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基于ABB通用变频器三菱PLC的风机变频节能改造

1引言
目前,在我国大多数风机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，需要经常调节气体的流量、压力、温度等。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的流量、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流量调节的要求。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。
　　变频调速出现为风机改造带来了一场革命。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最新潮流。
锅炉风机在设计时是按最大工况来考虑的，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；而通过在锅炉风机上加装变频调速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。　
采用变频器控制电机的转速，取消挡板调节，降低了设备的故障率，节电效果显著。实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿命，避免了对电网的冲击。电机将在低于额定转速的状态下运行，减少了噪音对环境的影响。具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能。运转状态灵活多样，可手动控制也可完全实现自动控制，且可与锅炉其他自控装置进行电气连锁，实现锅炉的自动保护及计算机控制，不会因事故影响生产。安装时可不破坏原有的配电设施及环境，不影响生产。只需调节电位器旋钮即可调整风量，操作方便。

2风机变频调速的节能原理
2.1风机水泵控制设备现状
在工业用风机中，如锅炉鼓、引风机等，大部分是额定功率运行，风机流量的设计均以最大风量需求来设计，其调整方式采用档板，风门、回流、起停电机等方式控制，无法形成闭环控制，也很少考虑省电。电气控制采用直接或 Y-△启动，不能改变风机的转速，无法具有软启动的功能，机械冲击大，传动系统寿命短，震动及噪声大，功率因数较低等是其主要的难点。
三相异步感应电动机的参数关系如公式(2.1)所示

(2.1)

----电动机转速，r/min；
----转差率；
----电机极对数；
----电源频率，Hz。
对于选定的电动机而言，转差率和电动机极对数均为常数，电动机的转速取决于电源频率，变频器就是通过改变电源频率的方式来改变电动机的转速，达到改变风量的目的。由于转速与频率之间是线性关系，其转速的全程调节性能均较好，调节较为平滑。变频器是一种比较理想的改变电源的装置。
2.2风机水泵的节能原理
用调速代替挡风板或节流阀控制风流量，是一个节电的有效途径。如图2.1给出了风机调节和变频调速两种控制方式下风路的压力-风量（H-Q）关系。

图2.1 压力-风量关系
其中：曲线是风机在某一较低速度下的H-Q曲线； 曲线风机在而定的转速下的H-Q曲线；曲线1是风门开度最大的风路H-Q曲线曲线2是风机在某一较小开度下的风路H-Q曲线。
可以看出，当实际工况风量由下降到时，如果在风机以额定转速的运转的条件下调节风门开度，则工况点沿曲线由A移到B；如果风门开度最大的条件下用变频调节风机转速，则工况点沿曲线1由A移到C点。
显然，B点与C点的风量相同，但C点的压力要比B点风机的压力小得多，也就是说，风机在变频调速运行方式下，节能效果明显。
2.3流体力学的观点
风机流量与转速的一次方成正比，压力与转速的二次方成正比，而轴功率与转速的三次方成正比。因而，理想情况下有如表2.1所示
表2.1风机流量、转速、压力、功率理想情况下关系
流量(%)
转速(%)
压力(%)
功率(%)
100
100
100
100
90
90
87
72.9
80
80
64
51.2
70
70
49
34.3
60
60
36
21.6
50
50
25
12.5

由上表可见：当需求流量下降时，调节转速可以节约大量能源。如，当流量需求减少一半时，如通过变频调速，则理论上讲，仅需额定功率的 12.5% ，即可节约 87.5 %的能源。如采用传统的挡板方式调节风量，虽然也可相应降低能源消耗，但节约效果与变频相比，则有天壤之别。
目前绝大多数锅炉燃烧控制系统中的风量调节都是通过调节风门挡板实现的，这种风量调节方式不但使风机的效率降低，也使很多能量白白消耗在挡板上。为节约电能，提高锅炉燃烧控制水平，增加经济效益，采用风机变频调速系统取代低效高能耗的风门挡板，已成为各锅炉使用单位节能改造的重点。

3锅炉系统控制方案的确定
3.1锅炉组成
锅炉是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的密闭压力容器，是锅和炉的组合体。锅是溶水产汽（或热水）的部分，也是汽、水系统。炉是燃料燃烧的放热部分，也就是煤、风、烟、灰系统。锅炉就是汽、水系统和煤、风、烟、灰系统的统一体锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。
3.1.1汽、水系统
汽、水系统由省煤器、汽包、对流管束、水冷壁、过热器等组成，如图3.1所示。

