基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

范春明

（山西焦煤西山煤電晉興能源有限公司斜溝煤礦，山西 呂梁 033602）

引言

在微機控制技術(shù)不斷發(fā)展的新形勢下，PLC迎來了巨大的發(fā)展機遇。在交流調(diào)速系統(tǒng)中，以數(shù)字控制的方式逐漸取代了模擬控制，大大地提高了信息處理效率，有效地節(jié)約了時間和資源，不僅能夠通過微機控制器有效地解決在復雜控制方面存在的一系列問題，還可以切實豐富交流調(diào)速系統(tǒng)的功能，賦予了交流調(diào)速系統(tǒng)較強的可操作性以及可靠性，對于裝置以及設(shè)置具有重要的作用。因此，對基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計進行研究在交流調(diào)速系統(tǒng)的深入發(fā)展和廣泛應(yīng)用中意義重大。

1 風機變頻調(diào)速的作用

變頻調(diào)速技術(shù)有機的結(jié)合了其他技術(shù)和設(shè)備的優(yōu)點，在調(diào)速系統(tǒng)中具有無可比擬的競爭優(yōu)勢，同其他調(diào)速方式相比，變頻器不僅體積相對較小，具有較高的精度和較輕的質(zhì)量，還采用了一系列的先進工藝，具有多樣的應(yīng)用功能，另外，變頻器操作簡單易行，具有較高的可行性，在一定意義上為其廣泛應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。所以，近年來，變頻器在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。除此以外，變頻器具有較低的成本，在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用也將產(chǎn)生更加積極的意義。變頻器調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用一方面能夠通過降低能源消耗，有效的節(jié)約機械設(shè)備的運行成本，另一方面也能創(chuàng)造更好的節(jié)能效果。具體而言，風機變頻調(diào)速具有以下突出作用：首先，變頻調(diào)速能夠促進沖擊電流的減小，進而有效的防止電機啟停時由電流沖擊造成的一系列不良影響。其次，變頻調(diào)速輸入端子有正負之分，大大的減少了由交替切換造成的故障問題，減輕了相關(guān)工作人員的工作負擔。第三，風機以及電機等設(shè)備采用變頻調(diào)節(jié)時，可以根據(jù)負荷率的實際情況及時靈活的調(diào)整自身的轉(zhuǎn)速，大大的減少了相關(guān)設(shè)備的磨損，延長了維護周期和設(shè)備的使用年限，有利于保障生產(chǎn)的持續(xù)、正常運行，節(jié)約了維護、檢修的費用［1］。

2 基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)技術(shù)要求

首先，基于PLC的變頻器節(jié)能自動通風系統(tǒng)中，通風機能夠開展軟啟動，靈活地切換運行方式，通風機的運行狀態(tài)可以在工頻以及變頻之間進行調(diào)整。其次，運行狀態(tài)為變頻的通風機能夠以管網(wǎng)阻力的具體實際情況為依據(jù)對自身的轉(zhuǎn)速進行自動化的調(diào)節(jié)，使風機的風量始終能夠滿足實際的需求，另外，還能夠以有害氣體的濃度為依據(jù)對通風機的轉(zhuǎn)速進行自動化的調(diào)整，減少或者杜絕了有害氣體濃度過高造成的影響。發(fā)生異常情況時，變頻器調(diào)速系統(tǒng)能夠及時的進行報警，并采取行之有效的處理措施，對風機的狀態(tài)進行適當?shù)恼{(diào)整。最后，綜合應(yīng)用上位機控制軟件以及PLC進行監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，能夠以在線控制的方式對通風機的局部運行情況進行監(jiān)視、控制以及管理，并以有關(guān)的參量為依據(jù)開展實時性的監(jiān)控。

2.2 系統(tǒng)整體設(shè)計方案

基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)是以PLC為主控單元，以變頻通風機為被控元件，以有害氣體濃度為主控參數(shù)的，以模糊控制為具體的控制算法。PLC能夠運用傳感器及時的在內(nèi)存中錄入有害氣體的濃度，通過模糊控制對變頻器的輸出進行調(diào)節(jié)，以此對風機的轉(zhuǎn)速進行全面的控制，實現(xiàn)清新空氣、環(huán)保節(jié)能的效果。一般情況下，通風系統(tǒng)包含了觸摸屏、氣體傳感器、PLC、變頻器以及通風機等基本的設(shè)施設(shè)備和技術(shù)，其工作方式具有自動、手動以及工頻三種，其中，手動調(diào)頻方式為開環(huán)控制系統(tǒng)，自動調(diào)頻方式為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下圖1所示。在發(fā)生故障等異常情況時，工作方式能夠進行自動化的調(diào)節(jié)，有利于維護生產(chǎn)運行的穩(wěn)定性以及安全性［2］。

圖1 開環(huán)、閉環(huán)控制系統(tǒng)

