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一、情况简述
我厂连铸车间有四台排气风机，功率都为110Kw，用来作为连铸车间二冷室的排气通风、降温除湿。根据连铸机各流冷却水用量通过PLC利用变频器的多段速功能对排气风机进行调速，以减少能源的損耗。由于不同钢种、不同生产节奏、不同流数对各流用水量的要求不同，导致二冷室蒸汽量也不同，因此对排气风机转速的需求也不同。根据各流冷却水流量的具体情况，设定排气风机的运行频率，实现自动调节频率的要求，以便达到节能增效的目的。
二、实施方案
PLC采集各流冷却水流量并进行累加后，根据设定要求相应的输出点动作来控制变频器的多段速按设定频率运行。根据冷却水流量与设定变频器按3个速段进行运行。
频率设定要求如下表：
冷却水流量和需求频率对应表
三、硬件设计
1、PLC选型
本系统PLC 为此系统的控制核心，本项目的输入信号有两种，一种是启、停控制按钮的数字量输入，另一种是各流二冷水流量计信号作为PLC 的输入模拟变量，经过PLC 的输入接口输入到内部数据寄存器，然后在PLC 内部进行逻辑、算数运算或数据处理后，以输出变量的形式送到输出接口，从而控制变频器来驱动电机来控制电机的运行。
自从PLC技术在工业领域中得到广泛应用以来，PLC产品的种类越来越多，而且功能也日趋完善。当前工业领域中应用的PLC既有从美国﹑日本﹑德国等国家进口的，也有国内厂家组装或自行开发的，已达上百种型号。因此合理选择PLC就非常的有意义。我们从以下四个方面来选择：
1） PLC机型选择。机型选择的基本原则是在能够满足控制要求及保证运行可靠﹑维修方便的前提下，力争最佳的性价比。①在结构形式上选择整体式。②在安装方式上选择集中式。③在功能要求上选择只有开关量控制，具有逻辑运算、定时、计数等功能的小型PLC。④机型统一。对于一个企业应尽可能使用机型统一的PLC，有利于备件的采购。
2） PLC容量选择。容量选择包括I/O点数和用户程序存储容量的选择。①I/O点数的选择。由于PLC平均I/O点的价格还比较高，一般情况下I/O点是根据被控对象的输入、输出信号的实际个数，再加上10%—15%的备用量来确定。②用户存储容量的选择应按实际需要留20%--30%的余量来选择。
3） I/O模块的选择。PLC输入模块的作用是用来检测、接收现场输入设备的信号，并将输入的信号转换为PLC内部接收的低电平信号。①输入信号的类型选择。常用的输入信号类型有三种：直流输入、交流输入和交流/直流输入，根据需要我们选择直流输入②输入信号电压等级的选择。有5V、12V、24V、48V、60V等可供选择，根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑我们选择24V电压。
综合以上几个方面考虑，决定选用西门子S7_300型号的PLC.
2、变频器选型
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频的电能控制装置。现在使用的变频器主要使用的是交-直-交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换为直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。
变频器在选型上应注意以下几点：
1） 采用变频的目的：恒压控制或恒流控制等。
2）变频器的负载类型：如叶片泵或容积泵等。特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。
3） 变频器与负载的匹配问题：
①电压匹配：变频器的额定电压与负载的额定电压相符。
②电流匹配：普通的离心泵，变频器的额定电流与负载的额定电流相符。
③转矩匹配：这种情况在横转矩负载或有减速装置时有可能发生。
考虑以上三个方面因素决定选用西门子MM440变频器。
四、软件设计
为了更好的监控排气风机的运行运行情况及与二冷水流量的匹配程度，应用Step7及WINCC来进行控制程序及监控程序的开发设计。
五、节能效果分析
1、理论节能分析
风机的机械特性具有二次方律特征，其流量，风压与消耗功率与转速n的关系，如图所示。
风机流量、压力、消耗功率与转速关系曲线图
由图可知风机消耗功率与其转速的三次方成正比。根据二冷水流量的情况，通常保持在120m3/h，变频器时常运转在40HZ。根据同步转速公式n=60f/p和风机消耗功率与其转速三次方成正比可知，理论上改造前后功耗比为：
P1/P2=51.2%
即改造后能耗只为改造前的51.2%，由此可见节能效果非常明显。
2、实测能耗
当变频器在50HZ和40HZ运行时在变频器输出侧实测数据：40HZ时电流为98.7A，电压380V；50HZ时电流为163.8A，电压为380V。
P1=1.732*380*98.7=64.9kw
P2=1.732*380*163.8A=42.9kw
P1/P2=60.3%
由于此系统中电机总功率比较小，因此变频器的能耗占的比重较大，尽管实测值与理论值有一定的差距，但改造后每个小时能耗仍可节约42.9个千瓦。
五、结束语
风机的变频节能效果非常显著，并且在节能的同时减轻了设备的机械负荷，延长了设备的使用寿命。也符合国家提倡的建设节能型社会的需求。因此这个很值得在通风、排汽系统中推广和应用。
参考文献
1、《变频器原理及应用指南》，作者：吴忠智、吴加林，中国电力出版社，2007
