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

薛建軍

（南陽(yáng)漢冶特鋼有限公司，河南 南陽(yáng) 474500）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，不同產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)者也開(kāi)始高度重視起電氣自動(dòng)化設(shè)備中的節(jié)能管理工作。對(duì)于電氣自動(dòng)化節(jié)能處理來(lái)說(shuō)，其是節(jié)能控制管理工作的范疇，該過(guò)程涉及電氣辦公設(shè)備、電氣通信設(shè)備等。由于PLC 自動(dòng)控制技術(shù)有突出的編程優(yōu)勢(shì)，使得其在數(shù)控領(lǐng)域方面得到了廣泛應(yīng)用，且應(yīng)用價(jià)值較高。如可以實(shí)時(shí)監(jiān)控空調(diào)排水、采暖、通風(fēng)、變電等不同設(shè)備的運(yùn)行狀況，確保設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還能采取控制措施以達(dá)到節(jié)約能源的目的。因電氣自動(dòng)化設(shè)備自身的限制，傳統(tǒng)技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。如，在控制水壓和空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行情況時(shí)，對(duì)其效率的控制很難達(dá)到最佳狀態(tài)，或者是照明系統(tǒng)的照明量同需求方的實(shí)際需求之間有一定差距存在。PLC 變頻節(jié)能技術(shù)中應(yīng)用有計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)、實(shí)時(shí)操控技術(shù)等，可保證電氣自動(dòng)化設(shè)備的節(jié)能效果同理想狀態(tài)沒(méi)有太大出入。本文通過(guò)對(duì)PLC 變頻節(jié)能技術(shù)在電梯系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、采煤機(jī)、照明系統(tǒng)等電氣自動(dòng)化設(shè)備中的具體應(yīng)用進(jìn)行深入研究，在具體闡述后，詳細(xì)提出了在電氣自動(dòng)化設(shè)備可以正常運(yùn)行的情況下，如何確保PLC 變頻節(jié)能技術(shù)的節(jié)能效果實(shí)現(xiàn)最大化[1]。

1 變頻器及節(jié)能原理

1.1 變頻器的組成結(jié)構(gòu)

實(shí)際上，通過(guò)采取科學(xué)有效的方法將微電子技術(shù)與變頻技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，以改變電機(jī)工作時(shí)的電源頻率來(lái)有效控制交流電動(dòng)機(jī)設(shè)備的儀器稱(chēng)之為變頻器[2]。變頻器的主要組成部件包括逆變器、濾波、整流、檢測(cè)單元、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元等，通過(guò)改變電源頻率的方式使得電源電壓出現(xiàn)變動(dòng)，并在電機(jī)運(yùn)行需求的基礎(chǔ)上確保電源和電壓供應(yīng)充足，確保變頻和調(diào)速的智能化特征。除此之外，變頻器還有保護(hù)功能，如對(duì)過(guò)電流、過(guò)電壓、過(guò)載等進(jìn)行保護(hù)。隨著科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，變頻器技術(shù)也在持續(xù)更新和完善，且泛應(yīng)用到了同自動(dòng)化相關(guān)的生產(chǎn)和控制程序中，使得電氣自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行效率大幅度提高。

1.2 變頻器節(jié)能原理

由于電力半導(dǎo)體具有通斷功能，而變頻器節(jié)能原理就是以此為基礎(chǔ)對(duì)工頻電源的頻率進(jìn)行調(diào)整和控制，確保設(shè)備電能實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。當(dāng)前，對(duì)于市場(chǎng)中應(yīng)用最為廣泛的變頻器來(lái)說(shuō)，主要的變頻控制模式是交流-直流-交流方式。在整流器的作用下可將工頻中的交流電源轉(zhuǎn)化成直流電源，之后通過(guò)控制電壓頻率的方式為電機(jī)提供交流電，在確保設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，還能減少電源方面的消耗。對(duì)于變頻器電流系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要由四部分組成，分別是整流、逆變器、控制器和中間直流，在整流環(huán)節(jié)中涉及了三相橋式不可控制器，逆變部分中的逆變器型號(hào)則是IGBT 三相橋式，在輸出過(guò)程中以PWM 波形方式，中間直流環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)需要依靠直流儲(chǔ)能、濾波、緩沖無(wú)功功率等方式。

