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罗茨鼓风机控制设计_罗茨鼓风机

时间:2021-06-09 01:36  来源:万豪原创

罗茨鼓风机控制设计:罗茨鼓风机变频调速系统的设计

  原标题:罗茨鼓风机变频调速系统的设计

  山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨鼓风机、罗茨真空泵、回转风机等机械设备公司,位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇,近年来,锦工致力于新产品的研发,新产品双油箱罗茨风机、水冷罗茨风机、油驱罗茨风机、低噪音罗茨风机,赢得了市场好评和认可。

  罗茨风机变频调速系统的实现从根本上解决了罗茨风机大启动力矩而配用大功率电机的问题,节能效果非常显著。能够解决罗茨风机低负荷运行,罗茨风机开度当板小而引起的风纪震动问题,使罗茨鼓风机运行更加稳定。闭环控制系统的建立使控制更加稳定装置操作更加平稳;另外罗茨风机转速的降低大大提高了罗茨风机轴承的使用寿命。提高了设备运行时间,延长了设备的检修周期。

  2.变频调速装置在罗茨风机上的应用

  罗茨风机的流量,运行压力,轴功率这三个基本参数与转速的运算公式极其复杂,同时罗茨风机类负荷随环境变化参数也随之变化。在工程中一般根据罗茨风机的运行曲线,进行大致的参数运算,通过改变罗茨风机的管网特性曲线来实现对罗茨风机的风量的调节;通过改变罗茨风机叶片的角度来实现对罗茨风机的风量调节;通过改变罗茨风机的转速来实现罗茨风机的风量调节。

  取代老式的依靠挡板改变流量的方式,达到节能的效果;精确地调节速度和流量,保证工艺质量;接受计算机的模拟或数字信号,进行实时控制;动态性能好,可实现“软”启动。变频装置的特性保证了电机启动和加速时具有消除启动对电机的冲击,可以提高电机和机械的使用寿命。

  3.变频调速技术

  3.1变频调速的基本原理

  对异步电动机进行调速控制时,希望电动机的主磁通Фm保持额定值不变。磁通太弱,电动机带负载能力下降,磁通太强,形成过饱和,将引起励磁电流波形畸变。由上可见,Фm值由e1和fl共同决定,对e1和fl进行适当控制,就可以使气隙磁通Фm保持额定值不变。分两种:基频以下的恒磁通变频调速,即从电机额定频率f调速;基频以上的弱磁通变频调速。

  3.2 u/f控制

  主电路中逆变器采用BJT,用PWM方式进行控制。逆变器的控制脉冲发生器同时受控于频率指令f和电压指令U,而f和U之间的关系是由U/f曲线发生器决定的。这样经PWM控制之后,变频器的输出频率与输出电压之间的关系就,就是U/f曲线发生器所确定的关系。转速的改变是靠改变频率的设定值来实现的。电动机的实际转速要根据负载的大小,即转差率的大小来决定。负载变化时,在f不变的条件下,转子转速将随负载转矩变化而变化,故它常用于速度精度要求不十分严格或负载变动较的场合。U/f控制是转速开环控制,无需速度传感器,控制电路简单,负载可以是通用标准电动机,所以通用性强,经济性好,是目前通用变频器产品中使用较多的一种控制方式。

  3.3 转差频率控制

  根据速度传感器的检测,可以求出转差频率△f,再把它和速度设定值f相叠加,以该叠加值作为逆变器的频率设定值f1*,就实现了转差补偿。这种实现转差补偿的闭环控制方式称为转差频率控制方式。与U/f控制方式相比,其调速精度大为提高。但是使用速度传感器求取转差频率,要针对具体电动机的机械特性调整控制参数,因而这种控制方式的通用性差。

