試論電氣自動(dòng)化設(shè)備中PLC變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

苗慧博 李軍

[摘? ? 要 ]近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，資源消耗的逐步增加，資源短缺問題已經(jīng)阻礙世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要問題。節(jié)能增產(chǎn)是當(dāng)前多數(shù)行業(yè)的主要生產(chǎn)管理目標(biāo)。PLC變頻節(jié)能技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的技能技術(shù)之一，在智能化設(shè)備的管理和節(jié)能中有著顯著的效果?？梢杂行岣唠姎庠O(shè)備的工作效率，降低電器設(shè)備使用能耗。本文研究由此出發(fā)，對電氣自動(dòng)化設(shè)備中PLC變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究分析，旨在為我國節(jié)能技術(shù)的研究提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]電氣自動(dòng)化設(shè)備;PLC變頻節(jié)能技術(shù);應(yīng)用分析

[中圖分類號]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）04–00–03

[Abstract]With the rapid development of global economy and the gradual increase of resource consumption in recent years， the shortage of purple drill has hindered the development of world economy.Energy saving and increasing production is the main production management goal of most industries.PLC frequency conversion energy saving technology is one of the most widely used skills at present， which has remarkable effect in the management and energy saving of intelligent equipment.It can effectively improve the working efficiency of electrical equipment and reduce the energy consumption of electrical equipment.From this point of view， the application of PLC frequency conversion energy saving technology in electrical automation equipment is studied and analyzed in order to provide reference for the research of energy saving technology in China.

[Keywords]electrical automation equipment; PLC frequency conversion energy saving technology; application analysis

我國對電氣自動(dòng)化技術(shù)的研究起步較晚，雖然近年來取得了多項(xiàng)研究成果，但與西方先進(jìn)國家相比仍存在一定差距。近年來我國加大了對電氣自動(dòng)化技術(shù)的研究，在節(jié)能技術(shù)角度投入了更多的研發(fā)精力。PLC技術(shù)是目前綜合應(yīng)用效果最好的節(jié)能技術(shù)之一，使用空間十分廣泛，在石油、煤炭、航空、鋼鐵、制藥等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用。PLC技術(shù)利用半導(dǎo)體對電氣設(shè)備的電流信號變化進(jìn)行有效的控制，從而實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備能耗的優(yōu)化以及降低。

1 PLC技術(shù)簡介

1.1 PLC技術(shù)

PLC技術(shù)的本質(zhì)是一種通過指令程序?qū)υO(shè)備運(yùn)行進(jìn)行控制的技術(shù)，是通過電力線路進(jìn)行數(shù)據(jù)與話音信號傳輸?shù)耐ㄓ嵎绞?。該技術(shù)最早由美國科學(xué)家與20世紀(jì)60年代初期研發(fā)應(yīng)用，當(dāng)時(shí)主要用于汽車的控制系統(tǒng)中。經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展和進(jìn)步，逐漸發(fā)展成目前應(yīng)用十分廣泛的PLC技術(shù)。PLC技術(shù)最大特點(diǎn)是可以預(yù)先設(shè)置對應(yīng)的指令程序，對設(shè)備進(jìn)行差異化的智能控制，工作人員可以根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)編寫出相應(yīng)程序，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行不斷的優(yōu)化和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的長期自動(dòng)控制。

1.2 變頻技術(shù)

變頻技術(shù)是通過對電流頻率進(jìn)行調(diào)整實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，與其他設(shè)備控制技術(shù)相比，變頻技術(shù)直接控制輸入電流頻率，在控制過程中不需要額外的附加轉(zhuǎn)差損耗，可以有效提供設(shè)備的控制水平，降低控制能耗。變頻技術(shù)核心部件為變頻器設(shè)備，變頻器由整流器、逆變器以及控制電路組成。變頻技術(shù)的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)直流電機(jī)在運(yùn)行中只能使用相同轉(zhuǎn)速運(yùn)行，不能根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況改變轉(zhuǎn)速造成的資源浪費(fèi)問題。

1.3 PLC變頻技能技術(shù)

一直以來節(jié)能技術(shù)都是機(jī)電設(shè)備發(fā)展中重要的發(fā)展方向之一，在資源日漸匱乏的背景下，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中的節(jié)能降耗技術(shù)已經(jīng)成為業(yè)界的發(fā)展熱門，變頻節(jié)能技術(shù)基于PLC變頻技術(shù)，直接組用于交流電機(jī)，再改變電機(jī)速度，從而實(shí)現(xiàn)對設(shè)備輸出功率的人為控制，讓機(jī)電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)以及能源分配更為科學(xué)合理，對化工行業(yè)、石油行業(yè)、以及民用機(jī)械設(shè)備節(jié)能控制有重要的意義。