图3.1 汽、水系统
省煤器：锅炉省煤器是锅炉尾部烟道中将锅炉给水加热成汽包压力下的饱和水的受热面，由于它吸收的是比较低温的烟气，降低了烟气的排烟温度，节省了能源，提高了效率。
汽包：汽包也称锅筒。是自然循环锅炉中最重要的受压元件。汽包内分成汽空间和水空间，用来进行蒸汽净化，对下降管进行可靠供水，保证锅炉正常水循环。汽包的作用主要是工质加热、蒸发、过热三过程的连接枢纽，保证锅炉正常的水循环。
对流管束：对流管束是指水管锅炉内上下两端分别与上下锅筒联接的一束钢管，是小型水管锅炉的重要蒸发受热面。
水冷壁：水冷壁是锅炉的主要受热部分，它由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。它的内部为流动的水或蒸汽。水冷壁的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量,在管内产生蒸汽或热水，并降低炉墙温度,保护炉墙。
过热器：锅炉中将饱和温度或高于饱和温度的蒸汽加热到规定过热温度的受热面，又称蒸汽过热器。
3.1.2煤、风、烟、灰系统
煤、风、烟、灰系统由给煤斗、炉排、空气预热器、风室、烟道、烟囱、灰斗车等组成，如图3.2所示。
煤斗：煤斗内装有一分离筛，分离筛下安装偏心滚轮，分离筛及偏心滚轮由传动机构带动来回晃动，分离筛下方有分行齿闸门，分行齿闸门由滚轮带动，对分离筛筛下的煤进行分行后进入燃烧器。
炉排：锅炉中堆置固体燃料并使之有效燃烧的部件。整个炉排主要包括框架和炉排片两个部分。
空气预热器：空气预热器简称为空预器，多用于燃煤电站锅炉。是锅炉尾部烟道中的烟气通过内部的散热片将进入锅炉前的空气预热到一定温度的受热面。
风室：锅炉风室要求密闭性能好，调节灵活，布风合理，降低了空气过量系数，提高了锅炉的热效率
烟道：烟道是用于引导烟气或布置受热面的烟气通道。
烟囱：将烟气导向高空的管状建筑物。烟囱作用是拔火拔烟，排走烟气，改善燃烧条件。
煤

煤场
破碎
输送机
煤斗
空气预热器
送风机
风
热风管
风室
除灰斗
受热面
除灰设备
灰场
除尘器
引风机
烟囱
灰渣
烟
锅炉燃烧室

图3.2 煤、风、烟、灰系统图

3.1.3附属系统
根据工作的需要，还要建立相应的服输系统，包括上煤系统、通风系统、除灰系统、给水系统、供气系统、仪表自动化系统等。
上煤系统：由储煤场将煤混合好，有运送机械送至煤仓，进入煤斗，然后随炉排送入炉内燃烧。
通风系统：由鼓风机将空气送入预热器，是进入炉膛的风温提高，很快与燃料在高温状态下进行剧烈的氧化燃料反映，长生很多的热燃气，将热传给汽、水系统、燃气温度下降以后形成烟气顺着尾部通过省煤器和空气预热器由引风机吸到烟道入烟囱排至大气。
除灰系统：由冷灰斗、除灰机等组成。由炉排末端漏下的灰通过冷灰斗落入除灰机排走。
给水系统：由储水箱、给水泵、给水管路、省煤器等组成。经过软化的水进入储水箱，由给水泵通过给水管打入省煤器进入汽包。
供气系统：由过热器、减温器、集汽包、供汽管路等组成。由锅炉汽包引出的饱和蒸汽，通过过热器把蒸汽的温度提高到一定程度，由减温器控制所需温度，再由蒸汽通道送至用户。
仪表系统：由蒸汽、水流量、压力、温度、液位指示，给煤、送风等机械和自动化调节装置等组成。
3.2链条锅炉
链条锅炉是机械化程度较高的一种层燃炉，是火床燃烧的一种。煤在水平运动的路牌上燃烧，空气经预热器从炉排下方自下而上的引入。煤从煤斗落到炉排上，经过炉阀门时被刮成一定厚度后进入炉膛，没在炉排上分段燃烧成渣，炉渣随着炉排的转动排出。炉膛中燃烧的煤所释放的热量，被炉膛周围的水壁吸收而在汽包中达到汽、水分离，高温高压蒸汽进入分汽缸通过换热站供用户。燃烧产生的烟气被引风机带动经过省煤气、空气预热器换热后再经过除尘排入大气。工艺流程图如图3.3所示。

