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一、概述：
目前在我国各行各业的各类机械与电气设备中与风机水泵配套的电机约占全国电机装机量的60%，耗用电能约占全国发电总量的三分之一。特别值得一提的是，大多数风机、水泵在使用过程中都存在大马拉小车的现象，加之因生产、工艺等方面的变化，需要经常调节气体和液体的liuliang、压力、温度等；目前，许多单位仍然采用落后的调节档风板或阀门开启度的方式来调节气体或液体的liuliang、压力、温度等。这实际上是通过人为增加阻力的方式，并以浪费电能和金钱为代价来满足工艺和工况对气体、液体liuliang调节的要求。这种落后的调节方式，不仅浪费了宝贵的能源，而且调节精度差，很难满足现代化工业生产及服务等方面的要求，负面效应十分严重。
变频调速器的出现为交流调速方式带来了一场革命。随着近十几年变频技术的不断完善、发展。变频调速性能日趋完美，已被广泛应用于不同领域的交流调速。为企业带来了可观的经济效益，推动了工业生产的自动化进程。
变频调速用于交流异步电机调速，其性能远远超过以往任何交、直流调速方式。而且结构简单，调速范围宽、调速精度高、安装调试使用方便、保护功能完善、运行稳定可靠、节能效果显著，已经成为交流电机调速的新潮流。
二、变频节能原理：
1.风机运行曲线
采用变频器对风机进行控制，属于减少空气动力的节电方法，它和一般常用的调节风门控制风量的方法比较，具有明显的节电效果。由图可以说明其节电原理：
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图中，曲线（1）为风机在恒定转速n1下的风压一风量（H―Q）特性，曲线（2）为管网风阻特性（风门全开）。曲线（4）为变频运行特性（风门全开）
假设风机工作在A点效率高，此时风压为H2，风量为Q1，轴功率N1与Q1、H2的乘积成正比，在图中可用面积AH2OQ1表示。如果生产工艺要求，风量需要从Q1减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3），系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。从图中看出，风压反而增加，轴功率与面积BH1OQ2成正比。显然，轴功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式，风机转速由n1降到n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2风量（Q―H）特性，如曲线（4）所示。可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3随着显著减少，用面积CH3OQ2表示。节省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面积BH1H3C表示。显然，节能的经济效果是十分明显的。
2.风机在不同频率下的节能率
风机是传送气体的机械设备，水泵是传送液体的机械设备，二者都是将电动机的轴功率转变为流体的机械能的一种机械，二者的工作原理基本相同。
从流体力学原理得知，风机风量及水泵水liuliang与电机转速功率相关：风机水泵的风量（liuliang）与风机水泵（电机）的转速成正比，风机的风压、水泵的扬程与风机水泵（电机）的转速的平方成正比，风机水泵的轴功率等于风量与风压、liuliang与扬程的乘积，故风机水泵的轴功率与风机水泵（电机）的转速的二次方成正比（即风机水泵的轴功率与供电频率的二次方成正比）：
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根据上述原理可知改变风机水泵的转速就可改变风机水泵的功率。
例如：将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50
将供电频率由50Hz降为40Hz，则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50
