PLC變頻節能技術在電氣自動化設備中的應用研究

李　琦

(焦作市技師學院電氣工程系，河南 焦作　454000)

近年來，相關產業生產者開始對電氣自動化設備中的節能率管理加以重視，電氣自動化的節能處理是基于電氣辦公設備方面的節能控制管理，以及電氣通信設備的控制管理。PLC 自動控制技術的編程優勢促使其在數控領域具有廣泛地應用價值，例如：監控排水空調、通風、采暖、變電等設備的運行狀態，保證設備的充分利用，及時采取控制措施，以便更好地節約能源。

由于受到電氣自動化設備自身條件的限制，傳統技術經常無法實現節能控制。例如：無法將水壓系統和空調系統的運行效率控制到最佳狀態，無法將照明系統的照明量按需求提供給需求方等。PLC變頻節能技術能夠將傳感器技術、實時控制技術以及計算機通信技術有效融合在一起，保證電氣自動化設備的節能效果達到最理想的狀態[1]。

對PLC變頻節能技術在電氣自動化設備中的應用進行廣泛而深入的研究，重點分析PLC變頻節能技術在電梯系統、空調系統和照明系統三方面的應用。通過這三方面的具體闡述，從而剖析PLC變頻節能技術在保證電氣自動化設備的正常運行前提下，如何最大程度實現節能[2]。

1　PLC變頻節能技術原理

變頻節能技術在電氣設備當中的應用目前為止多集中于電梯設備、建筑電氣設備、空調設備及通風設備等。企業生產中, 電氣設備最為顯著的特點就是需要長時間高速運行, 這對于任何一種機械設備而言要求都不低。在實際使用過程當中為了保證電氣設備始終具備充足的動力又不出現能源浪費, 就需要在電氣設備當中采用變頻節能技術。

所謂變頻節能技術, 其基本原理就是利用半導體元件來對工頻電流信號進行轉化, 在將其轉化成為其他頻率信號之后再轉換成為直流電, 利用逆變器對電壓和電流的控制作用來實現對機械設備狀態的調節, 最終實現電氣設備調速。電氣設備變頻是通過電流頻率來控制轉速, 從而保證電氣設備的自動節能運轉。

2　PLC變頻節能技術在電梯系統中的應用

電梯的使用給人們帶來了極大的方便，電梯的主要性能是安全可靠，所以在對電氣自動化節能設備的追求目標也在不斷提高，電氣自動化設備的研究也越來越多。

目前的電氣自動化設備電氣體系主要由以下幾部分組成，見圖1。

圖1　電氣自動化設備電氣體系

由圖1可知，電氣自動化設備相當復雜，高層建筑電氣控制系統由電梯設備、空調設備、排水設備、通風設備等多部分組成，消耗大量的能量，因此研究的重點是如何保證各個系統有序、安全、智能、節能的運行[3]。

電梯系統是一個復雜的系統，由多種電氣自動化設備共同組成，在運行過程中需要消耗大量的能源。PLC變頻節能技術能夠有效控制電梯系統中的電氣自動化設備的能量消耗。電梯的曳引機在拖動負載時，會依據轎廂的質量進行一定的調整，PLC變頻節能技術可以利用重物對轎廂之間存在的動量差進行調節，避免多余能量的消耗，有效節約電梯系統的整體耗能。

PLC變頻節能技術通過對電梯系統自身的工作狀態要求,進行電梯系統的PLC軟件開發,通過軟件開發的特點,結合PLC自身的控制規律,設計出可實現一定功能的PLC電梯控制系統，來實現變頻節能。電流功率計算公式如下所示[4]：

(1)

式中η——電氣自動化設備中電動機的效率；p2——電動機在有功情況下功率輸出值；p1——電動機在有功情況下功率輸入值；∑p——電動機的總消耗值。

電梯在啟動之后，負載情況便會出現改變，電梯內部電動機的功率不斷上升，電流值也處于上升階段。PLC變頻節能技術可以將變動損耗值和固定損耗值達到一致，保證電機處于最佳運動狀態，產生最大的節能效果[5]。PLC變頻節能技術是利用電梯電頻的機械動能再加上三相交流變頻電壓所控制，從而使電氣節能設備充分利用，確保電梯利用曳引機釋放機械動能，同時通過控制芯片，對電梯加以加速減速，使電梯穩定的釋放出機械動能。