2、《从入门到精通—西门子S7—300/400PLC技术与应用》，作者：张运刚，人民邮电出版社，2007
我厂连铸车间有四台排气风机，功率都为110Kw，用来作为连铸车间二冷室的排气通风、降温除湿。根据连铸机各流冷却水用量通过PLC利用变频器的多段速功能对排气风机进行调速，以减少能源的損耗。由于不同钢种、不同生产节奏、不同流数对各流用水量的要求不同，导致二冷室蒸汽量也不同，因此对排气风机转速的需求也不同。根据各流冷却水流量的具体情况，设定排气风机的运行频率，实现自动调节频率的要求，以便达到节能增效的目的。
二、实施方案
PLC采集各流冷却水流量并进行累加后，根据设定要求相应的输出点动作来控制变频器的多段速按设定频率运行。根据冷却水流量与设定变频器按3个速段进行运行。
频率设定要求如下表：
冷却水流量和需求频率对应表
三、硬件设计
1、PLC选型
本系统PLC 为此系统的控制核心，本项目的输入信号有两种，一种是启、停控制按钮的数字量输入，另一种是各流二冷水流量计信号作为PLC 的输入模拟变量，经过PLC 的输入接口输入到内部数据寄存器，然后在PLC 内部进行逻辑、算数运算或数据处理后，以输出变量的形式送到输出接口，从而控制变频器来驱动电机来控制电机的运行。
自从PLC技术在工业领域中得到广泛应用以来，PLC产品的种类越来越多，而且功能也日趋完善。当前工业领域中应用的PLC既有从美国﹑日本﹑德国等国家进口的，也有国内厂家组装或自行开发的，已达上百种型号。因此合理选择PLC就非常的有意义。我们从以下四个方面来选择：
1） PLC机型选择。机型选择的基本原则是在能够满足控制要求及保证运行可靠﹑维修方便的前提下，力争最佳的性价比。①在结构形式上选择整体式。②在安装方式上选择集中式。③在功能要求上选择只有开关量控制，具有逻辑运算、定时、计数等功能的小型PLC。④机型统一。对于一个企业应尽可能使用机型统一的PLC，有利于备件的采购。
2） PLC容量选择。容量选择包括I/O点数和用户程序存储容量的选择。①I/O点数的选择。由于PLC平均I/O点的价格还比较高，一般情况下I/O点是根据被控对象的输入、输出信号的实际个数，再加上10%—15%的备用量来确定。②用户存储容量的选择应按实际需要留20%--30%的余量来选择。
3） I/O模块的选择。PLC输入模块的作用是用来检测、接收现场输入设备的信号，并将输入的信号转换为PLC内部接收的低电平信号。①输入信号的类型选择。常用的输入信号类型有三种：直流输入、交流输入和交流/直流输入，根据需要我们选择直流输入②输入信号电压等级的选择。有5V、12V、24V、48V、60V等可供选择，根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑我们选择24V电压。
综合以上几个方面考虑，决定选用西门子S7_300型号的PLC.
2、变频器选型
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频的电能控制装置。现在使用的变频器主要使用的是交-直-交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换为直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。
变频器在选型上应注意以下几点：
1） 采用变频的目的：恒压控制或恒流控制等。
2）变频器的负载类型：如叶片泵或容积泵等。特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。
3） 变频器与负载的匹配问题：
①电压匹配：变频器的额定电压与负载的额定电压相符。
②电流匹配：普通的离心泵，变频器的额定电流与负载的额定电流相符。
③转矩匹配：这种情况在横转矩负载或有减速装置时有可能发生。
考虑以上三个方面因素决定选用西门子MM440变频器。
四、软件设计
为了更好的监控排气风机的运行运行情况及与二冷水流量的匹配程度，应用Step7及WINCC来进行控制程序及监控程序的开发设计。
五、节能效果分析
1、理论节能分析
风机的机械特性具有二次方律特征，其流量，风压与消耗功率与转速n的关系，如图所示。
风机流量、压力、消耗功率与转速关系曲线图
由图可知风机消耗功率与其转速的三次方成正比。根据二冷水流量的情况，通常保持在120m3/h，变频器时常运转在40HZ。根据同步转速公式n=60f/p和风机消耗功率与其转速三次方成正比可知，理论上改造前后功耗比为：
P1/P2=51.2%
即改造后能耗只为改造前的51.2%，由此可见节能效果非常明显。
2、实测能耗
当变频器在50HZ和40HZ运行时在变频器输出侧实测数据：40HZ时电流为98.7A，电压380V；50HZ时电流为163.8A，电压为380V。
P1=1.732*380*98.7=64.9kw
P2=1.732*380*163.8A=42.9kw
P1/P2=60.3%
由于此系统中电机总功率比较小，因此变频器的能耗占的比重较大，尽管实测值与理论值有一定的差距，但改造后每个小时能耗仍可节约42.9个千瓦。
五、结束语
风机的变频节能效果非常显著，并且在节能的同时减轻了设备的机械负荷，延长了设备的使用寿命。也符合国家提倡的建设节能型社会的需求。因此这个很值得在通风、排汽系统中推广和应用。
参考文献
1、《变频器原理及应用指南》，作者：吴忠智、吴加林，中国电力出版社，2007
2、《从入门到精通—西门子S7—300/400PLC技术与应用》，作者：张运刚，人民邮电出版社，2007