試論電氣自動化設備中PLC變頻節能技術的應用

苗慧博 李軍

[摘? ? 要 ]近年來，隨著全球經濟的飛速發展，資源消耗的逐步增加，資源短缺問題已經阻礙世界經濟發展的主要問題。節能增產是當前多數行業的主要生產管理目標。PLC變頻節能技術是目前應用最為廣泛的技能技術之一，在智能化設備的管理和節能中有著顯著的效果。可以有效提高電氣設備的工作效率，降低電器設備使用能耗。本文研究由此出發，對電氣自動化設備中PLC變頻節能技術的應用進行研究分析，旨在為我國節能技術的研究提供借鑒。

[關鍵詞]電氣自動化設備;PLC變頻節能技術;應用分析

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]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

我國對電氣自動化技術的研究起步較晚，雖然近年來取得了多項研究成果，但與西方先進國家相比仍存在一定差距。近年來我國加大了對電氣自動化技術的研究，在節能技術角度投入了更多的研發精力。PLC技術是目前綜合應用效果最好的節能技術之一，使用空間十分廣泛，在石油、煤炭、航空、鋼鐵、制藥等領域均有著廣泛的應用。PLC技術利用半導體對電氣設備的電流信號變化進行有效的控制，從而實現對電氣設備能耗的優化以及降低。

1 PLC技術簡介

1.1 PLC技術

PLC技術的本質是一種通過指令程序對設備運行進行控制的技術，是通過電力線路進行數據與話音信號傳輸的通訊方式。該技術最早由美國科學家與20世紀60年代初期研發應用，當時主要用于汽車的控制系統中。經過幾十年的不斷發展和進步，逐漸發展成目前應用十分廣泛的PLC技術。PLC技術最大特點是可以預先設置對應的指令程序，對設備進行差異化的智能控制，工作人員可以根據設備特點編寫出相應程序，并根據實際運行情況進行不斷的優化和調整，實現對電氣設備的長期自動控制。

1.2 變頻技術

變頻技術是通過對電流頻率進行調整實現對電機轉速的控制，與其他設備控制技術相比，變頻技術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差損耗，可以有效提供設備的控制水平，降低控制能耗。變頻技術核心部件為變頻器設備，變頻器由整流器、逆變器以及控制電路組成。變頻技術的出現解決了傳統直流電機在運行中只能使用相同轉速運行，不能根據生產的實際情況改變轉速造成的資源浪費問題。

1.3 PLC變頻技能技術

一直以來節能技術都是機電設備發展中重要的發展方向之一，在資源日漸匱乏的背景下，機電設備運行中的節能降耗技術已經成為業界的發展熱門，變頻節能技術基于PLC變頻技術，直接組用于交流電機，再改變電機速度，從而實現對設備輸出功率的人為控制，讓機電設備的運轉狀態以及能源分配更為科學合理，對化工行業、石油行業、以及民用機械設備節能控制有重要的意義。

如石油行業在游梁式抽油機中可以通過控制電機轉速平衡載荷，實現抽油機設備運行中的能量平衡，最大限度的優化了能源消耗，民用電氣設備中，如變頻中央空調，可以根據室內溫度、室外溫度以及墻體保溫能力，智能的控制空調工作時間以及工作溫度，不僅可以降低中央空調的能源消耗，還可以恒定的維持室內溫度，降低溫控差值，提高環境舒適度。

2 電氣自動化設備中PLC變頻節能技術的應用優勢分析

2.1 抗干擾能力強

PLC變頻技術依靠變頻器實現變頻控制功能，變頻器中應用了大面積的集成抗干擾電路，對多種干擾因素有很強的抵抗能力，有效降低了電氣設備對使用換進的苛刻需求，也提升了電氣設備在工作中的穩定性。PLC變頻技術可以對電源以及輸入電路進行單獨的接口設置，讓工作人員可以根據設備的實際使用環境進行進一步的抗干擾設計和處理，根據實際的干擾因素，從安裝和維護角度分別進行抗干擾的強化，從而更高的保障PLC變頻節能技術在電氣自動化設備中的安全運行。