三、锅炉风机的变频节能改造：
锅炉的变频节能改造通常是指对锅炉风机、水泵等附机的变频节能改造。
锅炉风机、水泵在设计时是按大工况来考虑的，在实际使用中有很多时间风机都需要根据实际工况进行调节，传统的做法是用开关风门、阀门的方式进行调节，这种调节方式增大了供风、供水系统的节流损失，在启动时还会有启动冲击电流，且对系统本身的调节也是阶段性的，调节速度缓慢，减少损失的能力很有限，也使整个系统工作在波动状态；而通过在锅炉风机、水泵上加装变频调速器（装置）则可一劳永逸的解决好这些问题，可使系统工作状态平缓稳定，并可通过变频节能收回投资。锅炉的变频改造方案一例如下：
目前锅炉风机的装机概况：2×75KW，1×55KW。
所有风机水泵均采用一对一（即一台变频器配一台电机）的配置方式，保留原工频系统且与变频系统互为备用，一般情况下的调节方式均为开环调节。
四、投资与节能：
变频节能系统（装置）在各类调速系统中使用时其节能效果对于单台设备可做到20-55%，在风机水泵这类设备的一般应用的节能效果平均也可做到20-50%，在未受到其它因素的影响的情况下一般可取平均值，这些节能效果平均值是由实际应用中得到，性数据可由市场上公开出售的资料（书）查到；通过这些数据再进行一些简单的投资回收率的计算可知：变频节能系统（装置）的投资回收期一般为6-15个月（这是经验值也是数据）。
五、成功的应用案例
日业变频器的成功应用案例如下：
企业名称总装机容量耗电KWH/日节电锅炉吨位投资回收期
KW安装前安装后KWH%
长春热力铁西热电公司62795945949364537.99%2×40+2×1013
长春高新供热公司443338.41%2×2012
大庆让湖开发小区710108636955390835.97%2×20+1×1014
松源供热中心站105251.4%1×156
吉林东风县供热公司50276805562211827.57%1×30+2×2015
黑龙江成福食品集团4×450
34560209201364039.47%7511
黑龙江成福食品集团4×2570841.01%759
黑龙江省热电厂20040562594146236.06%4010
六、日业变频器的主要特点：
采用日本日立32位电机专用CPU，高精度频率输出，分辨率高达HZ。
具有自动转矩补偿、自动滑差补偿、死区补偿的功能。
具有自动电压调整、停电再起动的功能。
具有过流、过压、欠压、过载、过热、缺相保护。
内置RS485接口，可计算机联网控制。
内置简易PLC，多路模拟和数字量输入输出，自动控制的。
内置PID功能,使闭环控制更简便。
载波频率在线可调,载波频率高达8KHZ，静音运行。
低速额定转矩输出,5KHZ起动可输出的额定转矩,运行稳定。
八、深圳市日业电气有限公司情况
深圳市日业电气有限公司是一家由风险资本参股经营的高科技企业，从事变频器的开发、生产和销售。拥有的技术水准和丰富的开发设计经验。公司开发、生产、管理、销售人员均有5年以上的从业经历，公司集多方面人才，经过近十年持续不断的努力，开发生产变频器，产品品质达到国家先进水准
一系统概述
纸浆绝干量是影响造纸质量的重要指标，绝干量控制系统以浓度调节为主线，浆料在调浆箱前经过浓度传感器检测到浆料浓度，由中央控制器实现浓度控制，保证进入调浆箱的浆料浓度稳定、准确。送浆liuliang的控制采用电磁liuliang计检测纸浆liuliang，根据系统设定的绝干量和从浓度传感器检测到的纸浆浓度，通过控制liuliang电动球阀，保证输浆管中单位时间流过的绝干浆量和系统设定值基本一致，达到连续稳定控制单位时间绝干浆料上网量的目的。
某纸厂涂布白板纸生产线目前有四套纸浆绝干量控制系统，包括浓度变送器、电动调节球阀、电磁liuliang计、电动球阀和DPS纸浆绝干量测控仪等。系统存在以下几点缺陷，造成纸浆质量不稳定，严重影响纸机连续稳定生产。
1．DPS纸浆绝干量测控仪对环境的适应性比较差，环境温度、湿度、震动等经常导致测控仪的控制效果变差。
2．该测控仪属于专用系统，系统的可开发性和可维护性比较差，当控制系统出现故障时很难判断故障原因。