  4.系统自动控制的实现

  4.1控制系统的工作原理

  本系统是用单片机控制的变频器实现的罗茨风机调速系统。其主要硬件是MSC8051单片机,变频器,压力变送器,罗茨风机。该系统中单片机起到控制器的作用,变频器和罗茨风机是执行机构。通过设置在罗茨鼓风机负压侧的压力变送器得到系统的反馈信号,并且将其转化成了标准的电流或者电压信号,再经过A/D转换变成数字信号传送到单片机,然后由单片机实现PI压力调节,显示功能。最后输出控制量,作为变频器的模拟量给定信号,由变频器输出SPWM调制的频率可调的电压来控制罗茨风机电动的转速。从而整个系统实现闭环控制。达到准确控制,节能的目的。

  4.2 控制器的硬件设计

  单片机:选用MCS-8051单片机,由于本系统的设计目的是罗茨风机的简单调速系统,所以系统不要求有复杂的控制功能。因此本系统选用最小系统,不需要对单片机的进行外部存储器的扩展。由于8051单片机的输入输出口数目的限制,所以系统扩展了并行通信口8255A作为A/D,D/A的接口芯片。系统还具有简单的键盘输入和显示作用,通过8279控制键盘和显示器。

  变频器:变频器选用西门子公司的Ec01-110k13kw 变频器。

  变送器:选用BYD-8系列压力变送器。

  键盘显示部分是用单片机控制8279键盘显示电路,由小键盘和6个8段数码LED组成。可以通过键盘对系统的PI的参考量进行预制,这样使系统增加了很的可移植行和方便了系统的调试。本系统还可以随时跟踪显示罗茨风机负压侧的压力,方便了操作人员对系统监控。

  4.3系统的软件设计

  系统软件是计算机控制系统的一个关键组成部分,软件的质量直接关系到整个控制系统的效率和性能。根据控制系统的目标需求,对控制软件的功能进行合理的划分,再采用模块化的设计原则,确定各个模块所要完成的功能,整个控制软件完成数据的输入,显示以及PI调整功能。整个单片机系统不但起到了控制作用而且充当简单的上下位机作用。

  PI控制器可以使原系统更加稳定准确,环节P用来使系统快速的动作,但遗憾的是有余差存在;积分控制可以消除余差,但是容易使系统的控制过程产生震荡,且时间延迟很长,被控变量波动幅度也很大。应用PI控制,可以很好的改善以上单独使用的不足,使系统控制变的准确。虽然PI控制还存在很多不足,但是在本系统中,由于对压力的控制要求不是十分的严格,所以应用PI控制就可以很好的完成控制要求。对于PI控制器的参数整定有多种方法,如:临界比例度法,衰减曲线法,PID归一参数法等方法。但是在工业中最长使用的是经验法。这种方法是工人师傅几十年操作经验的积累,逐步的反复的试凑,最后得到控制器的适合参数。在PI控制器的设计上,本系统采用了积分分离法防止积分的饱和。

  5.小结

  本文系统的介绍了整个系统的设计过程。首先讨论了各种罗茨鼓风机风量调节方法以及他们各自的特点,而突出了变频调速的优点。然后系统的说明了变频器的原理以及分类,根据各方面的比较选择该系统所用到的电压型变频器,根据所用的频器的基础上,确定变频器的相关参数。最后根据在工业现场采集到的数据进行数学上的仿真,完成控制器的软件设计。

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罗茨鼓风机控制设计:罗茨鼓风机的设计规划 –

  增压器增压末端与进气歧管之间的距离较之前的设计大幅缩短,这一显著提升归功于水冷中冷器的应用,热传递效率更高的铝制水冷中间冷却器将增压空气的高温,通过更短的距离,更迅速地降温。这一设计上的革新,使3.0TFSI的油门响应更加迅猛。quattro带运动模式的差速器锁当所有的崎岖和弯道都化于平坦,您将体验到平衡感带来的征服感。罗茨鼓风机消声器是一种管式消声器,它由许多个消音单元(消音管)组成,消音内管壁钻有许多小孔,里面填充有消音材料,减少气流激发壳壁震动而产生辐射音,在外壳上设有加强筋,同时本身带有支座,以便安装。

