摘要 結合我公司電解鑄造車間冷卻塔冷卻風機的變頻器改造，分析采用變頻器改造后的優點，特別是在夜間或在氣溫較低的季節氣候條件下，通過調節冷卻風機的轉速和冷卻風機的開啟臺數，具有顯著的節能效果。
關鍵字 變頻器；冷卻塔風機；PID控制
1 引言
中國鋁業青海分公司是一個專業化的電解鋁廠，鋁錠產能達近40萬t。鋁錠是電解鋁生產的最后一道工序，每塊鋁錠澆鑄后都經過堆垛機水槽進行冷卻，為了使機組中加熱了的水再降溫冷卻，重新循環使用，常使用冷卻塔。我公司鑄造冷卻塔都為機械風機通風冷卻，采用戶外立式冷卻塔電機，水在冷卻塔滴下時，冷卻風機使之與空氣較充分的接觸，將熱量傳遞給周圍空氣，將水溫降下來。
由于冷卻塔的設備容量是根據在夏天最大熱負載的條件下選定的，也就是考慮到最惡劣的條件，
然而在實際設備運行中，由于季節、氣候、工作負載的等效熱負載等諸多因素都決定了機組設備經
常是處于在較低熱負載的情況下運行，所以機組常常是有不必要的浪費電能。因此，使用變頻調速
控制冷卻風機的轉速，在夜間或在氣溫較低的季節氣候條件下，通過調節冷卻風機的轉速和冷卻風機的開啟臺數，節能效果就非常顯著。
原冷卻水系統由于采用接觸器直接起動電機方式以及由截止閥對冷卻水流量進行調節，導致電機長期處于空載或輕載狀態，造成無謂的浪費，在部分負荷時固定冷卻水流量而不對冷卻塔風機電機進行控制也將浪費大量電能。根據近幾年企業節能要求，將原接觸器直接起動電機的控制方式采用微機控制技術和變頻調速技術進行改造。
2 冷卻塔風機變頻改造
本系統改造采用了艾默生TD200型變頻器，利用其內置的PID功能，組成以溫度為控制對象的閉環控制。冷卻塔變頻控制原理圖如圖1所示，其工作原理是冷卻塔風機將鑄造車間的冷卻回水，也就是冷卻塔的進水溫度進行通風冷卻，將出水溫度降到一定的值，其降溫的效果可以通過變頻器的速度調整來進行。被控量(出水溫度)與設定值的差值經過變頻器內置的PID控制器后送出速度命令并控制變頻器的V/F輸出，最終調節冷卻塔風機的轉速。
[upload=bmp]UploadFile/2007-8/20078179581224258.bmp[/upload]
系統溫度信號給定量通過變頻器操作面板的參數進行設定，溫度反饋量通過出水管路中的溫度檢測儀以4~20mA的電流形式從R口輸入，然后通過設置合理的PI 參數(比例增益Kp=80%;積分時間Ki＝30S;采樣周期T＝5s;偏差極限10%)以獲得滿意的閉環控制效果。冷卻塔風機變頻器的接線圖如圖2所示。
[NextPage]
[upload=jpg]UploadFile/2007-8/20078179594544286.jpg[/upload]
根據工藝要求，該系統改造時采用多風機節能控制方法。在本系統中，采用PLC 控制兩臺風機，其中M1 為工頻風機，M2 為變頻風機，如圖2 所示。M2 變頻風機控制采用閉環溫度PID 控制，PLC 則利用TD2000的開路集電極Y1和Y2的輸出功能，獲得該變頻器的頻率運行狀態時候是在上限(FHL)或是下限(FLL)，就可以自動開停M1 工頻風機，而M2變頻風機始終處于工作狀態。M2 的工作狀態分兩種，一是處于20～50Hz運行，另外一種是長時間處于20Hz 運行，為了保證節能效果，對于后者就可以采用節能方式(休眠狀態)。它只需要設置一個零頻運行閾值和零頻回差即可。這樣休眠的控制方式非常有效。PLC 的作用只要起到了開關控制的作用，采用小型西門子的CPU221小型PLC。
3 問題的解決
冷卻塔風機改造采用變頻調速控制系統時,存在以下問題:
(1)初次起動系統時，由于冷卻塔風機拖動部分的轉動慣量較大，變頻器加減速時間設定為8s 和10s 時變頻器出現直流過電壓，所以給定加減速時間設定為35s后，將問題得以解決。
(2)在實際運轉中經常出現起動變頻器故障跳閘。經分析是由于外界風力作用下，冷卻風機會自轉，此時如果起動變頻器，電動機會進入再生狀態，就會出現故障跳閘，對于變頻器應該將啟動方式設為轉速跟蹤再啟動。這樣一來，變頻器在啟動前，通過檢測電機的轉速和方向，實施對旋轉中電機的平滑無沖擊啟動。
[NextPage]
(3)由于系統改造采用普通電機，初次運行時首臺電機出現嚴重發熱，經分析是由于變頻器設置最低運轉頻率為10Hz而造成電機散熱不良造成的。為了保持電機合適的溫升，將頻率下限設為20Hz時，避免了電機過熱的現象。
4 冷卻塔風機變頻改造節能效果分析
這次節能改造的效果是非常顯著的，從運行觀察中發現，環境溫度如果22℃以下時，電機運行在30Hz(2.4kW)左右，冷卻水溫度在28℃左右；環境溫度在22~35℃之間時，電機運行在30~45Hz(2.4~15.7kW)之間，冷卻水溫度在28~32℃之間時，白天特別炎熱(36℃以上)時，電機運行在48Hz，冷卻水溫度在33℃左右。
節能效果比較:如表1所示。
5 結束語
經過對原系統接觸器直接起動方式改造為變頻器控制方式后，不但解決了鑄造冷卻水溫度不穩定的現象，而且從節能的長遠利益來看，具有可觀的節能效果，為企業的降成本做出了貢獻。通過改造發現，企業應該選擇具有節能效果的控制設備來改造舊系統，即可實現控制軟件化，也能實現節能效果。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