如石油行業(yè)在游梁式抽油機(jī)中可以通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速平衡載荷，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)設(shè)備運(yùn)行中的能量平衡，最大限度的優(yōu)化了能源消耗，民用電氣設(shè)備中，如變頻中央空調(diào)，可以根據(jù)室內(nèi)溫度、室外溫度以及墻體保溫能力，智能的控制空調(diào)工作時(shí)間以及工作溫度，不僅可以降低中央空調(diào)的能源消耗，還可以恒定的維持室內(nèi)溫度，降低溫控差值，提高環(huán)境舒適度。

2 電氣自動(dòng)化設(shè)備中PLC變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢分析

2.1 抗干擾能力強(qiáng)

PLC變頻技術(shù)依靠變頻器實(shí)現(xiàn)變頻控制功能，變頻器中應(yīng)用了大面積的集成抗干擾電路，對多種干擾因素有很強(qiáng)的抵抗能力，有效降低了電氣設(shè)備對使用換進(jìn)的苛刻需求，也提升了電氣設(shè)備在工作中的穩(wěn)定性。PLC變頻技術(shù)可以對電源以及輸入電路進(jìn)行單獨(dú)的接口設(shè)置，讓工作人員可以根據(jù)設(shè)備的實(shí)際使用環(huán)境進(jìn)行進(jìn)一步的抗干擾設(shè)計(jì)和處理，根據(jù)實(shí)際的干擾因素，從安裝和維護(hù)角度分別進(jìn)行抗干擾的強(qiáng)化，從而更高的保障PLC變頻節(jié)能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的安全運(yùn)行。

2.2 應(yīng)用成本低

PLC變頻技術(shù)是一種附加技術(shù)，在保留電氣設(shè)備原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加裝變頻器和控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)設(shè)備的變頻節(jié)能，無需對設(shè)備本身進(jìn)行大規(guī)模的改造，成本低廉。同時(shí)安裝十分便捷，操作也十分簡便，工作人員只需要掌握相應(yīng)的控制方法就可以進(jìn)行熟練操作，使用過程中對人為控制依賴較低，也降低了人工操作帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 控制效率高

PLC技術(shù)通過改變電機(jī)設(shè)備的輸入電流頻率對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，從而優(yōu)化設(shè)備的能源消耗。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，PLC技術(shù)具有極強(qiáng)的介入性，無需與所有電氣設(shè)備建立直接聯(lián)系，就可以實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制，控制效率相對較高。設(shè)備安裝流程也十分簡單，只需要在電氣的配電設(shè)備中加裝變頻器與控制器，就可以實(shí)現(xiàn)按預(yù)定程序的變頻控制。同時(shí)PLC變頻技術(shù)還包含了故障檢測和識(shí)別的能力，在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可以迅速識(shí)別故障位置以及故障原因，并向工作人員發(fā)出故障預(yù)警。

2.4 可靠性高

現(xiàn)階段的PLC變頻設(shè)備的主控電路已經(jīng)具備較強(qiáng)的抗干擾能力，對多種環(huán)境干擾因素有強(qiáng)的識(shí)別以及對抗能力，同可以時(shí)在高溫和低溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，這點(diǎn)在油田企業(yè)中體現(xiàn)的尤為明顯。PLC變頻設(shè)備主要應(yīng)用于地面采油設(shè)備的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制中，多數(shù)地面采油設(shè)備處于漏天環(huán)境下，環(huán)境干擾因數(shù)眾多，同時(shí)冬季氣溫較低，對節(jié)能設(shè)備的運(yùn)行可靠性有很高的要求，PLC變頻技術(shù)可以有效解決上述問題。

3 PLC變頻節(jié)能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用分析

3.1 PLC變頻節(jié)能技術(shù)在帶式傳輸機(jī)中的應(yīng)用分析

帶式傳輸機(jī)是目前煤炭資源開采中的使用頻率較高的電氣設(shè)備之一，也是我國最早應(yīng)用PLC變頻節(jié)能技術(shù)的電氣設(shè)備之一。帶式傳輸設(shè)備通過履帶進(jìn)行傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)屬于功能，工作中依靠傳動(dòng)帶與傳動(dòng)輪之間的摩擦力作為主要牽引力實(shí)現(xiàn)其傳輸?shù)墓δ堋絺鬏敊C(jī)結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定同時(shí)制造價(jià)格十分低廉，在煤炭行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。煤炭企業(yè)使用得帶式傳輸機(jī)一般使用電機(jī)作為主要的動(dòng)力端，電機(jī)的輸入電流對電機(jī)輸入功率有直接的影響。