  X型系列风机消声器是一种阻性消音器.当声波在多孔的吸声材料中运动时,将引起材料细孔或间隙的空气分子振动,使一部分声能由于孔的摩擦和粘滞阻力的作用,声能转化为热能,从而使声波衰减。 FX型系列风机消声器适用于通风机的消声,就其安装位置不同可分为两种,FX/A型为两端带有法兰盘,适宜于消声器后面与管道相连,通常以防止城市的噪音污染为目的时,设在罗茨鼓风机后面。

罗茨鼓风机控制设计:罗茨鼓风机自动控制系统

  山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨风机、罗茨鼓风机等机械设备公司,位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇,近年来,锦工致力于新产品的研发,新产品双油箱罗茨鼓风机、水冷罗茨鼓风机、油驱罗茨鼓风机、低噪音罗茨鼓风机,赢得了市场好评和认可。此类产品已广泛应用于电力、污水处理、环保、化工、钢铁、建材、农药、制药等行业。产品和服务远销全国各地及东南亚,深受客户好评。

  高炉罗茨鼓风机在炼铁生产中是一重要的子系统,该系统控制的好坏直接影响到送风的质量,从而关系到高炉生铁的产量和能耗。

  一、系统介绍及主要设计参数

  武钢7#高炉罗茨鼓风机设计使用的是MAN TURBO公司的AV90-15机组。该机组由10KV ABB同步电机通过增速齿轮箱带动轴流罗茨鼓风机。该机组还有如下的辅助系统:润滑油和控制油单元,动力油单元,顶轴单元,盘车单元,进气过滤器单元等。

  二、自动控制系统构成

  TURBOLOG DSP BASIC/4为主控制器站,采集处理所有I/O信号。TURBOLOG PROTECT中的COMPACT/M3为冗余喘振监测(逆流保护)系统,并带有VOTER CARD REL2002(紧急停机保护选择系统)和喘振计数器,使用TURWIN可进行编程和强制调试。TURBOLOG DSP PROVISET为支持人机界面的计算机系统,提供实时监控、趋势记录、通讯功能。风机监控系统使用BENTLY NEVADA 3600 。建有一个操作站和一个工程师站。

  三、系统控制功能及原理

  整个机组的控制系统有以下几大部分:连续控制、逻辑控制及操作监视管理等。连续控制功能有送风流量/压力调节系统、风机防喘振调节系统。逻辑控制系统有机组启动步骤联锁系统、逆流保护系统、重故障紧急停机联锁系统、供辅设施控制系统、送风与拨风控制系统等。

  (一)重故障紧急停机联锁控制

  为保障机组的安全运行,设有相应的停机联锁保护,如果满足其中一个条件,就要进行联锁保护停机。这些条件为:(1)按下急停按钮,(2)风机轴位移过大(+/-0.6MM),(3)持续逆流,(4)润滑油压力过低(低于0.8bar),(5)主电机跳闸。

  (二)防喘振控制

  1.控制原理

  轴流风机运行在不同的风压时,都有严格的吸入风量限制范围,低于该限则发生喘振。喘振时出风压力和流量急速地升降,会听到喘气般的声音,风机的空气温度会急速上升,所以应绝对避免风机在喘振区工作。通过控制防喘阀,防喘振控制系统使风机的操作点始终保持在稳定范围内,不受过程流量和压力的约束。防喘控制是独立的,但它的功能在某些过程会受到限制。如在机组启动和停止时防喘阀是处在故障安全位全开位的。

  风机的特性曲线,即风机进风压力与排风压力比POUT/PIN与进风体积流量QIN的关系曲线。1-6号曲线对应与不同的静叶角度,每条曲线都有一个最高点,而连接最高点的虚线即是风机的喘振线。喘振线的是通过对风机做喘振试验,实测出风机4种进入喘振状态下的进风压力PIN、排风压力POUT、进风温度TIN、喉部压差△PIN等参数,根据它们的函数关系得到的。为防止风机进入喘振工况区,确保风机安全运行,将防喘线平行下移3%、6.4%、9.72%得到三条同样形状的曲线作为防喘振调节系统的安全运行线、喘振预报线、防喘线。