對(duì)變頻器調(diào)速進(jìn)行控制可確保設(shè)備負(fù)載轉(zhuǎn)速，同時(shí)還能有效控制供電電流的頻率，并據(jù)電壓調(diào)節(jié)需求將電能提供給電機(jī)設(shè)備，使其可以穩(wěn)定運(yùn)行。若是轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，就說(shuō)明電機(jī)在高效運(yùn)行，不僅減少了能量消耗，還有效改善了電機(jī)啟動(dòng)效率，進(jìn)而保護(hù)電機(jī)和負(fù)載設(shè)備，同時(shí)還能進(jìn)一步延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。需要注意的是，對(duì)變頻技術(shù)進(jìn)行充分利用，還能大幅度增強(qiáng)電機(jī)復(fù)雜設(shè)備的精準(zhǔn)性水平。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，在風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)等設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用變頻技術(shù)，可將節(jié)能效應(yīng)充分發(fā)揮出來(lái)，節(jié)電效率超過(guò)了30%，具有極為突出的節(jié)能效果。

2 PLC 變頻節(jié)能技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

PLC 技術(shù)是通過(guò)對(duì)編程邏輯進(jìn)行充分應(yīng)用后實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的控制器，是20 世紀(jì)60 年代在美國(guó)研發(fā)的，最初研發(fā)者是通用汽車(chē)公司，經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展成熟逐漸在實(shí)際工作中得到應(yīng)用?，F(xiàn)在通用的PLC 則是將繼電器和接觸器控制作為基礎(chǔ)，在引入計(jì)算機(jī)技術(shù)后，可適應(yīng)工業(yè)發(fā)展。應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)可有效降低傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)保持額定頻率產(chǎn)生的能源浪費(fèi)，確保電氣設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。在工業(yè)和建筑方面均有變頻技術(shù)的應(yīng)用，一般有三相異步電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)景，變頻技術(shù)都會(huì)存在。

2.1 編程方便

實(shí)際上，PLC 變頻節(jié)能技術(shù)是對(duì)數(shù)學(xué)中的梯形圖形語(yǔ)言進(jìn)行充分利用來(lái)表達(dá)電氣自動(dòng)化設(shè)備控制過(guò)程，同繼電器對(duì)線路進(jìn)行控制的原理基本類(lèi)似。通過(guò)利用梯形圖語(yǔ)言表達(dá)時(shí)有很多優(yōu)點(diǎn)，而直觀簡(jiǎn)單則是突出的優(yōu)點(diǎn)。PLC 變頻節(jié)能技術(shù)主要是借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)在存儲(chǔ)器中編入使用程序，方便在使用中PLC 變頻技術(shù)可第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，同時(shí)還能方便用戶及時(shí)維修。

2.2 增強(qiáng)工作可靠性

對(duì)于電氣自動(dòng)化設(shè)備來(lái)說(shuō)，其的可靠性特點(diǎn)較為突出，在工業(yè)環(huán)境中引入PLC 變頻節(jié)能技術(shù)，均保證了軟硬件措施的可靠性水平，軟件采取了故障檢測(cè)，硬件則選擇了抗干擾措施，如電磁屏蔽等，這些防干擾措施的制定均能有效增強(qiáng)電氣自動(dòng)化設(shè)備的可靠性水平[3]。

2.3 使用簡(jiǎn)單

在PLC 變頻節(jié)能技術(shù)日常應(yīng)用中，無(wú)需結(jié)合其他復(fù)雜電路設(shè)備，單獨(dú)的PLC 變頻節(jié)能技術(shù)就能工作，在控制電氣自動(dòng)化設(shè)備中，可對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行有效控制。對(duì)于第一次使用PLC 變頻節(jié)能技術(shù)的群體來(lái)說(shuō)，只需根據(jù)說(shuō)明書(shū)指引就能正常操作，可對(duì)PLC變頻節(jié)能技術(shù)進(jìn)行熟練應(yīng)用。因PLC 變頻節(jié)能技術(shù)操作簡(jiǎn)單，才能在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

2.4 通用性好

PLC 變頻節(jié)能技術(shù)的通用性好主要是因該產(chǎn)品在不斷更新?lián)Q代，且系統(tǒng)化特點(diǎn)突出，使得PLC 變頻節(jié)能技術(shù)的多型號(hào)、品類(lèi)齊全的特征較為明顯，對(duì)應(yīng)的功能模塊也具有多樣性水平，用戶可以在多種規(guī)格型號(hào)的PCL 變頻節(jié)能技術(shù)中選擇最為適宜的，還能結(jié)合多種PLC 變頻節(jié)能技術(shù)，并有效利用各種PLC 變頻節(jié)能技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而滿足各種系統(tǒng)硬件需求。

