應用變頻調速技術的電氣自動化控制方法探究

山東華宇工學院 馬 燕

變頻調速技術在社會很多領域都有廣泛的應用，在電氣自動化控制中的應用不僅讓生產效率得以提升，還讓電氣設備的能源消耗大大降低了。變頻調速技術在能源節約、工藝流程的改善、控制精度提升等方面發揮了重要的作用。文章設計了應用變頻調速技術的電氣自動化控制方法，通過對電氣設備的運行數據采集，利用相關的設備及模塊對數據信息進行交換，將電氣自動化控制的比例計算出來，利用變頻調速技術對控制比例內的設備參數進行有效的控制。通過實驗測試表明，該方法的控制性能好，且可以有效的節約電力能源。

1 變頻調速技術概述及主要的優勢

在工業發展領域，直流調速因其更高的可靠性、更強的控制力以及更簡單的控制電路等優勢一直占據著主要地位。但是近年來，隨著生產技術的不斷發展，直流調速的不足逐漸顯現出來。為了彌補直流調速在工業領域的不足，變頻調速技術應運而生，變頻調速技術是在微機控制技術以及集成電路不斷發展的基礎上產生的。變頻調速技術是根據電氣設備的電機轉速和電源頻率的關系，通過改變電源的輸入頻率來更好的調節電機的運行負荷、轉速等，根據不同的工況進行電機運行模式的優化。主要通過相應的控制單元和設備來檢測識別電壓電流，對運行設備的狀態及扭轉情況進行監測，為電氣自動控制提供精準的數據依據。

變頻調速技術的主要優勢有三個方面：第一，具有很強的適應性和通用性，在不同的領域，不同的變頻設備上都有很好的應用。第二，調速效率高。隨著現代科學技術的發展，一些現代的新工藝、新技術在變頻調速器中得到廣泛應用，變頻調速器的功能更全，性能更好，在實際應用中，調速效率更高，對電氣設備的控制更好。第三，操作簡單。變頻調速技術操作比較簡單，而且，利用現代科學技術可以實現一體化操作，自動化控制范圍更廣、控制精度更高，可以更好的滿足實際控制要求。

2 變頻調速技術在電氣自動化控制中應用的必要性

2.1 保障設備的穩定運行

在工業生產中，設備的穩定性是影響生產安全和效率的重要因素。工業用的電動機功率大，而且通常是直接啟動的，在電機啟動的瞬間會產生很大的啟動電流，啟動電流遠大于電機的額定電流，會影響電機的使用壽命，也會讓電源電壓出現較大的波動。利用變頻調速技術，可以更好的控制電機的啟動電源頻率，讓電機的轉速在一個穩定的區間內，保證了電機設備的穩定運行。

2.2 降低能源消耗

變頻調速技術的不斷完善，其應用范圍越來越廣泛，自動化水平也得到了大幅的提高。對于生產企業來說，電氣自動化設備的能源消耗會提高其生產成本，因為設備的運行會增加線路損耗，就會降低有效電能，在這個過程中，能源就被消耗掉了。變頻調速技術可以根據電機設備的運行情況，補償功率因數，很好的降低能源消耗。

2.3 實現對設備的精準控制

變頻調速技術中的轉矩比較器和磁通比較器是其主要的組成部分，它們的主要任務是對數據采集模塊采集到的設備運行的數據參數進行高頻率的對比，通過快速對比，對控制目標的運行狀態進行全方位監控，根據實際生產需要，及時的調整控制目標的運行狀態，確保控制目標在最優狀態下運行。

3 應用變頻調速技術的電氣自動控制方法

3.1 數據采集模塊設計

設備的運行數據通過采集模塊進行采集，可以更好的減少人工數據采集，而且采集到的數據更加的準確、全面。數據采集模塊由主控單元以及現地單元組成，設計方式為分層開放式。主控單元要實時采集電氣設備的運行數據，并做好設備運行記錄的統計工作，為數據通信、控制管理等提供數據基礎，主要由操作工作站、以太網交換機等設備組成。現地單元主要是定時的采集電氣設備運行參數，并將采集到的數據進行預處理之后，存儲于數據庫中，為主控單元的計算、控制等提供數據。現地單元主要由LCU機組和相應的線路組成，監控電氣設備的運行狀態。