3．测控仪监控功能相对封闭，功能不能满足用户稳定连续生产对纸浆绝干量实时监控的需要。
4．该测控仪自成一体，无法实现和其它控制系统的联网和通讯，不能满足用户希望将流送和切纸相联系，构成闭环控制的要求。
因此，改造原有控制系统，克服系统中的问题，满足生产对稳定性、可靠性和通用性的需要，已成为当务之急。
二 系统要求
1．选用的控制系统采用通用设计方案，具有通用性、可靠性、可维护性强等特点。
2．控制软件具有良好的灵活性，对控制方式的调整和修改方便。
3．系统应具有良好的扩展性，系统规模的扩展简单、方便，对原有控制软件的修改小。
4．系统具有良好的网络功能，可以和纸机控制系统联网，实现流送和切纸同步。
三 系统配置与功能实现
1．本控制系统采用SIEMENS CPU315-2DP配亿维公司UniMAT品牌I/O模块组成，实现浓度信号、liuliang信号和现场控制状态等，经过数字滤波、信号转换等信号处理后，对纸浆浓度和liuliang进行闭环控制，达到绝干量控制的目的。
2．绝干量集中监控采用SIEMENS操作面板OP270，完成两方面的工作，一是以系统流程图、表格、趋势等形式显示流送系统当前参数，二是对绝干量控制系统的参数设置，包括浓度设置、绝干量设置等。
3．绝干量控制系统以PROFIBUS DP方式与纸机控制系统相连接，一方面将绝干量控制系统的实时参数传送给纸机控制系统，在WinCC上显示和存储，另一方面，纸机控制系统将纸机的调节信号发送给绝干量控制器，绝干量控制器自动适应工艺调整，实现纸机控制和流送控制的同步，实现整个造纸过程的动态实现。由此可以对整个控制过程进行配方管理，对不同品种和车速的纸进行快速系统同步，减少工艺调整时间，提供生产效率。
4．绝干量控制系统可以实现很多以前系统无法实现的实用功能，包括浓度调节周期设置、手自动施工切换、纸浆浓度多点标定、传感器故障保护、浓度检测的滤波处理等。
5．通过本控制系统，可以将流浆泵的控制和绝干量控制集成起来，并直接控制流浆泵变频器。
四 使用效果分析
水分定量控制系统投运至今，工作稳定、可靠，调节精度优于原来的DPS绝干量测控仪，而且实现了和纸机控制系统的连动，对连续稳定生产具有积极意义，是一款具有竞争力且高性价比的成本控制解决方
一、系统总体设计思想
根据高炉工艺，采用合理的方式，以低成本高性能的总体思想进行设计。自动化系统采用三电一体化开放式结构，为今后系统的扩展创造条件，留有区域级计算机及全厂管理计算机的接口能力。
根据高炉系统分散的特点，采用主从网络结构：分站通过网线再连接至主站系统，减少电缆用量、方便维护，使成本大大降低。如SM331就可作为单个从站，可在高炉设备就近配电室安装。布袋反吹采用矩阵的方式进行设计，结构简单，采用的模块点数成倍减少。
系统采用亿维PLC作为基础控制站，完成对现场工艺设备的控制及监测；上位操作采用亿维工控机作为操作站，进行人机对话，对现场设备运行情况及各种仪表参数进行实时监视。系统在正常生产情况下以全自动为主，各上位机互为备用，在设计上充分考虑上位机自动、手动和机旁箱手动，以保证在各种情况下生产的正常运行。
自动化装置的选用原则上采用目前检测水平的新技术、新设备，同时考虑控制系统的构成简单、实用、性能可靠，充分满足工艺要求。确保产品质量并保证系统整体满足工艺要求和性能的情况下减少投资。
二、系统配置
本系统完全为高炉操作提供服务，使被控设备能在主控楼的计算机上方便的进行集中操作，并对这些设备的运行情况做如实的记录
1、自动监控系统:
1.1 采用的网络结构
上位机采用工业以太网，充分满足上位机之间数据传输量大的要求；PLC与远程站之间采用PROFIBUS-DP现场总线，以满足现场数据传输的实时性和可靠性；网络框图如图一所示：
图一
主要有六台工控机作为操作站，分别为矿槽、炉顶、热风、布袋、本体仪表、工长操炉组成，可互为备用。
PLC有四套主PLC系统组成，上料PLC主站、本体PLC主站、热风PLC主站、布袋PLC主站，下设各自的扩展模块完成系统的控制和数据采集。经PROFIBUS-DP网络与操作站之间完 成数据交换。