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

3.1 在電梯系統(tǒng)中的應(yīng)用

將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到電梯系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益的最大化。作為城市化建設(shè)的重要設(shè)備之一，電梯在人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中占據(jù)突出地位。由于電梯需要24h 連續(xù)不間斷運(yùn)行，需要始終保持待機(jī)狀態(tài)，該過(guò)程同不同電氣設(shè)備的關(guān)聯(lián)較大，整體構(gòu)成的復(fù)雜性特征突出，實(shí)際能量消耗較大。對(duì)電梯開(kāi)展節(jié)能化設(shè)計(jì)很有必要，首先保證電梯始終安全運(yùn)行，其次是引入變頻節(jié)能技術(shù)，在對(duì)動(dòng)量進(jìn)行合理化調(diào)節(jié)的過(guò)程中，需要結(jié)合重物對(duì)曳引機(jī)拖動(dòng)負(fù)載的轎廂質(zhì)量變化情況，確保電梯運(yùn)行時(shí)的整體能耗均較低。實(shí)際上，在電梯運(yùn)行中，相關(guān)負(fù)載數(shù)值也會(huì)有變化，電梯內(nèi)的電動(dòng)機(jī)功率、電流值隨之上升，將PLC 變頻節(jié)能技術(shù)引入后，可控制電梯系統(tǒng)變動(dòng)損耗值及規(guī)定損耗值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，確保電梯保證持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。該技術(shù)的主要應(yīng)用原理是對(duì)電頻機(jī)械動(dòng)能及三相交流變頻電壓進(jìn)行有效控制，充分發(fā)揮曳引機(jī)的機(jī)械動(dòng)能，通過(guò)控制芯片的方式保證釋放的機(jī)械動(dòng)能的穩(wěn)定性水平。

3.2 在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

變頻技術(shù)在我國(guó)企業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，而將其應(yīng)用到空調(diào)領(lǐng)域，可將暖通設(shè)備的節(jié)能功效發(fā)揮出來(lái)。當(dāng)前，建筑空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用中涉及多種電氣自動(dòng)化設(shè)備，因空調(diào)能耗較高，人們以前往往感嘆買(mǎi)得起用不起，主要原因就是空調(diào)消耗的電能較大。隨著人們生活水平的提高，幾乎家家戶戶都安裝有空調(diào)，而變頻節(jié)能也成為空調(diào)的主要賣(mài)點(diǎn)，通過(guò)應(yīng)用PLC變頻節(jié)能技術(shù)，可將空調(diào)系統(tǒng)的整體能耗降到最低，對(duì)于切實(shí)增強(qiáng)節(jié)能效果具有十分重要的意義?？照{(diào)系統(tǒng)的主要組成部分是水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)，通過(guò)匯總變頻節(jié)能技術(shù)，重點(diǎn)就是利用電動(dòng)二通閥來(lái)調(diào)節(jié)水系統(tǒng)末端裝置，并對(duì)相關(guān)流量進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計(jì)中的冷水和熱水主管道都具有獨(dú)立性特征，冷凝管熱水不會(huì)經(jīng)過(guò)同一管道就能控制能耗[4]。將異程式建設(shè)法、同程式建設(shè)法分別應(yīng)用到冷熱水主管道及支管道中，可在空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)房分水器中設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)平衡閥，保證配備的環(huán)路供水管的有效性水平。此時(shí)，隨著冷水系統(tǒng)流量發(fā)生變化，支管道仍舊可以保持平衡，為系統(tǒng)制冷提供支持，同時(shí)還能滿足供暖需求。另外，還可以將智能軟件安裝到空調(diào)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)空調(diào)水泵電壓，并在通風(fēng)系統(tǒng)中設(shè)置新風(fēng)和風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)，空調(diào)就能實(shí)現(xiàn)制熱和制冷的功能，還能將整體的能耗減少。根據(jù)市場(chǎng)發(fā)展需求，空調(diào)企業(yè)應(yīng)對(duì)該技術(shù)不斷進(jìn)行強(qiáng)化，切實(shí)提高整體能效指標(biāo)水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。為適應(yīng)該效能指標(biāo)要求，各大企業(yè)通過(guò)對(duì)能效指標(biāo)積極改進(jìn)，對(duì)相關(guān)技術(shù)積極探索，并取得了顯著成績(jī)。