2.3 系統(tǒng)硬件選擇

系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)過驗證具有一定的可行性后，設(shè)計意圖的實現(xiàn)必須依靠硬件的有力支撐，所以，硬件的選擇相當關(guān)鍵。首先，PLC型號的選擇要充分的考慮系統(tǒng)的實際需要，特別是要充分的考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及控制的精度。另外，PLC還要具備較快的執(zhí)行速度和較為齊全的通訊功能，只有這樣，才能切實的滿足工廠自動化的需求，全面的提高系統(tǒng)的控制能力以及靈活性，保障指令具有較快的執(zhí)行速度。其次，在選擇變頻器時，要綜合全面的考慮變頻器的性能、功能、運行狀況以及參數(shù)設(shè)定，為系統(tǒng)提供更加豐富的應(yīng)用功能，切實的提高控制力度和速度，實現(xiàn)對電路、電壓以及相關(guān)設(shè)備的保護，有效的規(guī)避故障問題。在選用通風機時，要考慮其具體的配置和運行狀況，盡量的選擇具有較高強度、較輕重量以及較好的通風機。在選擇觸摸屏時，要重點考慮觸摸屏的顯示和保密功能、參數(shù)的修改以及設(shè)置功能，要優(yōu)先選用具有較快的觸鍵反應(yīng)、較豐富的系統(tǒng)和用戶畫面的觸摸屏，另外，要能夠?qū)ψ冾l器的工作狀態(tài)進行實時的監(jiān)控和控制。最后，由于系統(tǒng)監(jiān)測精度同有害氣體濃度息息相關(guān)、密不可分，所以，氣敏傳感器的選用相當關(guān)鍵。在選用氣敏傳感器時，要充分考慮工藝、材料以及敏感性，能夠?qū)τ嘘P(guān)場所和設(shè)備的氣體檢驗提供報警、提醒等功能。

3 基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量的高低同硬件以及軟件的組合有著緊密的聯(lián)系，所以，系統(tǒng)軟件設(shè)計也是一個不容忽視的環(huán)節(jié)。

1）通信程序設(shè)計原則。通信系統(tǒng)作為通風系統(tǒng)中不可或缺的構(gòu)成，對系統(tǒng)的整體性能有著深刻的影響。通信系統(tǒng)不僅可以以其良好的可靠性、穩(wěn)定性以及較大的容量服務(wù)于通風系統(tǒng)，還能在故障發(fā)生時提供一定的解決措施，有利于維護系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。一般情況下，通信設(shè)計的原則包含開放性、標準性、可行性以及經(jīng)濟性等，本文在此就不進行深入的研究了［3］。

2）系統(tǒng)主程序設(shè)計。系統(tǒng)控制程序主要包含五個部分。其中，主控制程序主要是對工頻、手動以及自動等運行方式進行控制，調(diào)用程序以及設(shè)置時間，當有害氣體濃度超過一定的范圍時及時的進行報警，當發(fā)生異常情況或者有關(guān)的設(shè)備發(fā)生故障時，進行報警并提供相應(yīng)的解決措施，能夠充分的保障系統(tǒng)的正常運行。子程序0可以初始化有關(guān)的參數(shù)，執(zhí)行完控制程序后，當風機運行是以自動變頻的方式時，子程序0就會得到應(yīng)用。當有害氣體濃度極限值超出了有關(guān)的范圍時，在子程序調(diào)用前，還應(yīng)對拓展模塊的存在性進行仔細的檢驗，對電源的實際狀況進行檢查，一旦發(fā)生異常情況時，就要及時的關(guān)閉主程序；當一切正常后接下來就調(diào)用子程序2，子程序2的主要功能在于對有害氣體的濃度進行采集，并計算有關(guān)數(shù)值的平均值。當有害氣體濃度值超過一定范圍時，中斷程序就要進行斷電標志的設(shè)置，否則，就進行寄存器的錄入，將電壓值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并通過模擬控制器對通風機變頻方式進行調(diào)節(jié)。在主程序中，中斷程序的執(zhí)行次數(shù)是以設(shè)置的中斷控制時間為依據(jù)的。

4 結(jié)語

雖然我國經(jīng)濟的發(fā)展取得了令人矚目的成效，然而不容忽視的是我國目前也面臨著巨大的能源緊缺問題和壓力，特別是相比于發(fā)達國家，我國電量消耗相當?shù)木薮?，電能的利用率不高，對?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展造成了嚴重的影響。而對基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計進行深入的研究不僅能夠有效地節(jié)約能源，還能創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益、社會效益以及生態(tài)效益，同時，基于PLC變頻通風系統(tǒng)的應(yīng)用有著較強的可行性，具有美好的發(fā)展前景，因此，本文的研究有著深刻的意義。

［1］ 李寧.PLC在變頻閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.價值工程，2011，30（7）：151－153.

［2］ 張芬.基于PLC控制的變頻閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計［J］.工業(yè)儀表與自動化裝置，2014（4）：78－80.

［3］ 謝家敏.基于PLC與變頻器的調(diào)速自動化在節(jié)能工程中的應(yīng)用分析［J］.電工文摘，2013（2）：60－61.