）为保证两台风机跑动的风压可以持平，分别设定两台变频器的最大频率为53Hz和51.4Hz.当加工不同厚度的玻璃时，在操作台设置不同厚度的数值时;由PLC给出的420mA信号也跟着改变，此系统由PLC和变频器协同完成；当加工8mm玻璃时只需要一台风机，此时另外一台风机处于反转状态，遂需要增加直流制动功能来解决此问题。七变频器参数设置FOJl=I端子控制Fl.00=1端子Dil用

8、于正转F0.03=2AIl作为模拟量输入端子FL12=2模拟量信号为420MA（需要更改J3跳线）F0.23=5最小频率设置F0.19=53最大频率F0.21=53上限频率F0.01=53设定频率FO.13=70加速时间F2.02=2故障继电器输出功能F2.05=l变频器运行中输出功能F3.OO=2预励磁启动F3.05=70DC预励磁电流F3.06=3DC预励磁时间F3.07=l自由停车八变频器接线图九改造注意事项1,改造前，当从一台风机切换到两台风机工作的过程（一台风机工作，另外一台风机处于反转状态），采用星三角启动时，直接将电机从反转逆转成正转,瞬间产生大电流导致电机发热严重，不仅损耗电机

9、而且造成不必要的电能浪费；改用变频启动方式后，需要注意使用预励磁启动功能，先制动再启动，否则启动会报过流故障。2,两台风机同时运行时，若是一台变频器报故障，则对应的风闸会由进风口变成出风口，等于给另外一台变频器增加了负载，会导致报故障；避免此问题的方法是把变频器的故障常闭触点串联到风闸的电磁阀上，如果变频器报故障，则立刻关闭风闸。十总结对风进行变频节能改造后，风机的用电量大幅度下降,节能效果非常显著，同时风机转速下降，降低了机械磨损，减少了风机的故障率和提高了风机的使用寿命，依据不同产品规格、精细可以通过变频器来改变风机电机的频率从而调整到钢化不同玻璃所需的数值，从而保障产品质量，为客户带来可

10、观的经济效益。变频电机冷却风机控制方式的探究摘要：本文主要介绍了一些常见的变频电机冷却风机的控制方式，并结合现场实际情况进行了一种新控制方式的尝试。通过新的控制方式的成功应用，探讨了在满足特定条件下的既节约成本又可靠的冷却风机的控制方式。关键词：变频电机;冷却风机;集中控制系统;变频器.-3刖随着控制要求的提高、技术的更新，变频电机的使用越来越广泛与普及。与按恒频恒压设计的普通异步电动机相比，变频电机可以运行在更低的频率之下。变频电机可以运行于低频状态的一个非常重要的原因是：变频电机采用强制冷却，配有独立电机驱动的冷却风机。由此给控制带来了一个新的问题，在控制主电机的同时，需要控制并监测冷却风

11、机的运行，以保证主电机运行时有足够的散热风量，保证电机运行安全。特别是在具有集中控制系统的应用场合，还需要考虑冷却风机与DCS系统或PLC系统的连接与控制问题。一、常见的控制方式1、独立控制在一些应用中可以见到主电机和冷却风机完全独立控制，启动时需要先启动冷却风机，然后再启动主电机;停止时需要先停止主电机，然后再停止冷却风机。在这种控制方式下，要求操作人员不能存在顺序错误，否则将导致主电机在无散热的情况下运行，造成设备损坏。并且在运行中如果冷却风机出现停机故障，主电机变频器无法检测到，将继续运行，导致设备损坏。独立控制方式需要接入集中控制系统时，必须将冷却风机状态和控制单独接入集中控制系统，才

12、能实现对主电机和冷却风机的集中控制和连锁。此时必须增加集中控制系统的I/O点，以满足控制要求。给集中系统的成本造成增加。2、同起同停在一些应用中可以看到主电机和冷却风机通过同一控制回路控制，启动时主电机变频和冷却风机同时得到启动信号，停止时主电机变频和冷却风机同时得到停止信号。这样在一定程度上减少了操作的繁琐并且避免一定的误操作可能性。但此槿方式是仍然或存在一定的问题，比如在变频减速时间特别长时，主电机仍然存在很长时间的无散热工作状态。因此在特殊场合必须在冷却风机停止时加上延时功能。此种方式在接入集中控制系统时，只能使用硬接线方式控制变频器的启停。为了提高可靠性，仍然需要监视冷却风机状态，故而