图3.3 工艺流程图

炉排燃烧的特点是：燃料在固定的、活络的、推动的、震动的或转动的炉排上燃烧。燃烧所需空气由炉排下供给，与燃料气激烈化学反应，放出热量，并形成具有较高温度的烟气，在炉膛空间继续燃烧放出热量，最后离开炉膛，进入对流热面、尾部受热面、进行换热，由烟囱拍之大气。
链条炉排是一种可以循环转动的炉排。燃烧进入炉膛后，随着炉排的转动，依次完成预热、干馏、着火、燃烧、燃烬阶段。由于运行可靠，燃烧稳定，被广泛采用。链条炉拍的煤，借煤的自重通过煤斗落到炉排上。用煤的多少，是根据过路的符荷，用煤阀板控制。煤阀板上的金属框架嵌有耐火材料。此外，它由机械传动调节其开度。为了防止煤阀板烧坏、变形，一方面耐火材料要具备较高的耐火度，另一方面，还可以在煤阀板上安装循环水冷却管，冷却煤阀板。链条炉排的一次空气，是由炉排下部进入的。风道可以由一侧引入，对于较宽炉排，也有从两侧同时引入的。一半分段送入，俗称分段送风。分段风室三至五个相互隔绝，每个风室都有蝴蝶挡板控制其风压与风量。风室是由薄钢板焊接成的。炉排工作面约有40%实在较高温度下工作，其余的炉排在下面空走着，使炉排片得到了良好的冷却。链条炉排的后部装有挡渣装置，其作用为了延长灰渣在炉排后部的停留时间，以使夹杂在灰渣中的可燃物进一步燃尽。
3.3锅炉系统控制原理
3.3.1锅炉自动运行的主要任务
锅炉自动运行的主要任务是：保持汽包水位在规定的范围内，控制蒸汽压力的稳定，控制炉膛负压在规定的范围内，维持经济燃烧。工业锅炉是一个复杂的调节对象。有多个调节参数和被调节参数，并且还存在错综复杂的扰动参数。参数的相互作用如图3.4所示

图3.4 炉输入参数和输出参数之间的影响示意图

锅炉是一个多输入、多输出、多回路、非线性的相互关联的对象，调节参数与被调节参数之间，存在许多交叉影响。因此，理想的锅炉自动调节系统应该是多回路的调节系统。当锅炉收到某一扰动后，同时协调地动作，改变其调节量，是所有的被挑梁都具有一定的调节精度。锅炉控制系统包括：汽包水位控制系统、给煤控制系统、送风控制系统和炉膛负压控制系统。
3.3.2给煤控制系统
炉膛燃烧系统自动调节的基本任务：使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要，同时保持经济燃烧和锅炉的安全运行。控制原理框图如图3.5所示。

图3.5 给煤控制原理框图

3.3.3汽包水位控制系统
汽包水位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标。水位高会导致蒸汽带水进入过热器并在过热管内结垢，影响传热效率严重的将引起过热器爆管。水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环，引起水冷壁局部过热而爆管。
影响锅炉汽包水位变化的因素共四方面：
(1) 给水方面的扰动，包括给水母管压力的变化和给水变频器的变化。
(2) 蒸汽负荷的变化。
(3) 燃料量的变化。
(4) 汽包压力的变化，汽包压力对汽包水位的影响是通过汽包内部汽、水系统的“自凝结”和“自蒸发”起作用的。
液位定值控制方式采用系统结构简单。易于实现的单回路PID控制，但是这种控制方式解决不了汽包运行中出现的“虚假液位”现象。为了克服“虚假液位”现象，必须采取三冲量控制。三冲量分别为汽包水位、给水流量、蒸汽流量。整个控制系统形成两个闭合回路。回路一是由给水流量测量装置、调节算法、给水变频器构成的水流量回路，又称内回路。作用是消除给水侧的扰动稳定给水流量，水位控制中起辅助作用。回路二是由水位变送器、调节算法、整个内回路及对象控制通道所构成的水位回路，又称外回路。作用是消除各种扰动对水位的影响，维持汽包水位接近给定值。蒸汽流量信号是前馈信号。在回路中只形成开路，不影响上面两个闭环的稳定性。三冲量控制在系统中的作用有两个，作用一是改善蒸汽干扰对水位的控制品质，克服虚假水位所引起的调节算法的扰动操作输出；作用二是与给水流量信号配合，达到希望的水位静特性。三冲量给水系统框图如图3.6所示。