3.3 在交通監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

因社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的交通運(yùn)輸業(yè)也得到了迅猛發(fā)展，再加上人們生活水平的提高，城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)的汽車(chē)數(shù)量逐年攀升。因車(chē)輛過(guò)多，若是缺少科學(xué)有效的交通管理設(shè)備，就會(huì)造成交通阻塞或引發(fā)車(chē)禍等問(wèn)題，再加上部分人綜合素質(zhì)偏低，使得亂闖紅燈、不在規(guī)定車(chē)道駕駛或酒駕的現(xiàn)象較為常見(jiàn)，為了遏制這種違規(guī)行為，需要應(yīng)用到監(jiān)控設(shè)備。而將十字信號(hào)燈安裝到各個(gè)道路的十字路口，可有效解決交通堵塞問(wèn)題。在PLC 變頻技術(shù)的基礎(chǔ)上可控制各個(gè)十字路口的信號(hào)燈情況，再加上外界環(huán)境對(duì)PLC 變頻節(jié)能技術(shù)沒(méi)有太大影響，很少有特殊情況出現(xiàn)。另外，PLC 變頻節(jié)能技術(shù)中有定時(shí)器系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)信號(hào)燈，再加上自身的通信聯(lián)網(wǎng)功能龐大，在該功能的基礎(chǔ)上可串聯(lián)整條街的信號(hào)燈，進(jìn)而組成局域網(wǎng)。在PLC 變頻節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)上可對(duì)整片區(qū)域內(nèi)局域網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得車(chē)輛等待信號(hào)燈的時(shí)間大幅度縮短，還能有效避免交通擁擠。PLC 變頻節(jié)能技術(shù)可在監(jiān)控中進(jìn)行應(yīng)用，在交通指揮中，交警并不能時(shí)刻注意所有車(chē)輛，再加上一部分人群存在僥幸心理，根本不按照交通法規(guī)法則要求進(jìn)行，會(huì)有亂闖紅燈的情況，借助于PLC 變頻節(jié)能技術(shù)可對(duì)各個(gè)路口的車(chē)輛進(jìn)行監(jiān)控，以第一時(shí)間抓拍亂闖紅綠燈或超速車(chē)輛，減輕了交警工作強(qiáng)度。

3.4 在采煤機(jī)中的應(yīng)用

在煤礦機(jī)電設(shè)備中，除了帶式傳輸及風(fēng)機(jī)應(yīng)用到PLC 變頻技術(shù)，其在采煤機(jī)中也得到了廣泛應(yīng)用。作為煤礦機(jī)電設(shè)備的重要組成部分，應(yīng)用中具有較強(qiáng)的綜合性水平，再加上日常使用中的復(fù)雜性特征突出，對(duì)電能消耗也較高，是采煤機(jī)使用中的最大缺陷。通過(guò)現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的，而PLC 變頻技術(shù)作為現(xiàn)代化技術(shù)的代表，將其應(yīng)用到采煤機(jī)中可調(diào)控采煤機(jī)運(yùn)行速度，減少采煤機(jī)運(yùn)行中的能源消耗，還能增強(qiáng)采煤機(jī)運(yùn)行的安全系數(shù)，確保采煤機(jī)安全高效地工作。

3.5 在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用

通常情況下，照明系統(tǒng)主要是在建筑內(nèi)部，是電氣自動(dòng)化設(shè)備的主要組成部分。在照明系統(tǒng)應(yīng)用中，電能消耗問(wèn)題較為嚴(yán)重，也引起了人們的高度關(guān)注。將照明系統(tǒng)應(yīng)用到PLC 變頻節(jié)能技術(shù)中，在對(duì)照明情況進(jìn)行改善的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)節(jié)約用電。對(duì)于傳統(tǒng)照明系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于燈光需要始終保持同等亮度，而引入變頻節(jié)能技術(shù)，根據(jù)外界環(huán)境變化對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)整，在減少電能消耗的同時(shí)，還能充分發(fā)揮出1PLC 變頻節(jié)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。另外，PLC 變頻節(jié)能技術(shù)可以對(duì)傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的缺陷問(wèn)題進(jìn)行彌補(bǔ)，保證建筑物內(nèi)部的燈光始終保持良好狀態(tài)，進(jìn)一步增強(qiáng)照明系統(tǒng)應(yīng)用效果。

4 結(jié)論

綜上所述，在現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展體制中，節(jié)能問(wèn)題一直是全社會(huì)較為關(guān)注的熱點(diǎn)，大量能源消耗會(huì)破壞整個(gè)生態(tài)環(huán)境，對(duì)人類(lèi)長(zhǎng)期的生活環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展均會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。再加上信息化社會(huì)中對(duì)電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，會(huì)有更多的能源消耗，而PLC 變頻節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用，可減少設(shè)備能源消耗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。未來(lái)，伴隨著PLC 變頻技術(shù)的不斷升級(jí)和完善，不管是在大型自動(dòng)化設(shè)備和工業(yè)控制領(lǐng)域方面的實(shí)踐，還是同人們生活密切相關(guān)的產(chǎn)業(yè)均能得到長(zhǎng)足發(fā)展。同時(shí)還能為環(huán)保節(jié)能型社會(huì)提供堅(jiān)實(shí)的后盾，確保人們生活水平快速提升。