变频技术在曝气风机节能改造中的应用研究

陶教东

摘要：污水处理是现代城市不可缺少的部分，往污水好氧池加入氧气，加压风机是不可或缺的设备之一，由于风机的容量必须按照最恶劣的天气设计，而实际运行时往往满负载运行的情况不到全年时间的20%，其电能消耗非常大。在传统污泥处理工艺中，风机的电耗占到整个处理工艺能耗的40%以上，所以对曝气风机节能改造的意义重大。

关键词：PLC ；变频器；节能改造

Abstract: the sewage treatment is an indispensable part of modern city, to sewage aerobic pool adding oxygen, pressurization fan is an indispensable equipment, due to the fan capacity must be in accordance with the most severe weather is designed, and the actual operation is often full load situation around the year 20%, the electric energy consumption is very large. In the traditional activated sludge treatment process, fan energy consumption accounted for the entire process over 40% of energy consumption, so the aeration fan energy saving is significant.

Key words: PLC; frequency converter; energy saving

中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：

引言：

污水处理是现代城市不可缺少的部分，往污水池加入空气，加压风机是不可或缺的设备之一，由于风机的容量必须按照最恶劣的天气设计，而实际运行时往往满负载运行的情况不到全年时间的20%，其电能消耗非常大，因而对风机系统进行变频改造，其经济效益是相当可观的。

工艺流程介绍

图1 系统流程图

如图1所示：该系统有三个风机组成，设计为2用一备，风机功率为75KW，采用软启动启动，启动后切换到旁路，全功率运行。两台风机全负载运行为设计的最大运行量（即最恶劣情况）。平时大部分时间，一台全功率运行，另一台只要运行10%-30%之间。所以对风机的控制进行变频的节能改造是非常有必要的。

变频调速节能原理

三相异步电动机的转速公式为：

n=nl(1一s)=6Of(1一s)／p (1)

式中：

n一电机的转速，r／rain

nl一同步转速。r／min

p一磁极对数

s一转差率．％

f一频率，Hz

由转速公式(1)可知，可以通过改变极对数、转差率和频率的方法实现对异步电机的调速。前两种方法转差损耗大，效率低，对电机特性都有一定的局限性。变频调速是通过改变定子电源频率来改变同步频率实现电机调速的。在调速的整个过程中，从高速到低速可以保持有限的转差率，因而具有高效、调速范围宽(10％～100％)和精度高等性能，节电效果20％～30％。

系统改造方案

设备控制方案改造，竟可能减少对原有系统的改动，所以保留原有的软启动控制柜，新增一个变频控制柜。控制方式可以进行工频和变频的切换，切换到工频模式时，沿用原有的软启动控制系统，节约改造成本。同时为长远考虑，新增柜可以有A.B两路供电，A路变频时，B路工频，B路变频时A路工频。这样一个控制柜可以同时控制两台风机。如图2，所示。

图2A.B回路切换示意图

如图3所示，电机一变频时，电机二工频，电机二变频时电机一工频。

图3电机回路切换示意图

4.系统硬件配置

系统控制采用PLC加触摸屏的控制方式，同时配置电力参数仪表，实时监测计量风机的电流，电压电量等参数，并通过RS485通讯的方式将参数传送到PLC，通过触摸屏外置的USB存储器将数据进行记录。便于计量。系统硬件配置如下：

1.变频器配置西门子75KWMM430

2.PLC 配置西门子S7-200

3.人机界面配置KICON MT4512TE 10寸触摸屏

4.电力参数表配置施耐德PM210电力参数表

硬件系统配置如图4所示：主控制器为PLC,工频和变频通过变频器，软启动来实现，

人机界面为触摸屏，两个回路风别配置电力参数表，电力表，触摸屏通过RS485通讯方式和PLC连接。

图4 系统硬件配置示意图

软件开发

① 输入输出功能介绍

由图5-6接线示意图可知，系统包含5数字输入；8数字输出（其中一路作为脉冲输出）；3模拟量输入；2模拟量输出。输入输出功能如表1所示：

表1 输入输出功能表

② PLC控制程序

根据系统的主要部件和各部件的功能，程序大致可分为：两路供电系统变频和工频的切换，两个电机变频和工频的切换。变频器频率的调节程序，触摸屏通讯程序，两个电力参数表的通讯程序。

具体的程序参看附录PLC程序。

③ 触摸屏程序

图5 触摸屏示意图

如图五所示，为触摸屏操作界面，在界面上可以查看系统的参数，以及对系统的参数进行设置。界面人性化，操作有好。

④ 电力参数表

电力参数表在变频和工频回路各配置一个，用于检测回路电流，电压，电能等电力参数，并将参数实时通过RS485通讯传输到PLC，同时PLC将数据传输到触摸屏便于查看，并记录在触摸屏外置的USB存储器里。

5. 结束语

系统改造完成，并投入运行，设备运行稳定，通过设备电能，电流等参数分析，系统改造后，节能效果显著。

6. 参考文献

[1]可编程序控制器系统手册，SIEMENS SIMATIC S7—200．2000，03

[2]MM430变频器手册，SIEMENS

[3] 李雪梅工厂电气与可编程序控制器应用技术。中国水利水电出版社2006

[4]电力参数表手册 Schneider Electric

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。