图3.6 三冲量给水系统框图

3.3.4炉膛负压控制系统
锅炉正常运行中，炉膛负压应保持在20Pa到50Pa的负值范围内。复压过大，漏风严重，总的风量增加，烟气热量损失增大，同时引风机的电耗增加，不利于经济燃烧；负压偏正，炉膛要向外喷火，不利于安全生产。所以炉膛负压必须进行自动调节。炉膛负压的控制原理图如图3.7所示。

图3.7 炉膛负压控制原理框图

3.3.5鼓风机控制系统
利用单PID实现鼓风机的控制。控制原理框图如图3.8所示。

图3.8 鼓风机控制原理框图

4 PLC、变频器的选型
4.1 PLC基本单元、模拟量输入和输出模块的选择
系列中有关模拟量的特殊功能模块有（2路模拟量输入）、（4路模拟量输入）、（8路模拟量输入）、（4路热电阻直接量输入）、（4路热电偶直接量输入）、（2路模拟量输出）、（4路模拟量输出）和（2路温度PLC控制模块）等根据锅炉风机系统的模拟量输入、输出总点数，如表4.1所示。我们选择模拟量输入模块、模拟量输出模块和基本单元。
表4.1锅炉风机系统的输入输出变量
序号
名称
量程范围
通道号
取值范围
报警上线
报警下线
备注
1
主汽压力
0~2.5 MPa
CH1
1~2.5 MPa
—1.35MPa
1.35MPa
AD
2
炉膛负压
—2000~200 Pa
CH2
—2000~200 Pa
—5Pa
5Pa
3
蒸汽流量
0~40t/h
CH3
0~40
无
无
4
给水流量
0~50t/h
CH4
0~50
无
无
5
引风调节
0~50Hz
CH7
10~50
无
无
6
鼓风调节
0~50Hz
AD8
10~50
无
无
7
引风变频调节
0~50Hz
CH1
10~50
无
无
DA
8
送风变频调节
0~50Hz
CH2
10~50
无
无
4.2 模拟量输入和输出模块介绍
4.2.1模拟量输入模块介绍
4.2.1 .1概述
模拟量输入模块是FX系列专用的模拟量输入模块。该模块有8个输入通道（CH），通过输入端子变换，可以任意选择电压或电流输入状态。电压输入时，输入信号范围为DC-10~+10V，输入阻抗为200kΩ，分辨率为2. 5mV；电力输入时，输入信号范围为DC-20~+20mA，输入阻抗为250Ω，分辨率为2uA（DC+4~+20mA时）。
模拟量输入模块可以与、、、系列PLC的基本单元连接。与系列PLC相连时，需要用一个。
的工作电源为DC24V，模拟量与数字量之间采用光电隔离技术，但各通道之间没有隔离。消耗PLC主单元或有源扩展单元5V电源槽50mA的电流。占用基本单元的8个映像表，即在软件商战8个I/O数点，在计算PLC的I/O时可以将这8个点作为PLC的输入点来计算。
4.2.1 .2的接线
的接线图如图4.1所示。图中模拟输入信号采用双绞屏蔽电缆与连接，电缆应远离电源或其他可能产生电气干扰的导线。如果输入有电压波动，或者在外部接线中有点气干扰，可以接一个0.1～0.47uF（25V）的电容。如果是电流输入，应该将端子V+和I+连接。接地端与PLC主单元接地端连接，如果存在过多的电气干扰，再将外壳接地端和接地端连接。
4.2.1 .3缓存(BFM)的分配
和模拟量模块内部有一个数据缓存寄存器区，它由32个16位的寄存器组成，编号为BFM#0～#3399。数据缓存寄存器区内容，可以通过PLC的FROM和TO指令来读、写。注意不要用FROM和TO指令来读、写保留数据缓冲寄存器(BFM #18,#23，#25，#31，#33～#40,#49，#50，#59，#60，#69，#70，#79，#80，#89，#90，#99，#100，#127～#197)。