1.2软硬件设备组成
☆ PLC选用亿维200+300组成的高性能低成本模块结构。
☆ 计算机操作台：不锈钢面操作台
☆ 编程软件选用STEP7 V5.4,组态软件选用我WINCC 6.0 SP3
三、热风炉控制系统
本高炉配有三座热风炉，主要负责燃烧、蓄热、给冷风加热，并将热风送进高炉。由于一座热风炉是间断的热交换，而高炉需要连续的热风，所以三座热风炉按周期性工作，包括燃烧、闷炉、送风三个过程。
热风炉顺控系统设有以下几种操作方式：全自动、半自动方式、CRT手动方式、机旁箱操作
热风炉工作状态介绍
一个热风炉可在“送风”向“闷炉”至“燃烧”状态，也可从“燃烧”向“闷炉”至 “ 送风”转换。
“送风”指的是热风炉被充压，且冷风阀和热风阀两者均被打开，所有其它的阀门均关闭（不包括混风切断阀和换热器各阀门）。
“燃烧”指的是热风炉被减压，冷风阀、热风阀和冷风充风阀关闭，废气均压阀打开，助燃空气和煤气引入热风炉。
“闷炉”指的是热风炉所有阀门均关闭，但压力控制仍在工作，预备着一个热风炉随时变为充压或均压状态。
热风炉工作制度：
正常情况下热风炉采用并联送风，或二烧一送工作制，非正常操作为一烧一送工作制。
每座热风炉可以在“焖炉”、“送风”、“燃烧”三种状态之间自动转换，各阀开关受PLC程序控制，发出换炉指令后，热风炉设备按工艺要求顺序进行有关联锁动作。
四、高炉煤气干式净化控制系统
高炉煤气除尘设施是高炉的配套设施，其目的是净化高炉煤气，tigao煤气质量。高炉煤气经重力除尘器除尘后，进入布袋主箱体下部，煤气穿过布袋时其所携带的灰尘被布袋截留，进行过滤净化后的煤气经高压阀组输送给热风炉或煤气管网供用户使用。布袋除尘过滤后的尘灰由脉冲阀冲扫，落至储灰仓；打开卸灰阀，由刮板机输出，用斗提机送入高位灰仓。
1、本套设施共设计了三种反吹方式，时间反吹（设定时间到）、压力反吹（压差高于设定值）、手动反吹。
2、除尘系统包括反吹和卸灰两个控制流程，均能单独实现手动、半自动和自动三种控制方式：
2.1 手动操作方式：从画面选择手动操作，用鼠标操作相应按钮来开（启动）、关（停止）所有设备。手动反吹时，必须按下反吹请求钮，与反吹相关的设备才能操作。手动反吹时只能将一个箱体选择有效，反吹此箱体，此箱体反吹完成，自动变为无效，将另一箱体选择有效，反吹这一箱体，以此类推直至反吹完成。
2.2半自动操作方式：从画面选择半自动操作，并且只能将一个箱体选择有效，在按下反吹请求钮，开始自动反吹这一箱体。这一箱体反吹完成后，将另一箱体打到有效，开始自动反吹此箱体，以此类推直至反吹完成。
2.3自动控制方式：差压反吹、定时反吹。差压反吹即当箱体差压高于设定差压值（3KPA）时开始自动反吹；定时反吹即当计时时间达到设定的反吹时间后开始自动反吹。
2.4 卸灰操作：定时卸灰、手动卸灰。对卸灰时间进行设定，到设定时间后自动启动卸灰斗提机、挂板机、按工艺要求依次打开被选择卸灰箱体上的设备（上卸灰阀、下卸灰阀、叶轮给料机、灰斗清堵装置脉冲阀），一般设定6次/24时，自动完成卸灰操作。
2.5 手动卸灰：通过人工手动操作现场操作箱上的按钮来实现卸灰。
3、布袋除反吹系统工艺流程
3.1 当荒净煤气总管压差达到6～8Kpa（可设定）进行反吹。同时有定时反吹选择，通过设定的同期来对布袋进行反吹。
3.2 箱体单体反吹时间为10-20秒（可调），反吹顺序为N1、N2、N3......N10，气包上的喷吹管同样为顺序动作n1、n2、n3.....n14待10个箱体全部反吹完毕，反吹过程结束。
3.3 箱体反吹采取离线反吹。当净荒煤气总压差达到设定值6Kpa时，首先关闭正在工作箱体的进、出口蝶阀，然后进行反吹。反吹后立即打开进出品蝶阀，再进行下一箱体的反吹，依次类推。
3.4 每个布袋每次反吹抖动次数为2次（可调）
3.5 输灰系统
①开启N1箱体上部电动球阀，开N1箱体仓壁振动器，延时30秒（可调），关闭N1箱体仓壁振动器，关闭N1箱体上部电动球阀。N1箱体上部卸灰完成。开启N2箱体上部卸灰作业。依次完成N3箱体、N4箱体、N5箱体……N10箱体上部卸灰作业。
②中间仓下部设备动作顺序：