帶式傳輸機(jī)在工作中皮帶與動(dòng)力輪之間存在較大的磨損情況，在功率設(shè)置與實(shí)際運(yùn)輸重量不相符時(shí)，磨損程度會(huì)進(jìn)一步的增加，導(dǎo)致出現(xiàn)皮帶斷裂的故障，極大的降低了帶式運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性以及使用壽命，間接的增加了煤炭企業(yè)的生產(chǎn)成本，PLC技術(shù)可以有效的解決上述問題。首先應(yīng)用PLC技術(shù)后可以根據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)輸需求進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備工作負(fù)荷的智能化調(diào)整，降低了設(shè)備出現(xiàn)磨損加劇以及高溫的情況，確保設(shè)備運(yùn)行拿權(quán)。其次PLC技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對帶式傳輸機(jī)的電路保護(hù)作用，通過控制輸入電流減少設(shè)備過載現(xiàn)象的發(fā)生概率，提高工作穩(wěn)定性。

3.2 PLC變頻節(jié)能技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用

在煤炭開采領(lǐng)域除去帶式傳輸機(jī)外，采煤機(jī)中PLC變頻技能技術(shù)也有著較多的應(yīng)用空間，采煤機(jī)是綜合功能性最強(qiáng)的采煤機(jī)械設(shè)備之一，是采煤機(jī)械設(shè)備的重要組成部分。但采煤機(jī)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，能源消耗量也十分巨大，目前采煤機(jī)的耗能是煤炭開采中主要的成本產(chǎn)生環(huán)節(jié)之一，也是采煤機(jī)最大的取消之一。PLC變頻技能技術(shù)可以有效的降低采煤機(jī)設(shè)備能耗，供更多對采煤機(jī)運(yùn)行速度的調(diào)控實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，同時(shí)也提高了采煤機(jī)設(shè)備的運(yùn)行安全，減少了工作中各類風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生可能，增加設(shè)備的運(yùn)行安全系數(shù)。

3.3 PLC變頻節(jié)能技術(shù)在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用分析

煤炭在開采過程中會(huì)產(chǎn)生的大量粉塵，礦下粉塵濃度過高時(shí)，會(huì)造成中毒、瓦斯爆炸等多項(xiàng)嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，因此煤炭開采過程中對風(fēng)機(jī)和通風(fēng)設(shè)備具有極大依賴性。傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對礦下空間的通風(fēng)換氣功能，但風(fēng)機(jī)功率固定，在礦下粉塵濃度較低時(shí)仍保持較高的運(yùn)轉(zhuǎn)功率，造成能源浪費(fèi)?；赑LC技術(shù)的風(fēng)機(jī)設(shè)備，可以通過粉塵濃度傳感器的實(shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)，對風(fēng)機(jī)功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整，確保風(fēng)機(jī)功率符合排風(fēng)換氣的功率需求，既確保了井下通風(fēng)的功能需求，也降低了風(fēng)機(jī)設(shè)備的能源消耗。

3.4 在中央空調(diào)中的應(yīng)用

在中央空調(diào)中應(yīng)用變頻器后，可以實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)的變頻調(diào)速以及軟啟動(dòng)與停止功能。

3.4.1 中央空調(diào)變頻調(diào)速

變頻調(diào)速功能在冬季中央空調(diào)制冷作業(yè)中應(yīng)用較多，多數(shù)中央空調(diào)制冷電機(jī)的額定功率是根據(jù)使用地區(qū)熱交換最大值時(shí)設(shè)計(jì)的，但由于存在晝夜溫差以及四季溫差，以及室內(nèi)環(huán)境，空調(diào)電機(jī)難以維持全過程中的合理功率配給，多數(shù)時(shí)候熱交換值對功率的需求遠(yuǎn)小于電機(jī)額定功率，造成了空調(diào)功率長時(shí)間過高的現(xiàn)象，如果調(diào)整電機(jī)額定功率，則會(huì)造成在熱交換量最大的時(shí)間內(nèi)，空調(diào)智能能力不足的現(xiàn)象。中央空調(diào)通過制冷液流動(dòng)實(shí)現(xiàn)制冷，電機(jī)耗電量決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及舒飛虎功率，電機(jī)輸出功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速與電機(jī)的供電頻率成正比，在進(jìn)行PLC變頻改造后的中央空調(diào)系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際的熱交換值進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制與調(diào)整，間接的調(diào)整了供電頻率與輸出功率，實(shí)現(xiàn)了中央空調(diào)變頻節(jié)能功能。