  其安全运行线的方程近似为:

  POUT/PIN=a+bQ2IN/TIN

  QIN进风流量,a b风机系数

  QIN2=K2△PIN/? ?PINM/zRTIN

  K比例系数,M气体分子量,z气体压缩因子,R气体常数

  △PIN=r(POUT-aPIN)/bK2,r=M/zR为常数

  只有当△PIN=r(POUT-aPIN)/bK2时,风机才不会喘振。

  2.控制方法

  系统的工作原理是:风机喉部压差△PIN、进风压力PIN、排风压力POUT、进风温度TIN的PV值,经测量变送后送入折线函数单元FX,作为防喘调节系统的输入,系统按防喘线的函数关系计算后得出给定值SP,与排气压力POUT的PV值比较,当PV值达到报警值时,系统发出报警信号;当PV值达到或超过放空值时,防喘振调节系统起调节作用,经PID计算后得到相应的值,控制放风阀的开度,使放风阀打开,工况点重新回到放空线以下运行;若放空

  阀开启仍不能使工况点回到放空线以下,工况继续恶化,当PV值达到紧急放风值时,计算机输出信号使电动放风阀快速开启,实行紧急放风.系统流程如图3-3。

  由于放风量变化范围大,而且要求动作快,设置了主、副放风阀。副放风阀采用快速反应的小型阀,以求防风的平稳,只有在紧急状态时才启动主放风阀。这应实行分程控制,分程的取值范围,视工艺要求而定。

  3.逆流保护

  逆流是罗茨风机喘振的前兆,逆流保护可作为防喘控制的一项附属保护措施。当喘振发生且超过了防喘调节器的范围,逆流保护控制逻辑将调节罗茨鼓风机防止喘振状态的进一步升级。在机组启动完毕,并且静叶已经打开到一定角度,机组已处于正常工作状态时,风机喉部压差如果小于1.5kPa,逻辑系统立即产生喘振报警,若再持续3s时间后信号仍未消失,系统在逆流报警的同时,进行逆流保护,机组自动进入安全运行状态,安全运行结果是:(1)放风阀快速全开,(2)静叶退回最小角,使风量减少,风压降低,(3)逆止阀强行关闭.若再持续6s时间内逆流信号仍未消失,则逻辑系统在?持续逆流?紧急报警的同时,联锁紧急停机。

  (三)送风流量/压力控制

  风机的送风流量和压力由过程负荷决定。正常情况下,过程量的大小是通过改变由伺服阀控制的静叶角度来调节的。通过选择目标风量,系统可不依据过程负荷自动调节静叶角度,以达到目标风量。正常生产时,高炉要求定风量控制,以保证炉内平衡。当热风炉换炉或高炉人工坐料时,需要比平时更多的风量。为了补偿增加的流量(由于管路负荷的下降),流量控制自动切换到定风压控制,系统增加静叶角度来补偿压力损失。过程完毕,系统自动返回到流量控制,静叶角度也降低到先前的初始流量设定点。

  风量调节的工作原理是:进风管温度、压力和进风压差经补正计算后得出实际风量值PV与目标风量值SP进行比较,经PID计算后得到相应的值,输出给伺服阀,控制静叶角度的改变。风压调节与流量调节的工作原理相同,直接采集风压值PV与目标风压值SP进行偏差计算,经PID运算进行调节。为了保证两控制方式之间的无扰动切换,在系统中设置输出跟踪功能,使处于非工作状态的控制器输出跟踪工作状态的输出,即在进行风量控制时,风压的输出值跟踪定风量的值,反之亦然。

