PLC 變頻節能技術在電氣自動化設備中的應用

薛建軍

（南陽漢冶特鋼有限公司，河南 南陽 474500）

隨著社會經濟的快速發展，不同產業生產者也開始高度重視起電氣自動化設備中的節能管理工作。對于電氣自動化節能處理來說，其是節能控制管理工作的范疇，該過程涉及電氣辦公設備、電氣通信設備等。由于PLC 自動控制技術有突出的編程優勢，使得其在數控領域方面得到了廣泛應用，且應用價值較高。如可以實時監控空調排水、采暖、通風、變電等不同設備的運行狀況，確保設備持續穩定運行，同時還能采取控制措施以達到節約能源的目的。因電氣自動化設備自身的限制，傳統技術很難實現節能控制。如，在控制水壓和空調系統的運行情況時，對其效率的控制很難達到最佳狀態，或者是照明系統的照明量同需求方的實際需求之間有一定差距存在。PLC 變頻節能技術中應用有計算機通訊技術、傳感器技術、實時操控技術等，可保證電氣自動化設備的節能效果同理想狀態沒有太大出入。本文通過對PLC 變頻節能技術在電梯系統、空調系統、監控系統、采煤機、照明系統等電氣自動化設備中的具體應用進行深入研究，在具體闡述后，詳細提出了在電氣自動化設備可以正常運行的情況下，如何確保PLC 變頻節能技術的節能效果實現最大化[1]。

1 變頻器及節能原理

1.1 變頻器的組成結構

實際上，通過采取科學有效的方法將微電子技術與變頻技術進行結合，以改變電機工作時的電源頻率來有效控制交流電動機設備的儀器稱之為變頻器[2]。變頻器的主要組成部件包括逆變器、濾波、整流、檢測單元、制動單元、驅動單元等，通過改變電源頻率的方式使得電源電壓出現變動，并在電機運行需求的基礎上確保電源和電壓供應充足，確保變頻和調速的智能化特征。除此之外，變頻器還有保護功能，如對過電流、過電壓、過載等進行保護。隨著科學技術水平不斷提高，變頻器技術也在持續更新和完善，且泛應用到了同自動化相關的生產和控制程序中，使得電氣自動化設備運行效率大幅度提高。

1.2 變頻器節能原理

由于電力半導體具有通斷功能，而變頻器節能原理就是以此為基礎對工頻電源的頻率進行調整和控制，確保設備電能實現節能控制。當前，對于市場中應用最為廣泛的變頻器來說，主要的變頻控制模式是交流-直流-交流方式。在整流器的作用下可將工頻中的交流電源轉化成直流電源，之后通過控制電壓頻率的方式為電機提供交流電，在確保設備持續穩定運行的同時，還能減少電源方面的消耗。對于變頻器電流系統來說，主要由四部分組成，分別是整流、逆變器、控制器和中間直流，在整流環節中涉及了三相橋式不可控制器，逆變部分中的逆變器型號則是IGBT 三相橋式，在輸出過程中以PWM 波形方式，中間直流環節的實現需要依靠直流儲能、濾波、緩沖無功功率等方式。

對變頻器調速進行控制可確保設備負載轉速，同時還能有效控制供電電流的頻率，并據電壓調節需求將電能提供給電機設備，使其可以穩定運行。若是轉速發生變化，就說明電機在高效運行，不僅減少了能量消耗，還有效改善了電機啟動效率，進而保護電機和負載設備，同時還能進一步延長電機使用壽命。需要注意的是，對變頻技術進行充分利用，還能大幅度增強電機復雜設備的精準性水平。經過實踐證明，在風機、泵類等設備驅動控制領域應用變頻技術，可將節能效應充分發揮出來，節電效率超過了30%，具有極為突出的節能效果。

2 PLC 變頻節能技術的優點

PLC 技術是通過對編程邏輯進行充分應用后實現運行的控制器，是20 世紀60 年代在美國研發的，最初研發者是通用汽車公司，經過不斷的發展成熟逐漸在實際工作中得到應用。現在通用的PLC 則是將繼電器和接觸器控制作為基礎，在引入計算機技術后，可適應工業發展。應用變頻節能技術可有效降低傳統電動機運行時保持額定頻率產生的能源浪費，確保電氣設備持續穩定運行。在工業和建筑方面均有變頻技術的應用，一般有三相異步電動機的場景，變頻技術都會存在。