图4.1 的接线图

4.2.2模拟量输出模块介绍
4.2.2 .1概述
位的数字转换成模拟量输出。有两路输出，通过端子变换，可以任意选择电压或电流输出状态。电压输出时，输出信号范围为DC-10～+10V，可以接负载阻抗为1kΩ,分辨率为5mV，综合精度位0.1V；电流输出时，输出信号范围为DC+4～+20mA，可以接负载阻抗不模拟量输入输出模块也是系列专用的模拟量输入输出模块。该模块将12大于250 Ω，分辨率为20 uA，综合精度为0.2mA。
模拟量模块的工作电源位DC24V,模拟量与数字量之间采用光电隔离技术。模拟量模块的两个输出通道，要占用基本单元的8个映像表，既在软件上占8个I/O点数，在计算PLC的I/O时可以将这8个点作为PLC的输出点来计算。
4.2.2 .2的接线
的接线如图4.2所示。图中模拟输出信号采用双绞屏蔽电缆与外部执行机构连接，电缆应远离电源线或其他可能产生电气干扰的导线。当电压输出有波动或存在大量噪声干扰时，可接一个0.1～0.47uF（25V）的电容。对于电压输出，应将端子I+和V1-连接。接地端与PLC主单元接地端连接。

图4.2 的接线图

4.2.2 .3的缓冲寄存器（BFM）分配
模拟量模块每部有一个数据缓冲寄存器区，它由32个16 位的寄存器组成，编号为BFM#0～#31，其内容与作用如表4.2所示。数据缓冲寄存器内容可以通过PLC的FROM和TO指令来读、写。
表4.2缓冲寄存器（BFM）的分配
BFM
内容
备注

#0
通道初始化，用2位16进制数HΧΧ表示，2位数字从右至左分别控制CH1.CH2两个通道。
每位数字取值范围为0.1，其含义为：0表示输出范围为-10V～+10V;1表示输出范围为+4mA～+20mA
#1
通道1
存放输出数据

#2
通道2
#3～#4
保留

#5

输出保持与复位，缺省值为H00
H00表示CH2保持、CH1保持
H01表示CH2保持、CH1复位
H02表示CH2复位、CH1保持
H03表示CH2复位、CH1复位
#6～#15
保留

#16
输出数据的当前值
8位数据存于b7～b0
#17

装换通道设置
将b0由1变成0，CH2的D/A转换开始；
将b1由1变成0，CH1的D/A转换开始；
将b2由1变成0，D/A转换的低8位数据保持；
#18～#19
保留

#20
复位到缺省值和预设值
缺省值为0，设为1时，所有设置将复位缺省值
#21

禁止调整偏置和增益值
b0、b1位设为1、0时，禁止；
b1、b0位设为0、1时，允许（缺省值）
#22
偏置，增益调整通道设置
B3与b2、b1与b0分别表示调整CH2、CH1的增益与偏置值
#23
偏置值设置
缺省值为0000，单位为mV或uA
#24
增益值设置
缺省值为5000，单位为mV或uA
#25～#28
保留

