基于PLC控制的變頻節(jié)能技術(shù)原理與應(yīng)用

摘要：隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，存儲邏輯開始進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域，可編程序控制器作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，是存儲邏輯在工業(yè)應(yīng)用的代表性成果，可編程序控制器不斷發(fā)展更新，功能日益強(qiáng)大，已經(jīng)成為工業(yè)自動化技術(shù)的三大支柱之一。本文主要介紹了PLC的特點(diǎn)和工作原理，探討了基于PLC全面應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)推進(jìn)節(jié)能減排。

關(guān)鍵詞：PLC；變頻器；節(jié)能

一、PLC特點(diǎn)及其在工業(yè)中的應(yīng)用

（一）特點(diǎn)

PLC是以繼電-接觸器控制為基礎(chǔ)，融入了計算機(jī)技術(shù)，以適應(yīng)工業(yè)環(huán)境下使用為背景研制開發(fā)的新一代工業(yè)控制器，因而它具有如下的特點(diǎn)：

（1）編程方便、接線簡單，容易實(shí)現(xiàn)被控對象的控制要求

PLC可用與繼電器控制線路相似的梯形圖語言表達(dá)控制過程，程序表達(dá)簡單、直觀，通過編程器把程序?qū)懭氪鎯ζ髦校奖阌脩艟S修程序；PLC為用戶提供了豐富的指令，容易實(shí)現(xiàn)被控對象的控制要求。由于有相應(yīng)的I/O接口，只需要進(jìn)行輸入/輸出信號線的連接，不需要考慮控制過程，因而接線簡單。

（2）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)

工業(yè)控制可靠性最為重要，PLC專為工業(yè)環(huán)境使用而設(shè)計，在硬件上，采用了電磁屏蔽、濾波、光電隔離等一系列抗干擾措施；在軟件上，采取了故障檢測、信息保護(hù)和恢復(fù)、設(shè)置警戒時鐘、加強(qiáng)對程序的檢查和校驗(yàn)、對程序和動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備等措施，進(jìn)一步提高其可靠性和抗干擾能力。使其可以直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

（3）通用性好、應(yīng)用靈活

PLC產(chǎn)品均已系列化，型號多，品種齊全，還有各種功能模塊，用戶可以根據(jù)控制要求方便地選用適合的模塊，做硬件結(jié)構(gòu)上的組合和擴(kuò)展，以滿足各種控制系統(tǒng)的要求。

（4）功能強(qiáng)

PLC除了能完成邏輯控制，計時、計數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等功能外，還可以實(shí)現(xiàn)模擬量控制、順序控制、位置控制、高速計數(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信等功能，合理配置PLC，還可實(shí)現(xiàn)多機(jī)“群控”系統(tǒng)和一臺計算機(jī)對多臺PLC進(jìn)行集中管理分散控制的“分布式控制”系統(tǒng)。

（5）控制系統(tǒng)工程周期短

設(shè)計、安裝、調(diào)試方便。PLC采用軟件編程序方式實(shí)現(xiàn)控制功能的表達(dá)，即使是非常復(fù)雜的控制，也可用方便的指令實(shí)現(xiàn)。編寫的程序可以初步模擬調(diào)試好后，才用于現(xiàn)場。制作工程的過程中，編程序和現(xiàn)場設(shè)備安裝可同時進(jìn)行，大大縮短了工程周期，提高了工作效率。

（6）維護(hù)、維修方便

PLC有完善的自診斷功能，能檢測出自身的故障，能對其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和I/O狀態(tài)進(jìn)行顯示，工作人員可通過這些顯示查出故障，迅速處理。PLC接線少，更換元件方便。

（二）PLC在工業(yè)中的應(yīng)用

PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。在當(dāng)今的工業(yè)界，只要涉及控制的地方，都離不開PLC這個核心大腦，它在工業(yè)中的應(yīng)用大概可以分為兩個領(lǐng)域：其一為單機(jī)控制為主的一切設(shè)備自動化領(lǐng)域，其二為過程控制為主的流程自動化行業(yè)。