2.1 編程方便

實際上，PLC 變頻節能技術是對數學中的梯形圖形語言進行充分利用來表達電氣自動化設備控制過程，同繼電器對線路進行控制的原理基本類似。通過利用梯形圖語言表達時有很多優點，而直觀簡單則是突出的優點。PLC 變頻節能技術主要是借助于計算機技術在存儲器中編入使用程序，方便在使用中PLC 變頻技術可第一時間發現問題，同時還能方便用戶及時維修。

2.2 增強工作可靠性

對于電氣自動化設備來說，其的可靠性特點較為突出，在工業環境中引入PLC 變頻節能技術，均保證了軟硬件措施的可靠性水平，軟件采取了故障檢測，硬件則選擇了抗干擾措施，如電磁屏蔽等，這些防干擾措施的制定均能有效增強電氣自動化設備的可靠性水平[3]。

2.3 使用簡單

在PLC 變頻節能技術日常應用中，無需結合其他復雜電路設備，單獨的PLC 變頻節能技術就能工作，在控制電氣自動化設備中，可對電氣自動化設備進行有效控制。對于第一次使用PLC 變頻節能技術的群體來說，只需根據說明書指引就能正常操作，可對PLC變頻節能技術進行熟練應用。因PLC 變頻節能技術操作簡單，才能在日常生活和工業生產中得到廣泛應用。

2.4 通用性好

PLC 變頻節能技術的通用性好主要是因該產品在不斷更新換代，且系統化特點突出，使得PLC 變頻節能技術的多型號、品類齊全的特征較為明顯，對應的功能模塊也具有多樣性水平，用戶可以在多種規格型號的PCL 變頻節能技術中選擇最為適宜的，還能結合多種PLC 變頻節能技術，并有效利用各種PLC 變頻節能技術優點，進而滿足各種系統硬件需求。

3 PLC 變頻節能技術在電氣自動化設備中的應用

3.1 在電梯系統中的應用

將變頻節能技術應用到電梯系統中，可實現節能效益的最大化。作為城市化建設的重要設備之一，電梯在人們日常生產生活中占據突出地位。由于電梯需要24h 連續不間斷運行，需要始終保持待機狀態，該過程同不同電氣設備的關聯較大，整體構成的復雜性特征突出，實際能量消耗較大。對電梯開展節能化設計很有必要，首先保證電梯始終安全運行，其次是引入變頻節能技術，在對動量進行合理化調節的過程中，需要結合重物對曳引機拖動負載的轎廂質量變化情況，確保電梯運行時的整體能耗均較低。實際上，在電梯運行中，相關負載數值也會有變化，電梯內的電動機功率、電流值隨之上升，將PLC 變頻節能技術引入后，可控制電梯系統變動損耗值及規定損耗值在標準范圍內，確保電梯保證持續穩定的運行狀態。該技術的主要應用原理是對電頻機械動能及三相交流變頻電壓進行有效控制，充分發揮曳引機的機械動能，通過控制芯片的方式保證釋放的機械動能的穩定性水平。

3.2 在空調系統中的應用

變頻技術在我國企業生產領域得到了廣泛應用，而將其應用到空調領域，可將暖通設備的節能功效發揮出來。當前，建筑空調系統實際運用中涉及多種電氣自動化設備，因空調能耗較高，人們以前往往感嘆買得起用不起，主要原因就是空調消耗的電能較大。隨著人們生活水平的提高，幾乎家家戶戶都安裝有空調，而變頻節能也成為空調的主要賣點，通過應用PLC變頻節能技術，可將空調系統的整體能耗降到最低，對于切實增強節能效果具有十分重要的意義。空調系統的主要組成部分是水系統和風系統，通過匯總變頻節能技術，重點就是利用電動二通閥來調節水系統末端裝置，并對相關流量進行調整，設計中的冷水和熱水主管道都具有獨立性特征，冷凝管熱水不會經過同一管道就能控制能耗[4]。將異程式建設法、同程式建設法分別應用到冷熱水主管道及支管道中，可在空調系統主機房分水器中設計動態平衡閥，保證配備的環路供水管的有效性水平。此時，隨著冷水系統流量發生變化，支管道仍舊可以保持平衡，為系統制冷提供支持，同時還能滿足供暖需求。另外，還可以將智能軟件安裝到空調對應系統，通過調節空調水泵電壓，并在通風系統中設置新風和風機盤管系統，空調就能實現制熱和制冷的功能，還能將整體的能耗減少。根據市場發展需求，空調企業應對該技術不斷進行強化，切實提高整體能效指標水平，進而實現節能減排的目的。為適應該效能指標要求，各大企業通過對能效指標積極改進，對相關技術積極探索，并取得了顯著成績。