#29
错误信息
表示本模块的出错类型
#30
识别码（K3010）
固定为K3010，可用FROM读出识别码来确认此模块
#31
禁用

4.3变频器的选型
变频器的正确援用对于机械设备电控系统的正常运行时至关重要的，选择变频器，要按照机械设备的类型、负载转矩特性、调速范围、静态速度精度、启动转矩和使用环境的要求，决定选用何种控制方式和防护结构的变频器最合适。所为合适是在满足机械设备的实际工艺生产要求和使用场合的前提下，实际变频器应用的最佳性价比。
4.3.1机械设备的负载转矩特性
在实践中将生产机械根据负载转矩特性的不同，分为恒转矩负载、恒功率负载、流体类负载。
4.3.1 .1恒转矩负载
这类负载中，负载转矩TL与转速n无关，任何转矩下TL总保持恒定或基本恒定，负载功率则随着伏在转速的增高而线性增加。传送带、搅拌机、挤压机和机械设备的进给机构等摩擦类负载以及起重机、提升机、电梯等中立负载，都属于恒转矩负载。
变频器拖动恒转矩性质的负载时，低俗时的输出转矩要足够大，并且要有足够的过载能力。如果需要在低速下长时间稳速运行，应该考虑标准笼型异步电动机的散热能力，避免电动机温升过高。
4.3.1 .2恒功率负载
这类负载的特点是需求转矩TL与转速n大体成反比，但它们的乘机即功率却近似保持不变。金属切削机床的主轴和轧机、造纸机、薄膜生产线中卷取机、开卷机等，都属于恒功率负载。
机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载。负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。当速度很低时，受机械强度的限制，TL不可能无限增大，在低速下变为恒转矩性质。负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择有很大的影响。电动机在恒磁通调速是，最大允许输出转矩不变，属于恒转矩调速；而在弱磁调速时，最大的允许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。如果电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致时，即在所谓“匹配”的情况下，电动机的容量均最小。
4.3.1 .3流体类负载
在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度平方成正比。随着转速的减小，转速按转速的平方减小。这种负载所需的功率与速度的立方成正比。当所需风量、流量减小时，利用变频器通过调速的方式来调节风量、流量，可以大幅度地节约电能。由于高速时所需功率随转速增长过快，与速度的立方成正比，所以通常不应使风机、泵类负载超工频运行。
4.3.2在选择变频器时因注意以下几点注意事项
在选择变频器时因注意以下几点注意事项：
(1) 根据负载特性选择变频器。
(2) 选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。另外应充分考虑变频器的输出含有高次谐波，会造成电动机的功率因数和效率都会变坏。
(3) 变频器若要长电缆运行时，此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。所以变频器应放大一档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。
(4) 当变频器用于控制并联的几台电机时，一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。如果超过规定值，要放大一档或两档来选择变频器。另外变频器的控制方式只能为V/F控制方式，并且变频器无法保护电动机的过流、过载保护，此时需在每台电动机上加熔断器来实现保护。
(5) 对于一些特殊的应用场合会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。
(6) 使用变频器控制高速电机时，由于高速电动机的电抗小，高次谐波亦增加输出电流值。因此，选择用于高速电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器稍大一些。
(7) 变频器用于变极电动机时应注意选择变频器的最大额定电流在变频器的额定输出电流以下。另外，在运行中进行极数转换时，应先停止电动机工作，否则会造成电动机空转，恶劣时会造成变频器损坏。
(8) 驱动防爆电动机时，变频器没有防爆构造，应将变频器设置在危险场所之外。
(9)使用变频器驱动齿轮减速电动机时，使用范围受到齿轮转动部分润滑方式的制约。润滑油润滑时，在低速范围内没有限制；在超过额定转速以上的高速范围内，有可能发生润滑油用光的危险。因此，不要超过最高转速容许值。
(10) 变频器驱动绕线转子异步电动机时，大多是利用已有的电动机。
(11) 变频器驱动同步电动机时，与工频电源相比，降低输出容量10%～20%，变频器的连续输出电流要大于同步电动机额定电流与同步牵入电流的标幺值的乘积。
(12) 对于压缩机、振动机等转矩波动大的负载和油压泵等有峰值负载情况下，如果按照电动机的额定电流或功率值选择变频器的话，有可能发生因峰值电流使过电流保护动作现象。
(13) 当变频器控制罗茨风机时，由于其起动电流很大，所以选择变频器时一定要注意变频器的容量是否足够大。
(14) 选择变频器时，一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。否则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行。
(15) 单相电动机不适用变频器驱动。
4.3.3根据负载特性选择适当的控制方式的变频器
变频器的种类繁多，功能强大，变频器的性能为调速性能的决定性因素，变频器采用什么样的控制方式也很重要。各种变频器控制方式的性能特点如表4.3所示。
表4.3变频器控制方式的性能特点
控制方式
U/f控制
矢量控制
直接转矩控制
比较项目
开环
闭环
无速度传感器
带速度传感器