在中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷、暖的輸送介質(zhì)通常是水，在末端將與熱交換器充分接觸的清潔空氣由風(fēng)機(jī)直接送入室內(nèi)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)室溫的目的。在輸送介質(zhì)（水）溫度恒定的情況下，改變送風(fēng)量可以改變帶入室內(nèi)的制冷（熱）量，從而較方便地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。這樣，便可以根據(jù)自己的要求來設(shè)定需要的室溫。調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以控制送風(fēng)量使用變頻器對風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級變速，在變頻的同時(shí)，輸入端的電壓亦隨之改變，從而節(jié)約能源，降低系統(tǒng)噪音，其經(jīng)濟(jì)性和舒適性是不言而喻的。

中央空調(diào)水系統(tǒng)中，對冷媒水泵和冷卻水泵采用變頻控制能起到顯著的節(jié)能效果，變頻控制技術(shù)在冷媒水二次泵及高層建筑高區(qū)空調(diào)水系統(tǒng)中的應(yīng)用得到推廣，在一次泵冷媒水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用也是可行的。但需針對工程的具體情況進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，才能既達(dá)到應(yīng)有的節(jié)能效果，又保證空調(diào)系統(tǒng)和設(shè)備的安全運(yùn)行。此外，中央空調(diào)變頻設(shè)備安裝十分便捷，無需對整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模的改動(dòng)，具備經(jīng)濟(jì)可行性以及技術(shù)可信性。

3.4.2 軟啟動(dòng)與停止功能

中央空調(diào)在直接啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)需要克服啟動(dòng)阻力，需要更大的啟動(dòng)電流支持，才可以順利啟動(dòng)，一般啟動(dòng)電流為正常運(yùn)轉(zhuǎn)電流的3～7倍，會(huì)對供電網(wǎng)絡(luò)造成巨大的沖擊，對電網(wǎng)容量要求極高。同時(shí)巨大點(diǎn)瞬間電流和設(shè)備振動(dòng)會(huì)對供電網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備造成損傷，較少設(shè)備的使用壽命，啟動(dòng)中存在水錘效應(yīng)，也帶來管道破裂等風(fēng)險(xiǎn)隱患。而應(yīng)用PLC變頻節(jié)能技術(shù)后的中央空調(diào)設(shè)備則可以很好的規(guī)避上述問題，經(jīng)過PLC變頻改造技術(shù)的中央空調(diào)設(shè)備，可以通過頻率調(diào)節(jié)來在很寬的范圍內(nèi)利用變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)工作，啟動(dòng)電流從0開始，逐步增加至啟動(dòng)所需電流，規(guī)避了直接大電流啟動(dòng)對設(shè)備造成的傷害和風(fēng)險(xiǎn)隱患。

4 結(jié)語

PLC變頻技能技術(shù)是一種通過變頻器設(shè)備改變機(jī)電設(shè)備電機(jī)電流頻率的節(jié)能技術(shù)，依托控制系統(tǒng)，通過預(yù)設(shè)程序?qū)崿F(xiàn)對機(jī)電設(shè)備運(yùn)行功率的自動(dòng)控制及優(yōu)化。本文介紹了該技術(shù)在煤炭開采主要優(yōu)勢以及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，PLC變頻節(jié)能技術(shù)在石油行業(yè)、鋼鐵行業(yè)、制造行業(yè)也有著廣泛的應(yīng)用。PLC技術(shù)是一門功能成長性很強(qiáng)的技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中也逐步發(fā)現(xiàn)了其強(qiáng)大的升級功能，有待進(jìn)一步的研究發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳周亮.PLC變頻節(jié)能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用研究[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2019（9）：119-120.

[2] 張瓊.PLC變頻節(jié)能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用研究[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50（14）：165-166.

[3] 李琦.PLC變頻節(jié)能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用研究[J].電力與能源，2018（1）：66-68.

[4] 杜長海.試論電氣自動(dòng)化設(shè)備中PLC變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用[J].環(huán)球市場，2018（36）：183.

[5] 吳周亮.PLC變頻節(jié)能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用研究[J].中小企業(yè)管理與科技，2019（25）：119-120.

[6] 石艷春.PLC變頻節(jié)能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代信息科技，2020，4（3）：173-174，177.

[7] 朱長浩.試論電氣自動(dòng)化設(shè)備中PLC變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用[J].科學(xué)與信息化，2019（6）：117.

[8] 羅文明.試論電氣自動(dòng)化設(shè)備中PLC變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用[J].商品與質(zhì)量，2018（41）：142.

[9] 余嘉琦.PLC變頻節(jié)能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（32）：3192.

[10] 李棟.電氣自動(dòng)化設(shè)備中PLC變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用[J].教育藝術(shù)，2019（9）：35.