變頻調速系統在制冷機組節能改造中的應用

韓 超

（大慶石化公司腈綸廠電儀車間，黑龍江大慶 163000）

0 引言

在當前可持續發展背景下，傳統制冷機組必須要積極進行節能改造，充分利用現代化技術，改變制冷機組運行方式。在變頻調速控制中，PLC 控制模塊使得變頻器具有更好的兼容性和抗干擾性，可以在各種條件下都保持較好的穩定性，發揮該控制方式的優勢。因此，制冷機組節能優化改造時，基于PLC 控制的變頻調速方式成為必然選擇。相關設計人員需結合制冷機組運行情況，引入PLC 控制變頻調速技術，有效調節整個機組運行參數，保持最為良好的運行狀態和制冷效果。

1 PLC 控制變頻調速技術在制冷機組中應用的意義

制冷機組運行中，基于PLC 控制的變頻調速具有突出優勢。觸摸屏和PLC 使得整個機組運行過程中，本地與遠程控制更為便捷和高效。機組運行過程中，控制系統可以實時自動采集和記錄運行數據、運行曲線等，使得制冷機組運行時，可以實現可視化管理與控制，達到最為理想的節能效果。與傳統制冷機組相比，該變頻調速系統控制下的制冷機組具有以下特征。

（1）節能控制。制冷機組中采用基于PLC 控制的變頻調速技術后，PLC 即可根據客戶在觸摸屏側設定的制冷系統吸氣壓力、吸氣壓力目標值，自動控制機組壓縮機的運轉頻率。在這一控制模式下，制冷系統回路冷量的輸出將更為穩定，使得機組運行過程中，壓縮機的啟停次數得到有效控制。壓縮機可以維持正常使用，提升了運行效率，達到了節能目標[1]。

（2）多重保護。制冷機組運行過程中，PLC 控制系統和變頻器在使用時，同樣需要高低壓壓差開關、油壓差開關、過電流繼電器、冷凍油液位控制器等。這些配套設施使得整個制冷機組在運行過程中，PLC 可以采集各種設備設施信息，進而通過有效分析信息，第一時間發現問題。出現異常情況后，控制系統會立即發出警報，相關模塊會立即啟動保護功能，避免突然的啟停等對其他部件造成損壞[2]。

（3）數字化管理。PLC 系統和變頻器本身具有一定的數字化和自動化特征，在制冷機組中應用，可以將觸摸屏作為交互窗口。有關人員可以直接在觸摸屏上開展相應的歷史數據查詢等操作，實現了數字化管理，管理更為高效和便捷。

2 基于PLC 控制的變頻調速系統在制冷機組節能改造中的應用

制冷機組運行過程中，制冷效率在很大程度上受到環境溫度的影響。因此，若要使制冷機組運行時保持最為良好的運轉狀態，就需要利用控制系統有效控制環境溫度，全面提升控制精度。若要滿足控制精度要求，就需要使控制系統具有更高的可靠性和操作便捷性。控制系統包含PLC 邏輯控制系統、變頻器和觸摸屏等（圖1），不僅可以滿足制冷機組的控制需求，也可以保持控制精度，使得整個機組可以保持穩定、可靠的運轉狀態。節能改造方案：利用2 臺冷卻泵M1、M2，2 臺冷凍水泵M3、M4，實現轉速靈活控制，大大提升其運行效率，減小能耗。

圖1 控制系統功能結構

2.1 控制系統硬件設計

冷卻泵主電路原理如圖2 所示，KM2 是M1 的變頻接觸器，只有當KM2 與M1 變頻器正常接通以后，才能夠保持正常運轉狀態。KM1 是M1 的工作接觸器，當KM1接通以后，原水泵的控制電路方可正常投入工頻運行。KM4 和KM3 分別作為M2 的變頻接觸器和工頻接觸器。在此過程中，2 臺冷卻泵的變頻接觸器都處于PLC 系統控制下。機組運行過程中，利用2 個薄溫度傳感器（PT100）有效控制冷卻水的出水和回水溫度。模擬量輸入模塊可以使得2 個薄溫度傳感器之間保持良好連接，運行時，傳感器獲得的數字量信息可以直接在PLC 控制模塊下實現運算和分析，模擬輸出模塊可以將運算結果有效轉化為所需的模擬量。在這一方式下，水泵轉速得到有效控制，節能效果顯著[3]。

圖2 冷卻泵主電路原理

2.2 控制系統的輸入/輸出分配和接線

PLC 是一種新型控制系統，微處理器是控制核心，可以有效處理各種輸入輸出數據。PLC 控制器中集成了計算機、半導體存儲和自動控制等多種現代化技術，其應用優勢非常突出。接線過程更為簡單、便捷和高效，即使是一些復雜的控制功能，同樣可以通過編程方式有效實現，不僅體現在邏輯控制上，還可以實現模擬量控制和順序控制，具有較高的可靠性和抗干擾性[4]。

在制冷機組運行過程中，PLC 控制的變頻調速系統可以使得并聯壓縮機的運行狀態控制更為便捷。借助于制冷系統中的吸氣壓力傳感器，PLC 控制器可以在系統運行時，自動實時采集吸氣壓力傳感器的吸氣壓力參數，在此基礎上變頻器就可以對輸出頻率實現更為精準的控制。PLC 還可以對制冷機組的安全性加以控制，使得制冷機組可以始終保持在最為理想的運行狀態。

2.3 人機界面畫面的制作與操作

基于PLC 控制的變頻調速技術在制冷機組節能改造過程中，人機界面主要為觸摸屏。人機界面形成以后，就可以在整個制冷機組運行過程中，靈活對另一臺計算機生成的信息數據等加以全面存儲，根據上位機或者觸摸開關指令，即可實時顯示數據。上位機與人機界面之間的連接由總線實現，上位機獲得的各種數據和信息被快速傳輸到人機界面[5]。觸摸屏可以根據制冷系統的吸氣壓力、吸氣壓力運行曲線，在屏幕上實時顯示出來并有效存儲。觸摸屏還可以對制冷機組加以實時警報和警報數據的存儲。

2.4 控制程序軟件設計

雖然基于PLC 控制的變頻調速系統更為便捷和高效，但是，尤其要保障其程序設計的科學性。程序設計應包含以下內容。

（1）A/D 轉換程序，系統運行時，經由數模轉換以后，會生成最終數字量，寄存器可以有效存儲這些信息。數字量模擬量的轉換可以由特定模塊完成，從而通過變頻器轉速來控制水泵轉速。

（2）自動調速程序需保障溫差采集周期設置的科學性，使得整個程序可以與制冷系統的整體設計相協調。

3 結束語

制冷機組節能改造中，基于PLC 控制的變頻調速技術優勢非常突出。有關設計人員需從制冷機組運行時的能耗情況出發，適當優化機組內各模塊，應用基于PLC 控制的變頻調速技術，實現各模塊的有效控制與調節。