当N1箱体上部卸灰作业完成后，开始中间仓卸灰作业：首先开启公共设备,即：斜管振动器→斗提机→刮板输送机。完成后开启：N1箱体电动给料机→N1箱体下部电动球阀→N1箱体中间仓的仓壁振动器。延时30秒后，关闭中间仓下部设备。
顺序为：关中间仓的仓壁振动器→N1箱体下部电动球阀→电动给料机。
完成N1箱体下部卸灰后，开始N2箱体下部卸灰，动作同N1箱体。之后依次为N3箱体、N4箱体、N5箱体……N10箱体。
当N10箱体下部卸灰完成后，关闭公共设备，其顺序为：
刮板输送机→斗提机→斜管振动器。
③高位灰仓下部设备动作顺序：
开启：加湿卸灰机→电动球阀→仓壁振动器
关闭：仓壁振动器→电动球阀→加湿卸灰机
此部分均为机旁操作,其它设备均为PLC控制。
五、高炉本体仪控系统
高炉自上而下由炉喉、炉身、炉腹、炉缸、炉基五大部分及相关的水系统组成。所有仪表点接入数据采集器，通过通讯传至上位机。
高炉过程检测和控制的主要任务为：采集温度、压力、liuliang等各种数据，对减压阀组进行调节控制，能监视炉内反应，对炉体及设备进行保护。
1.炉顶打水控制
煤气上升管温度过高时报警，开炉顶打水阀：温度恢复正常时，关打水阀。
2.炉顶煤气压力控制
高炉炉顶煤气压力控制系统调节布袋除尘器后的减压阀组开度来维持炉顶煤气压力的稳定。
3.风口检漏及排水温度的测量
为保护炉体安全，风口破损检漏是极为重要的检测项目。测量风口冷却水进、出口liuliang差，测量风口排水温度，能检测风口是否完好。
六、画面介绍
画面系统是操作人员与控制系统的人机界面，操作人员通过画面对设备进行操作、监视设备的运行情况，及时做出相应调整，画面系统可以设定数据，改变运行方式，向操作人员显示设备的正常状态及报警信息等。
CRT画面显示主要内容如下：
（1）系统画面：上料、炉顶、热风、布袋
（2）控制设定画面：配料、其它参数设定
（3）故障监视画面：实时显示故障信号提示操作人员进行相应措施
（4）报警记录：记录各设备及仪表的故障报警
（5）报表记录：对生产参数进行实时记录
以下就主要画面进行介绍
1、上料画面：
包括整个卷杨及炉顶设备，其中主要有上料小车、左右探尺、柱塞阀、上密、下密、旋转布料装置、均压阀、放散阀等。生产中可实现手动、自动随时转换，各种运行、故障有不同的颜色来显示，特点1、小车拐点、卸料位等各减速点停车位可根据生产调节2、旋转布料角度及速度可通过画面直接设定，满足生产工艺中的各种布料方式3、在检修或新员工培训情况下还可以通过画面各种数据的设定来进行模拟生产。
图二
2、矿槽画面
主要包括皮带、料斗、振筛运行、停止、故障指示及操作。可以在此画面提前设定各种料质重量，根据炉长下的各种料批要求通过调整周期表来完成自动上料。也可通过机旁转换开关使个别控制转到现场操作，画面中有手动(绿色)、自动(紫色)指示。另外还有周期表子画面。
图三
3、热风炉画面
此画面中可实现助燃风机、调压阀组、助燃调节阀、混风阀、冷风阀、热风阀、放散阀、冷风均压阀、煤气调节阀、空气调节阀、空气切断阀、煤气切断阀各种工艺阀门的操作并显示仪表参数。能自动完成热风炉的各阶段转换达到自动送风、焖炉 、烧炉。各种阀门在画面中可实现点动操作，调节阀各通过输入预定数值或点击滚动条自动调节。
图四
4、布袋除尘画面
包括脉冲阀、上下卸灰阀、放散阀、上炮、下炮、输灰机、斗提机、进出口蝶阀和进出口盲板阀，并显示设备运行状态、各仪表参数等。用鼠标点击各阀们可自动弹出控制菜单，脉冲阀为动态显示，可随时发现因频繁动作而损坏的电磁阀。脉冲时间及箱体选择可根据要求设定。
在自动情况下自动完成吹扫，根据设定从1＃开始依次至8号箱体。如果某个箱体出现问题会自动跳过该箱体向下执行。
图五
七、结束语
高炉自动化控制系统的各个动作和状态都由PLC控制，不仅能满足各设备的集中控制方式、机旁控制方式 、两地并用控制方式所需的大量按扭、开关、位置检测点的要求；而且还能根据不同的工艺要求，选用合理的配置方法：网络的主从结构、布袋反吹的矩阵结构等；更可通过接口元器件与计算机组成PLC工业局域网，实现网络通信与网络控制。使高炉电气自动化仪表控制系统能方便地嵌入到钢铁工业生产流水线中。