13、依旧存在很多控制线的布线工作和集中系统的I/O成本增加问题。3、利用变频器的运行状态驱动冷却风机在一些应用中，利用主电机变频器的DO功能，通过控制电路控制冷却风机运行。此种方式下，将相应Do设置为变频器运行时输出，在变频器运行时，该点输出驱动冷却风机运行。停机时，在变频器减速完毕停机后，输出断开，冷却风机停止运行。这种方式可以避免误操作，在正常情况下也不会存在主电机在无散热情况下运行，同时在接入集中控制系统时，不考虑冷却风机状态监视的情况下集中控制系统不需要单独考虑冷却风机的I/O,可通过通讯方式直接控制变频器以减少布线节约成本。但该方式下无法监视独立风机的运行状态，如果出现独立风机停机的情况

14、，主电机将在无散热下运行，导致设备损坏。并且该种方式不增加集中控制系统I/O的前提是不监视冷却风机状态。如果想将冷却风机状态传递到集中系统，仍然想要增加I/O成本。4、其它除了上述几种方式,还有一些控制方式虽然少见,但在个别现场仍可以见到。比如将冷却风机直接接在主变频的进线开关下，只要变频进线送电，冷却风机即运行，不论主电机是否运行，在间歇运行系统中，冷却风机会有很长的不必要运行时间;又如加温度传感器和控制器实现温度控制等方式。这些方式不同程度的存在设备不必要的磨损、能源浪费、功能缺陷、投入较大等缺点。二、一种新控制方式的尝试某净水厂送水泵房工程，变频柜及水泵均为用户自行采购。我司负责集中控制

15、系统的实施。原设计送水泵为普通电机驱动，无独立冷却风机。但在实际实施过程中，水泵为变频电机，独立散热;变频控制柜仅为ABB变频器，无外围控制回路，无法驱动冷却风机。后用户又自行采购了冷却风机控制箱安装于变频器旁边，将冷却风机作为独立回路控制，变成了上述的第一种方式。而原集中控制系统设计时仅为送水变频预留了通讯接口，无法接入冷却风机状态和控制。此时最简单的方法是变成上述的第三种方式，通过变频器Do控制冷却风机的运行。但是用户希望系统更可靠并且可以在中控室监视到冷却风机的状态。为了帮用户解决问题，又要节约成本。通过对变频器功能的研究，提出了以下尝试。冷却风机的运行状态、故障状态接入变频器的DI,将

16、变频器的DO接到冷却风机的启停控制回路。PLC通过通讯端口将变频器自身的数据及Dl状态读入，这样既可以采集变频器的数据，同时也解决了冷却风机的状态采集问题。PLC通过控制变频器的Do端口输出，可以直接启停冷却风机。这样就解决了在不增加PLC点位的情况下，接入冷却风机的问题。为了解决独立控制的不可靠问题，将接入冷却风机运行状态的变频器DI设置为【运行允许】功能。将冷却风机的运行状态作为变频器的允许运行条件，风机不运行，变频器无法启动。如果风机停机，变频器将被强制停机。从而到达到提高可靠性、保护设备的目的。通过以上的调整，不但没有增加成本，同时解决了I/O点位不足问题。并规避了独立控制时的缺点。现

17、场使用效果良好。三、可行性约束以上方案虽然在没有增加硬件投入的情况下处理了冷却风机控制的问题，但是该方案可行的前提是必须保证变频器的功能足够强大。首先是硬件接口必须足够，有足够的DI和DO可以将风机回路信号接入;其次是具有可用的通讯接口可以将信号传递给PLC,并接收PLC的控制信号;同时还需要具有强大的软件功能,可以通过通讯读取Dl状态、可以设置Do由通讯独立控制。本次现场的实施已经验证了ABB变频器可以满足该方案的使用要求。希望以后可以寻找到更多符合使用需求的变频器。四、结束语变频电机独立冷却风机的控制是一个不算问题的问题，以上论述也仅为找到一种可靠、经济、方便可行的控制方式。本文仅代表个人观点、抛砖引玉。能力有限，不当之处在所难免，还望各位读者老师指正。同时感谢现场用户对我司的信任及现场工作人员的辛苦付出。参考文献1北京ABB电气传动系统有限公司ACS510变频器手册施耐德电气Modbus和ASCII读/写功能PLCCommunication库指南