3.3 在交通監控系統中的應用

因社會經濟的快速發展，我國的交通運輸業也得到了迅猛發展，再加上人們生活水平的提高，城鎮和農村地區的汽車數量逐年攀升。因車輛過多，若是缺少科學有效的交通管理設備，就會造成交通阻塞或引發車禍等問題，再加上部分人綜合素質偏低，使得亂闖紅燈、不在規定車道駕駛或酒駕的現象較為常見，為了遏制這種違規行為，需要應用到監控設備。而將十字信號燈安裝到各個道路的十字路口，可有效解決交通堵塞問題。在PLC 變頻技術的基礎上可控制各個十字路口的信號燈情況，再加上外界環境對PLC 變頻節能技術沒有太大影響，很少有特殊情況出現。另外，PLC 變頻節能技術中有定時器系統，可調節信號燈，再加上自身的通信聯網功能龐大，在該功能的基礎上可串聯整條街的信號燈，進而組成局域網。在PLC 變頻節能技術的基礎上可對整片區域內局域網進行調節，使得車輛等待信號燈的時間大幅度縮短，還能有效避免交通擁擠。PLC 變頻節能技術可在監控中進行應用，在交通指揮中，交警并不能時刻注意所有車輛，再加上一部分人群存在僥幸心理，根本不按照交通法規法則要求進行，會有亂闖紅燈的情況，借助于PLC 變頻節能技術可對各個路口的車輛進行監控，以第一時間抓拍亂闖紅綠燈或超速車輛，減輕了交警工作強度。

3.4 在采煤機中的應用

在煤礦機電設備中，除了帶式傳輸及風機應用到PLC 變頻技術，其在采煤機中也得到了廣泛應用。作為煤礦機電設備的重要組成部分，應用中具有較強的綜合性水平，再加上日常使用中的復雜性特征突出，對電能消耗也較高，是采煤機使用中的最大缺陷。通過現代化技術的應用來達到節能的目的，而PLC 變頻技術作為現代化技術的代表，將其應用到采煤機中可調控采煤機運行速度，減少采煤機運行中的能源消耗，還能增強采煤機運行的安全系數，確保采煤機安全高效地工作。

3.5 在照明系統中的應用

通常情況下，照明系統主要是在建筑內部，是電氣自動化設備的主要組成部分。在照明系統應用中，電能消耗問題較為嚴重，也引起了人們的高度關注。將照明系統應用到PLC 變頻節能技術中，在對照明情況進行改善的同時，還能實現節約用電。對于傳統照明系統來說，由于燈光需要始終保持同等亮度，而引入變頻節能技術，根據外界環境變化對照明系統進行科學合理的調整，在減少電能消耗的同時，還能充分發揮出1PLC 變頻節能技術的優勢。另外，PLC 變頻節能技術可以對傳統照明系統的缺陷問題進行彌補，保證建筑物內部的燈光始終保持良好狀態，進一步增強照明系統應用效果。

4 結論

綜上所述，在現代社會經濟發展體制中，節能問題一直是全社會較為關注的熱點，大量能源消耗會破壞整個生態環境，對人類長期的生活環境和經濟發展均會產生負面影響。再加上信息化社會中對電子設備的廣泛應用，會有更多的能源消耗，而PLC 變頻節能技術的推廣應用，可減少設備能源消耗，進而實現節能的效果。未來，伴隨著PLC 變頻技術的不斷升級和完善，不管是在大型自動化設備和工業控制領域方面的實踐，還是同人們生活密切相關的產業均能得到長足發展。同時還能為環保節能型社會提供堅實的后盾，確保人們生活水平快速提升。