3.2 信息交換

信息交換主要是PLC和設備的通訊，數據采集模塊與PLC的通訊。這其中，PLC和設備間的數據傳輸利用的是RS485串口通信，進行數據傳輸。在信號進行傳輸前，先將信號進行劃分，通常劃分為正、負兩部分，兩部分信號通過不同的線路進行傳輸，在信號的接受端收到信號后，要對信號進行處理，就形成了原始信號，為下一步的處理提供基礎。而數據采集模塊與PLC間的通訊，主要是PLC將數據采集模塊傳輸的通信指令發送給控制模塊，控制模塊根據指令做出相應的動作。

3.3 電氣自動化控制比例計算

結合信息交換獲取到的設備運行參數，對電氣自動化控制比例進行計算。控制比例是電氣自動化增益改變的控制基礎，可用下列公式表示：

其中，Q是控制信號，λ表示自動化控制比例增益，q表示控制誤差，r(t)表示參考增益量，s(t)表示控制反饋量。控制比例雖然可以減少控制的偏差值，但是控制誤差是不能消除的。不同的自動化控制比例增益，起到的調節作用也不同，在一個合理的調節范圍內，自動化控制比例增益增大，調節作用就大，反之，則調節作用較小。但如果超出了正常的調節范圍，會影響系統的穩定性，因此，常利用自動化控制比例增益來更好的將控制比例的大小劃分出來。

3.4 運行參數控制

在采集電氣設備運行參數的基礎上，結合電氣自動化控制比例，利用變頻調速技術對設備的運行參數進行控制。利用SLMSG120交流變頻器來更好的進行微調、行程調整，滿足實際的需求。采用相應的芯片，以及相應的電路設計，實現對各個模塊的仿真驗證，變頻調速控制原理見圖1。

圖1 變頻調速模塊控制原理

利用變頻器調試軟件來實現變頻器的優化設置，做好變頻器的靜態與動態測試，之后，將變頻器啟動，看是否能對電機的運行速度進行靈活控制，如果可以控制電機轉速，則說明變頻器工作正常。變頻調速控制模塊在微調狀態時，主電機同步處于微速運行，這時主電機可以正向運轉，也可以反向運轉，滑塊的行程次數是每分鐘5次。而控制模塊在行程狀態時，主電機不能反向的運轉，只能做正向的運轉，而且運轉的速度比較快，與之對應的滑塊的行程速度也有所提高，是微調狀態下的3倍左右，通常為每分鐘15次左右。通過對變頻調速模塊狀態的調整，實現對電氣設備參數的控制。

4 實驗測試

以某水站的凝結水泵為對象進行測試。水站的凝結水泵是離心式多級立式泵，靠兩個調節閥來調節水流量，調節閥一大一小，根據實際需求調大或調小。凝結水泵的電機功率為2480kW，滿負荷下電機效率為96.2%，水泵揚程3000m，泵效率在85%以上，利用本設計方法對凝結水泵進行控制測試。先找出在額定的負荷點下，滿足凝水流量的凝水泵的最低頻率，將結果分析統計出來，為后續的自動化控制提供依據。將水泵運行的數據進行分析，在信息交換的基礎上，明確控制比例，在設備參數環節應用變頻調速技術。通過實驗得知，將凝結水泵變頻前后的電流進行對比發現，變頻調速技術可以讓凝結水泵的工頻電流下降近50%，排除實驗中的一些干擾因素外，有可能會下降更多，由此可見，有非常大的節能潛力。此外，為了更好的驗證此方法對自動化控制的精準度，利用凝結水泵的一大一小兩個調節閥門作為控制目標進行控制實驗。通過實驗發現，在不同的負荷點下，此方法對凝水泵調節閥門的控制精度始終在93%以上。因為在自動化控制過程中，利用轉矩比較器和磁通比較器可以讓采集到的設備運行數據對比過程更加的高效，控制指令更加的精準，讓控制效果更加的精準。

結束語：科學技術的發展，讓電氣自動化控制方式更靈活，精準度更高。利用變頻調速技術可以在自動化控制過程中，更好的對電氣設備進行保護，同時，也讓能源消耗大幅下降。本文利用變頻調速技術設計的電氣自動化控制方法，讓設備運行更加的穩定，對設備的控制更加的精準，而且節省能源，對實際應用有一定參考。