  该计算机控制系统保证了机组的稳定高效运转,同时保证了紧急情况下高炉的生产。

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罗茨鼓风机控制设计:高炉罗茨鼓风机控制系统的设计与应用

  原标题:高炉罗茨鼓风机控制系统的设计与应用

  山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨鼓风机、罗茨真空泵、回转风机等机械设备公司,位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇,近年来,锦工致力于新产品的研发,新产品双油箱罗茨风机、水冷罗茨风机、油驱罗茨风机、低噪音罗茨风机,赢得了市场好评和认可。

  高炉罗茨鼓风机控制要求

  高炉罗茨鼓风机的主要性能参数有送风量、排气(出口)压力、转速、静叶角度、效率等。描绘这些参数之间关系的曲线称为特性曲线。从喘振边界到阻塞线的范围称为稳定工况区,高炉罗茨鼓风机必须在稳定工况区内工作。高炉罗茨鼓风机控制和保护系统的主要作用是保证高炉正常生产所需的风量或者供风的压力,并确保高炉罗茨鼓风机长期、安全的运行,其具体内容和要求随高炉罗茨鼓风机及驱动装置的形式而异。 大、中型高炉的高炉罗茨鼓风机一般应设置有以下几种控制:保持给定风量不变的定风量控制,保持供风压力不变的定风压控制,防止高炉罗茨鼓风机发生喘振、逆流、转子轴温超限、转子轴位移超限、转子轴振动超限等保护功能,为维持系统正常工作的辅助设备控制功能等。

  控制系统结构设计

  由于全静叶可调式轴流压缩机属于大型高速旋转设备,用于高炉送风时被称做“高炉心脏”设备,它的运行状态将直接影响高炉的生产。因此,高炉压缩机控制站硬件选用西门子S7-400系列高端PLC,该系列PLC具有高可靠性、强大的运算能力、完善的自诊断功能、强大的联网能力,具有CPU冗余能力等功能。工程师站(ES)和操作员站(OS)选用西门子工业PC机并在WindowsXP下安装西门子WinCC人机界面平台软件、西门子工业以太网卡CP1613;监控站完成画面调用、参数修改设定、趋势记录、报警,报表生成与打印等功能。交换机选用西门子工业以太网交换机OSM-ITP62。

  重要功能的实现

  定风量/定风压调节系统

  全静叶可调式轴流压缩机的叶片组由多级旋转叶片和若干级静止叶片组成。静叶可调是指静叶角度可以通过控制系统来调整。轴流压缩机对风量或风压的调节是通过调整压缩机静叶角度来实现的。静叶角度调节回路是由内环控制和外环控制形成的串级回路组成,如图2所示。

  在压缩机从启动、增速、加载到运行过程中,随着压缩机工状态的变化,控制回路在定风量、定压力、手动、自动状态间进行切换,这些状态的切换在任何条件下必须是没有扰动的,通过软件内部的无扰动切换功能,使操作人员感到轻松随意,消除误操作的顾虑。

  防喘振控制

  由于喘振的根源是由于排气压力过高引起的,机组发生喘振时对应的排气压力称为喘振压力。防喘振调节的关键是防喘振控制曲线的设定,它不但会影响罗茨鼓风机的安全程序,而且也会影响罗茨鼓风机的运行范围和能量放空,是防喘振控制系统中的控制调节核心。防喘振控制曲线由空气压缩比、吸风温度、静叶位置、转子转速和罗茨风机出口风量组成。

  在罗茨风机准备投入运行时,由制造厂对罗茨风机做罗茨风机特性试验和喘振试验。根据实测出的罗茨鼓风机喉部差压(DP)与排气压力P的函数关系即可得出罗茨风机的特性曲线和喘振曲线。

  全静叶可调式轴流压缩机的喘振点都采取现场实测获得,即在不同的静叶角度下,测量对应的喘振压力,一般至少测量5至7点。将测量的点用折线连接即可绘出横坐标为喉部差压,纵坐标为排气压力参数的曲线,称为该机组的喘振线。将喘振线纵坐标参数下移5%-10%得到该机组的防喘振线。防喘振线如图3所示,图中防喘振线②是将喘振线纵坐标参数下移5%得到的。

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