基于PLC的變頻器調速系統設計

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

在微機控制技術不斷發展的新形勢下，PLC迎來了巨大的發展機遇。在交流調速系統中，以數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速系統的功能，賦予了交流調速系統較強的可操作性以及可靠性，對于裝置以及設置具有重要的作用。因此，對基于PLC的變頻器調速系統設計進行研究在交流調速系統的深入發展和廣泛應用中意義重大。

1 風機變頻調速的作用

變頻調速技術有機的結合了其他技術和設備的優點，在調速系統中具有無可比擬的競爭優勢，同其他調速方式相比，變頻器不僅體積相對較小，具有較高的精度和較輕的質量，還采用了一系列的先進工藝，具有多樣的應用功能，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用奠定了堅實的基礎。所以，近年來，變頻器在工業領域中得到了廣泛的應用。除此以外，變頻器具有較低的成本，在調速系統中的應用也將產生更加積極的意義。變頻器調速系統應用一方面能夠通過降低能源消耗，有效的節約機械設備的運行成本，另一方面也能創造更好的節能效果。具體而言，風機變頻調速具有以下突出作用：首先，變頻調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，減輕了相關工作人員的工作負擔。第三，風機以及電機等設備采用變頻調節時，可以根據負荷率的實際情況及時靈活的調整自身的轉速，大大的減少了相關設備的磨損，延長了維護周期和設備的使用年限，有利于保障生產的持續、正常運行，節約了維護、檢修的費用［1］。

2 基于PLC的變頻器調速系統總體設計

2.1 系統技術要求

首先，基于PLC的變頻器節能自動通風系統中，通風機能夠開展軟啟動，靈活地切換運行方式，通風機的運行狀態可以在工頻以及變頻之間進行調整。其次，運行狀態為變頻的通風機能夠以管網阻力的具體實際情況為依據對自身的轉速進行自動化的調節，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對通風機的轉速進行自動化的調整，減少或者杜絕了有害氣體濃度過高造成的影響。發生異常情況時，變頻器調速系統能夠及時的進行報警，并采取行之有效的處理措施，對風機的狀態進行適當的調整。最后，綜合應用上位機控制軟件以及PLC進行監控系統的設計，能夠以在線控制的方式對通風機的局部運行情況進行監視、控制以及管理，并以有關的參量為依據開展實時性的監控。

2.2 系統整體設計方案

基于PLC的變頻器調速系統是以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節，以此對風機的轉速進行全面的控制，實現清新空氣、環保節能的效果。一般情況下，通風系統包含了觸摸屏、氣體傳感器、PLC、變頻器以及通風機等基本的設施設備和技術，其工作方式具有自動、手動以及工頻三種，其中，手動調頻方式為開環控制系統，自動調頻方式為閉環控制系統，如下圖1所示。在發生故障等異常情況時，工作方式能夠進行自動化的調節，有利于維護生產運行的穩定性以及安全性［2］。

圖1 開環、閉環控制系統

2.3 系統硬件選擇

系統設計經過驗證具有一定的可行性后，設計意圖的實現必須依靠硬件的有力支撐，所以，硬件的選擇相當關鍵。首先，PLC型號的選擇要充分的考慮系統的實際需要，特別是要充分的考慮系統的穩定性、可靠性以及控制的精度。另外，PLC還要具備較快的執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，全面的提高系統的控制能力以及靈活性，保障指令具有較快的執行速度。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、運行狀況以及參數設定，為系統提供更加豐富的應用功能，切實的提高控制力度和速度，實現對電路、電壓以及相關設備的保護，有效的規避故障問題。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、參數的修改以及設置功能，要優先選用具有較快的觸鍵反應、較豐富的系統和用戶畫面的觸摸屏，另外，要能夠對變頻器的工作狀態進行實時的監控和控制。最后，由于系統監測精度同有害氣體濃度息息相關、密不可分，所以，氣敏傳感器的選用相當關鍵。在選用氣敏傳感器時，要充分考慮工藝、材料以及敏感性，能夠對有關場所和設備的氣體檢驗提供報警、提醒等功能。

3 基于PLC的變頻器調速系統軟件設計

系統設計質量的高低同硬件以及軟件的組合有著緊密的聯系，所以，系統軟件設計也是一個不容忽視的環節。

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

2）系統主程序設計。系統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，調用程序以及設置時間，當有害氣體濃度超過一定的范圍時及時的進行報警，當發生異常情況或者有關的設備發生故障時，進行報警并提供相應的解決措施，能夠充分的保障系統的正常運行。子程序0可以初始化有關的參數，執行完控制程序后，當風機運行是以自動變頻的方式時，子程序0就會得到應用。當有害氣體濃度極限值超出了有關的范圍時，在子程序調用前，還應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，一旦發生異常情況時，就要及時的關閉主程序；當一切正常后接下來就調用子程序2，子程序2的主要功能在于對有害氣體的濃度進行采集，并計算有關數值的平均值。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置，否則，就進行寄存器的錄入，將電壓值轉化為數字量，并通過模擬控制器對通風機變頻方式進行調節。在主程序中，中斷程序的執行次數是以設置的中斷控制時間為依據的。

4 結語

雖然我國經濟的發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，特別是相比于發達國家，我國電量消耗相當的巨大，電能的利用率不高，對經濟的可持續發展造成了嚴重的影響。而對基于PLC的變頻器調速系統設計進行深入的研究不僅能夠有效地節約能源，還能創造巨大的經濟效益、社會效益以及生態效益，同時，基于PLC變頻通風系統的應用有著較強的可行性，具有美好的發展前景，因此，本文的研究有著深刻的意義。

［1］ 李寧.PLC在變頻閉環調速系統中的應用［J］.價值工程，2011，30（7）：151－153.

［2］ 張芬.基于PLC控制的變頻閉環調速系統設計［J］.工業儀表與自動化裝置，2014（4）：78－80.

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