二、基于PLC的變頻控制系統(tǒng)及原理

PLC由觸摸屏、電源、CPU、模擬量輸出模塊等組成。其中采用PLC來實(shí)現(xiàn)電氣部分的控制，包括五部分：起動、運(yùn)行、停止、切換、報警及故障自診斷，其中變頻器原理連接圖如圖所示。

（1）起動：以兩臺電機(jī)M1（主機(jī)），M2（輔機(jī)）為例，可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇變頻/工頻啟動。具體的工作原理為：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時，輔機(jī)先啟動工作，當(dāng)能滿足轉(zhuǎn)速設(shè)定要求時，連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到設(shè)定轉(zhuǎn)速時，停止工作。當(dāng)輔機(jī)工作，轉(zhuǎn)速還在繼續(xù)下降時，主機(jī)變頻啟動，輔機(jī)停止工作。主機(jī)根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)速值自動調(diào)頻，保證轉(zhuǎn)速恒定。如果轉(zhuǎn)速升高并且變頻器頻率已經(jīng)下降到下限頻率，則主機(jī)停止工作。如果轉(zhuǎn)速降低并且變頻器頻率已經(jīng)上升到上限頻率，則主機(jī)由變頻狀態(tài)切換到工頻，另外一臺主機(jī)變頻啟動。當(dāng)兩臺主機(jī)工作時，如果轉(zhuǎn)速升高并且變頻器頻率已經(jīng)下降到下限頻率，則工頻工作的主機(jī)停止，依次起停循環(huán)。

運(yùn)行：正常情況，電機(jī)M1處于變頻調(diào)速狀態(tài)，電動機(jī)M2處于停機(jī)狀態(tài)。通過PLC編程控制得到頻率信號，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速達(dá)到所需值。

（2）停止：按下停止按鈕，PLC控制所有的接觸器斷開，變頻器停止工作。

（3）切換：實(shí)現(xiàn)M1，M2工頻、變頻相互切換。

三、基于PLC的變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

國內(nèi)變頻調(diào)速產(chǎn)品已達(dá)到國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。國內(nèi)變頻調(diào)速產(chǎn)品性能良好，能保證本地化的長期服務(wù)；產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，性價比高，節(jié)能減排效果顯著，能盡快收回投資。國內(nèi)品牌在不斷成長，已從國產(chǎn)化走向國際化，隨我國主機(jī)產(chǎn)品配套出口許多國家，并正在市場競爭中克服不足。國外產(chǎn)品在國內(nèi)比重已降至50%以下，國外產(chǎn)品如果沒有完全本土化，就無法從根本上解決在成本和服務(wù)方面的問題，國內(nèi)企業(yè)已獲得長足發(fā)展的機(jī)會。

變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展前景十分廣闊，與已經(jīng)完成的市場相比，未來的市場潛力巨大，在未來十年內(nèi)，變頻調(diào)速技術(shù)產(chǎn)品每年有上百億元的市場潛力。建議在電力、石化、鋼鐵、有色、水泥、自來水、機(jī)械、紡織等行業(yè)大規(guī)模推廣應(yīng)用國產(chǎn)變頻技術(shù)產(chǎn)品。新建項(xiàng)目從開始設(shè)計就應(yīng)該考慮應(yīng)用變頻技術(shù)，技術(shù)改造首先考慮風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備使用變頻技術(shù)，逐步淘汰閘板、閥門等機(jī)械調(diào)節(jié)方式，全面推廣應(yīng)用變頻技術(shù)，全國用電量將下降15%-20%而GDP保持不變，使我們最大限度地減少能源消耗和污染物排放，提高經(jīng)濟(jì)效益，為我國和世界節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。

今后，隨著電子器社、微電子器件技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)也將不斷發(fā)展，控制必將向智能化、大型網(wǎng)絡(luò)工廠化方向發(fā)展。變數(shù)傭速技術(shù)將以交流調(diào)速方向?yàn)橹鳎M(jìn)入一個嶄新的附代。

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作者簡介：呂建釗（1990.10-），男，漢族，廣西平南人，大學(xué)本科學(xué)歷，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，助理工程師，華南藍(lán)天航空油料有限公司南寧分公司技術(shù)員，研究方向：自動控制、石油儲運(yùn)。