速度控制
<1：40
<1：40
1：100
1：1000
1：100
启动转矩
3Hz时150%
3Hz时150%
1Hz时150%
0Hz时150%
0Hz时200%
静态速度精度
±（2～3）%
±0.03%
±0.2%
±0.02%
±（0.1～0.5）%
反馈装置
无
速度传感器
无
速度传感器
无
零速度运行
不可
不可
不可
可
可
控制响应性
慢
慢
较快
快
快

特点

优点
结构简单，调节容易，可用于通用笼型异步电动机
结构简单，调速精度高，可用于通用笼型异步电动机
不需要速度传感器，力矩的响应好，结构较简单，速度控制范围较广
力矩控制性能良好，力矩的响应好，调速精度高，速度控制范围广
不需要速度传感器，力矩的响应好，结构较简单，速度控制范围较广

缺点
低速力矩难保证，不能力矩控制，调速范围太小
低速力矩难保证，不能力矩控制，调速范围小，要增加速度传感器
需要设定电动机参数，需要自动测试功能
需要正确设定电动机参数，需有自动测试功能，需要高精度速度传感器
需要设定电动机参数，需有自动测试功能

主要应用场合
用于一般的风机，泵类节能调速或者一台变频器带多台电动机传动场合
用于保持压力，温度，流量，PH定值等过程控制场合
用于一般工业设备，大多数调速场合
用于要求精确控制力矩和速度的高动态性能应用场合
用于要求精确控制力矩的高动态性能应用场合，如起重机，电梯，轧机等

综上所述，异步电动机变频控制选用不同的控制方法，就可以得到不同性能特点的调速特性。
4.3.4根据安装环境选取变频器的防护结构
变频器的防护结构要与其安装环境相适应，这就要考虑环境温度，湿度，粉尘，酸碱度，腐蚀性气体等因素，这与变频器能否长期，安全，可靠运行关系重大。大多数变频器厂商可提供以下几种常用的防护结构供用户选用。
(1) 开放型IP00。它从正面保护人体不能触摸到变频器内部的带电部分，适用于安装在电控柜内或电气室内的屏，盘，架上，尤其是多台变频器集中使用较好，但它对安装环境要求较高。
(2) 封闭型IP20、IP21.这种防护结构的变频器四周都有外罩，可在建筑物内的墙壁上挂式安装，它适用于大多数的室内安装环境。
(3) 密封型IP40、IP42.它适用于工业现场环境条件较差的场合。
(4) 闭型IP45，IP55.它具有防尘，防水的防护结构，适用于工业现场环境条件差，有水淋，粉尘及一定腐蚀性气体的场合。
由于风机和水泵是最普通的负载，对变频器的要求最为简单，只要变频器容量等于电动机容量即可，（空压机，沈水泵，泥沙泵，快速变化的音乐喷泉需加大容量）所以我们根据电动机选择以下变频器。

电动机铭牌：
额定功率：110KV 额定转速：1486r/min
额定频率：50Hz 额定电流：200.84A
型号：Y315S—4 额定电压：380V

风机属于平方律负载，转矩与速度的平方成正比，无瞬间过载问题，且低速时转矩小，连续运转。
变频器连续运转时所需的变频器容量应满足公式(4.1)、(4.2)、(4.3)

(4.1)
(4.2)
(4.3)

式中，——负载所要求的电动机的轴输出功率；
——电动机的效率（通常为0.85）；
——电动机的功率因数（通常约为0.95）；
——电动机的电压，V；
——电动机的电流，A；
——电流波形修正参数；
——变频器的额定容量，KVA；
——变频器的额定电流，A。
根据电动机铭牌数据计算如下

所以选择普通功能U/f控制的变频器，在此选用ABB变频器ACS800系列，变频器类型为ACS800-04-0210-3,容量为160KVA，电流为432A，完全满足以上计算要求。
4.4控制软件的设计
对于锅炉的鼓，引风机的控制我们采用工业过程控制中最厂用的PID控制即可。下面介绍什么是PID控制算法。
4.4.1 PID控制简介
PID（比例、积分、微分）控制是发展较早、理论成熟、应用广泛的一种控制策略，主要应用于工业过程控制中。其优点在于：原理简单、易于实现、参数整定方便、结构改变灵活、适用性强、鲁棒性能强。
4.4.1.1PID控制器的连续表达式
PID控制器由比例环节（Proportional）、积分环节（Intergral）、微分环节（Differential）组成，连续PID一般表达式为：