2.2 應用成本低

PLC變頻技術是一種附加技術，在保留電氣設備原有結構的基礎上，加裝變頻器和控制設備實現設備的變頻節能，無需對設備本身進行大規模的改造，成本低廉。同時安裝十分便捷，操作也十分簡便，工作人員只需要掌握相應的控制方法就可以進行熟練操作，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險。

2.3 控制效率高

PLC技術通過改變電機設備的輸入電流頻率對電機轉速進行控制，從而優化設備的能源消耗。在實際的應用過程中，PLC技術具有極強的介入性，無需與所有電氣設備建立直接聯系，就可以實現對電氣設備的自動化控制，控制效率相對較高。設備安裝流程也十分簡單，只需要在電氣的配電設備中加裝變頻器與控制器，就可以實現按預定程序的變頻控制。同時PLC變頻技術還包含了故障檢測和識別的能力，在設備發生故障時，可以迅速識別故障位置以及故障原因，并向工作人員發出故障預警。

2.4 可靠性高

現階段的PLC變頻設備的主控電路已經具備較強的抗干擾能力，對多種環境干擾因素有強的識別以及對抗能力，同可以時在高溫和低溫環境下穩定運行，這點在油田企業中體現的尤為明顯。PLC變頻設備主要應用于地面采油設備的電機轉速控制中，多數地面采油設備處于漏天環境下，環境干擾因數眾多，同時冬季氣溫較低，對節能設備的運行可靠性有很高的要求，PLC變頻技術可以有效解決上述問題。

3 PLC變頻節能技術在電氣自動化設備中的應用分析

3.1 PLC變頻節能技術在帶式傳輸機中的應用分析

帶式傳輸機是目前煤炭資源開采中的使用頻率較高的電氣設備之一，也是我國最早應用PLC變頻節能技術的電氣設備之一。帶式傳輸設備通過履帶進行傳動實現屬于功能，工作中依靠傳動帶與傳動輪之間的摩擦力作為主要牽引力實現其傳輸的功能。帶式傳輸機結構簡單，工作穩定同時制造價格十分低廉，在煤炭行業應用十分廣泛。煤炭企業使用得帶式傳輸機一般使用電機作為主要的動力端，電機的輸入電流對電機輸入功率有直接的影響。

帶式傳輸機在工作中皮帶與動力輪之間存在較大的磨損情況，在功率設置與實際運輸重量不相符時，磨損程度會進一步的增加，導致出現皮帶斷裂的故障，極大的降低了帶式運輸機的運行穩定性以及使用壽命，間接的增加了煤炭企業的生產成本，PLC技術可以有效的解決上述問題。首先應用PLC技術后可以根據設備的實際運輸需求進行電機轉速的控制，實現了設備工作負荷的智能化調整，降低了設備出現磨損加劇以及高溫的情況，確保設備運行拿權。其次PLC技術可以實現對帶式傳輸機的電路保護作用，通過控制輸入電流減少設備過載現象的發生概率，提高工作穩定性。

3.2 PLC變頻節能技術在采煤機中的應用

在煤炭開采領域除去帶式傳輸機外，采煤機中PLC變頻技能技術也有著較多的應用空間，采煤機是綜合功能性最強的采煤機械設備之一，是采煤機械設備的重要組成部分。但采煤機結構十分復雜，能源消耗量也十分巨大，目前采煤機的耗能是煤炭開采中主要的成本產生環節之一，也是采煤機最大的取消之一。PLC變頻技能技術可以有效的降低采煤機設備能耗，供更多對采煤機運行速度的調控實現節能的目的，同時也提高了采煤機設備的運行安全，減少了工作中各類風險的發生可能，增加設備的運行安全系數。