3　PLC變頻節能技術在空調系統中的應用

目前，變頻技術己經在企業生產領域內得到了充分的利用。在研究了PLC變頻節能技術的基本概念和原理的基礎之上，盡可能地分析其在生產領域內的實際應用狀況。

空調系統應用大量的電氣自動化設備，對能源產生巨大消耗，PLC變頻技術能夠有效控制空調系統中的能源消耗，從而實現節能。空調系統由水系統和風系統兩部分組成，PLC變頻技術利用電動二通閥調整水系統末端裝置的流量，冷熱水的主管道獨立存在，二者通過不同的管道流入。主管道采用異程式的方法建設，支管道采用同程式的方法建設，在空調主機房的分水器各個環路供水管上放有動態平衡閥，空調供水管支管道上安置數字鎖定平衡閥，當冷水系統發生流量變化時，各個支管道也能維持在平衡狀態，有效維持系統的穩定性，既保證制冷，也保證了供暖，PLC變頻技術在空調系統中安裝智能軟化裝置，有效調節空調中水泵電壓[6]。

空調風系統中安裝風機盤管系統和新風系統，風機盤管系統具有夏天制冷，冬天制熱的功能[7]。新風系統在夏季能夠有效制冷，冬季就會停止運行。當風量超過每小時5 000 m3后，PLC變頻技術就會自動啟動熱回收裝置，空調新風在入口處將電動密閉風閥與風機聯合，新風回風及送風調節閥均為電動風量調節閥。在春季和秋季這樣的過渡季節，全新風將會運行。PLC變頻節能技術在空調系統中的應用概括如表1所示。

表1　PLC變頻節能技術在空調系統中的應用

4　PLC變頻節能技術在照明系統中的應用

照明系統由大量的電機自動化設備組成，這些設備集中工作為人們的生活提供便利，但是也會造成能源浪費。

PLC變頻節能技術在照明系統中配置電子鎮流器，COS%>0.9，色溫設定在3 500～6 500 K，光源顯色指數值始終大于85，從而對不同場所的照明系統實行節能控制，得出來的節能效果如表2所示。

表2　照明系統節能控制效果

由表2可知，PLC變頻節能技術安裝在照明系統的電氣自動化設備中具有如下優勢：光照效率高，光衰小，光照功率低，占用體積小，使用壽命更長。

PLC變頻節能技術大大降低燈具的瓦數，利用LED燈源取代傳統照明燈源，對電能源的消耗率可以降低到50%，同時在各個照明箱中安裝HW-BA5204模塊，有效降低室內光照強度，縮短光照時間，從而達到節能效果。PLC變頻節能技術能夠準確地對照明系統的照明量進行計算，計算式為：

(2)

式中W——照明燈的額定功率，(kw/臺)；T——照明燈的照明時長，h；E——平均照明亮度；A——照明面積，m2；U——照明率；F——照明光束長度，m；M——照明系統；Uη——綜合功率，(F/W)。

通過式(2)計算出系統照明量，從而加以節能控制。PLC變頻節能技術在不同季度中，節能效果不同，但是對電氣自動化設備的總體節能水平都能達到30%。

5　結語

本文闡述了PLC變頻控制技術在電氣自動化方面的應用，直接分析了此技術在生產節能降耗方面的優勢。PLC變頻節能技術能夠在保證電氣自動化設備正常運行的前提下，最大程度減少能量損耗。

PLC變頻節能技術廣泛應用在電梯系統、空調系統、照明系統的電氣自動化中，并且能夠很好地實現節能效果，是未來必然的發展方向。希望本文可以對今后研究PLC變頻節能技術在電氣自動化設備中的應用提供幫助。

參考文獻：

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[6]孟祥軍.民爆行業自動化設備應用的安全問題探討[J].科技與企業, 2014(22): 170-170.

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