(4.4)

传递函数模型为：

(4.5)

或不完全微分

(4.6)

当N为无穷大时为纯微分运算，实际中N取10即可。
4.4.1.2PID控制器的离散表达式
位置式PID：

(4.7)

传递函数模型为：

(4.8)

位置式PID的缺点是由于采用全量输出，因此每次输出均与过去状态有关，计算时要对误差累加，控制量对应的该是执行机构的实际位置偏差，因此会出现大幅变化，这在某些场合时不允许的，因此这种情况下采用增量式PID。
增量式PID：(如驱动步进电机)

(4.9)

积分分离PID：可提高控制性能，加入积分的目的是消除静差，提高控制精度，当被控量与设定值偏差较大时，取消积分作用，以免由于积分作用使得系统稳定性降低，超调量增大；当被控量接近设定值时加入积分作用，以消除静差。

(4.10)

其中为积分项开关系数 为人为设定的阈值。
4.4.1.3比例控制性能分析
比例控制是一种最简单的控制方式，控制器的输出与输入误差成比例关系，当输入误差为零时，输出为零。属于有差调节，稳态误差 为阶跃输入幅值。
比例控制只改变系统增益而比改变系统相位，它对系统的影响主要反映在系统的稳态误差、上升时间和稳定性上。当比例系数增大，系统稳态误差将减小，加快系统响应速度，但会使系统超调量增大，降低系统的稳定性，严重时会造成系统不稳定。
4.4.1.4比例积分控制性能分析
积分控制通常和比例一起使用，可以消除稳态误差，但影响系统的动态性能。当积分系数增大，积分作用越大，系统响应速度越快，但超调量也增大，影响系统稳定性。
4.4.1.5比例微分控制性能分析
微分通常与比例控制一起使用，主要作用是加快系统响应速度，改善系统动态性能，有一定的超前作用。当微分系数增大时，系统响应速度加快，超调量减小，但稳定性变差，属有差调节。
研究微分作用可发现，当偏差信号发生跳跃性变化，微分作用会产生一个很大的阶跃，会对系统的执行机构造成冲击，所以为避免出现这样的微分动作，实际中我们常把微分作用放在反馈回路中或微分先行控制，这时微分作用的输出信号很平滑。
在计算机控制中，为消除控制动作过于频繁，消除频繁动作引起的振荡，可采用带死区的PID控制。
4.4.2引风机的PLC控制程序
4.4.2.1模拟量模块的使用
在系列可编程控制器基本单元的右侧，可以连续最多8块特殊模块，他们的编号从最靠近基本单元的那一个开始顺次变为0～7号。图4.3所示为我们采取的一种连接方式。该配置使用作为基本单元，连接、两块模拟量模块，。它们的编号分别为0、1。

图4.3 功能模块编号图

4.4.2.2缓冲寄存器（BFM）分配
系列可编程控制器基本单元与、等模拟量模块之间的数据通信是由FROM指令和TO指令来执行的。FROM是基本单元从、读数据的指令，TO是从基本单元将数据写到、的指令。实际上，读、写操作都是对、的缓冲寄存器BFM进行的。在的BFM中BFM#0和BFM#1是进行各通道初始化的，出厂设置为H0000，在BFM#0和BFM#1中写入各个通道的初始化值，最低位数字控制最小通道，最高位数字控制最大通道。四位数字可以设定为0～3：
0表示输入范围-10V～+10V（选择电压输入），分辨率0.63mV；
1表示输入范围-10V～+10V（选择电压输入），分辨率2.50mV；
2表示电压输入模式，直接显示模拟值（-10000～+10000），分辨率1mV；
3表示输入范围+4mA～+20mA（选择电压输入），分辨率2.00uA；
4表示输入范围+4mA～+20mA（选择电压输入），分辨率4.00uA；
5表示电流输入模式，直接显示模拟值（40000～20000V，分辨率2.00uA；
6表示输入范围-20mA～+20mA（选择电压输入），分辨率2.50uA；
7表示输入范围-20mA～+20mA（选择电压输入），分辨率5.00uA；
8表示电流输入模式