3.3 PLC變頻節能技術在風機中的應用分析

煤炭在開采過程中會產生的大量粉塵，礦下粉塵濃度過高時，會造成中毒、瓦斯爆炸等多項嚴重的生產事故，因此煤炭開采過程中對風機和通風設備具有極大依賴性。傳統風機可以實現對礦下空間的通風換氣功能，但風機功率固定，在礦下粉塵濃度較低時仍保持較高的運轉功率，造成能源浪費。基于PLC技術的風機設備，可以通過粉塵濃度傳感器的實時檢測數據，對風機功率進行動態的調整，確保風機功率符合排風換氣的功率需求，既確保了井下通風的功能需求，也降低了風機設備的能源消耗。

3.4 在中央空調中的應用

在中央空調中應用變頻器后，可以實現中央空調的變頻調速以及軟啟動與停止功能。

3.4.1 中央空調變頻調速

變頻調速功能在冬季中央空調制冷作業中應用較多，多數中央空調制冷電機的額定功率是根據使用地區熱交換最大值時設計的，但由于存在晝夜溫差以及四季溫差，以及室內環境，空調電機難以維持全過程中的合理功率配給，多數時候熱交換值對功率的需求遠小于電機額定功率，造成了空調功率長時間過高的現象，如果調整電機額定功率，則會造成在熱交換量最大的時間內，空調智能能力不足的現象。中央空調通過制冷液流動實現制冷，電機耗電量決定電機的轉速以及舒飛虎功率，電機輸出功率與電機轉速成正比，轉速與電機的供電頻率成正比，在進行PLC變頻改造后的中央空調系統，可以根據實際的熱交換值進行電機轉速的控制與調整，間接的調整了供電頻率與輸出功率，實現了中央空調變頻節能功能。

在中央空調系統中，冷、暖的輸送介質通常是水，在末端將與熱交換器充分接觸的清潔空氣由風機直接送入室內，從而達到調節室溫的目的。在輸送介質（水）溫度恒定的情況下，改變送風量可以改變帶入室內的制冷（熱）量，從而較方便地調節室內溫度。這樣，便可以根據自己的要求來設定需要的室溫。調整風機的轉速可以控制送風量使用變頻器對風機實現無級變速，在變頻的同時，輸入端的電壓亦隨之改變，從而節約能源，降低系統噪音，其經濟性和舒適性是不言而喻的。

中央空調水系統中，對冷媒水泵和冷卻水泵采用變頻控制能起到顯著的節能效果，變頻控制技術在冷媒水二次泵及高層建筑高區空調水系統中的應用得到推廣，在一次泵冷媒水系統和冷卻水系統中的應用也是可行的。但需針對工程的具體情況進行精心的設計，才能既達到應有的節能效果，又保證空調系統和設備的安全運行。此外，中央空調變頻設備安裝十分便捷，無需對整個空調系統進行大規模的改動，具備經濟可行性以及技術可信性。

3.4.2 軟啟動與停止功能

中央空調在直接啟動時，電機需要克服啟動阻力，需要更大的啟動電流支持，才可以順利啟動，一般啟動電流為正常運轉電流的3～7倍，會對供電網絡造成巨大的沖擊，對電網容量要求極高。同時巨大點瞬間電流和設備振動會對供電網絡和設備造成損傷，較少設備的使用壽命，啟動中存在水錘效應，也帶來管道破裂等風險隱患。而應用PLC變頻節能技術后的中央空調設備則可以很好的規避上述問題，經過PLC變頻改造技術的中央空調設備，可以通過頻率調節來在很寬的范圍內利用變頻器實現軟啟動工作，啟動電流從0開始，逐步增加至啟動所需電流，規避了直接大電流啟動對設備造成的傷害和風險隱患。

4 結語

PLC變頻技能技術是一種通過變頻器設備改變機電設備電機電流頻率的節能技術，依托控制系統，通過預設程序實現對機電設備運行功率的自動控制及優化。本文介紹了該技術在煤炭開采主要優勢以及實際應用價值，PLC變頻節能技術在石油行業、鋼鐵行業、制造行業也有著廣泛的應用。PLC技術是一門功能成長性很強的技術，在實際應用中也逐步發現了其強大的升級功能，有待進一步的研究發展。

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