變頻調(diào)速系統(tǒng)在制冷機(jī)組節(jié)能改造中的應(yīng)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(dāng)前可持續(xù)發(fā)展背景下，傳統(tǒng)制冷機(jī)組必須要積極進(jìn)行節(jié)能改造，充分利用現(xiàn)代化技術(shù)，改變制冷機(jī)組運(yùn)行方式。在變頻調(diào)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(wěn)定性，發(fā)揮該控制方式的優(yōu)勢。因此，制冷機(jī)組節(jié)能優(yōu)化改造時(shí)，基于PLC 控制的變頻調(diào)速方式成為必然選擇。相關(guān)設(shè)計(jì)人員需結(jié)合制冷機(jī)組運(yùn)行情況，引入PLC 控制變頻調(diào)速技術(shù)，有效調(diào)節(jié)整個(gè)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，保持最為良好的運(yùn)行狀態(tài)和制冷效果。

1 PLC 控制變頻調(diào)速技術(shù)在制冷機(jī)組中應(yīng)用的意義

制冷機(jī)組運(yùn)行中，基于PLC 控制的變頻調(diào)速具有突出優(yōu)勢。觸摸屏和PLC 使得整個(gè)機(jī)組運(yùn)行過程中，本地與遠(yuǎn)程控制更為便捷和高效。機(jī)組運(yùn)行過程中，控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)自動(dòng)采集和記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)行曲線等，使得制冷機(jī)組運(yùn)行時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)可視化管理與控制，達(dá)到最為理想的節(jié)能效果。與傳統(tǒng)制冷機(jī)組相比，該變頻調(diào)速系統(tǒng)控制下的制冷機(jī)組具有以下特征。

（1）節(jié)能控制。制冷機(jī)組中采用基于PLC 控制的變頻調(diào)速技術(shù)后，PLC 即可根據(jù)客戶在觸摸屏側(cè)設(shè)定的制冷系統(tǒng)吸氣壓力、吸氣壓力目標(biāo)值，自動(dòng)控制機(jī)組壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率。在這一控制模式下，制冷系統(tǒng)回路冷量的輸出將更為穩(wěn)定，使得機(jī)組運(yùn)行過程中，壓縮機(jī)的啟停次數(shù)得到有效控制。壓縮機(jī)可以維持正常使用，提升了運(yùn)行效率，達(dá)到了節(jié)能目標(biāo)[1]。

（2）多重保護(hù)。制冷機(jī)組運(yùn)行過程中，PLC 控制系統(tǒng)和變頻器在使用時(shí)，同樣需要高低壓壓差開關(guān)、油壓差開關(guān)、過電流繼電器、冷凍油液位控制器等。這些配套設(shè)施使得整個(gè)制冷機(jī)組在運(yùn)行過程中，PLC 可以采集各種設(shè)備設(shè)施信息，進(jìn)而通過有效分析信息，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題。出現(xiàn)異常情況后，控制系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，相關(guān)模塊會(huì)立即啟動(dòng)保護(hù)功能，避免突然的啟停等對(duì)其他部件造成損壞[2]。

（3）數(shù)字化管理。PLC 系統(tǒng)和變頻器本身具有一定的數(shù)字化和自動(dòng)化特征，在制冷機(jī)組中應(yīng)用，可以將觸摸屏作為交互窗口。有關(guān)人員可以直接在觸摸屏上開展相應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)查詢等操作，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化管理，管理更為高效和便捷。

2 基于PLC 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)在制冷機(jī)組節(jié)能改造中的應(yīng)用

制冷機(jī)組運(yùn)行過程中，制冷效率在很大程度上受到環(huán)境溫度的影響。因此，若要使制冷機(jī)組運(yùn)行時(shí)保持最為良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，就需要利用控制系統(tǒng)有效控制環(huán)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(tǒng)具有更高的可靠性和操作便捷性。控制系統(tǒng)包含PLC 邏輯控制系統(tǒng)、變頻器和觸摸屏等（圖1），不僅可以滿足制冷機(jī)組的控制需求，也可以保持控制精度，使得整個(gè)機(jī)組可以保持穩(wěn)定、可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。節(jié)能改造方案：利用2 臺(tái)冷卻泵M1、M2，2 臺(tái)冷凍水泵M3、M4，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速靈活控制，大大提升其運(yùn)行效率，減小能耗。

圖1 控制系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

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(dāng)KM2 與M1 變頻器正常接通以后，才能夠保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。KM1 是M1 的工作接觸器，當(dāng)KM1接通以后，原水泵的控制電路方可正常投入工頻運(yùn)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(tái)冷卻泵的變頻接觸器都處于PLC 系統(tǒng)控制下。機(jī)組運(yùn)行過程中，利用2 個(gè)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(gè)薄溫度傳感器之間保持良好連接，運(yùn)行時(shí)，傳感器獲得的數(shù)字量信息可以直接在PLC 控制模塊下實(shí)現(xiàn)運(yùn)算和分析，模擬輸出模塊可以將運(yùn)算結(jié)果有效轉(zhuǎn)化為所需的模擬量。在這一方式下，水泵轉(zhuǎn)速得到有效控制，節(jié)能效果顯著[3]。

圖2 冷卻泵主電路原理

2.2 控制系統(tǒng)的輸入/輸出分配和接線

PLC 是一種新型控制系統(tǒng)，微處理器是控制核心，可以有效處理各種輸入輸出數(shù)據(jù)。PLC 控制器中集成了計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)和自動(dòng)控制等多種現(xiàn)代化技術(shù)，其應(yīng)用優(yōu)勢非常突出。接線過程更為簡單、便捷和高效，即使是一些復(fù)雜的控制功能，同樣可以通過編程方式有效實(shí)現(xiàn)，不僅體現(xiàn)在邏輯控制上，還可以實(shí)現(xiàn)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(jī)組運(yùn)行過程中，PLC 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)可以使得并聯(lián)壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)控制更為便捷。借助于制冷系統(tǒng)中的吸氣壓力傳感器，PLC 控制器可以在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)實(shí)時(shí)采集吸氣壓力傳感器的吸氣壓力參數(shù)，在此基礎(chǔ)上變頻器就可以對(duì)輸出頻率實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的控制。PLC 還可以對(duì)制冷機(jī)組的安全性加以控制，使得制冷機(jī)組可以始終保持在最為理想的運(yùn)行狀態(tài)。

2.3 人機(jī)界面畫面的制作與操作

基于PLC 控制的變頻調(diào)速技術(shù)在制冷機(jī)組節(jié)能改造過程中，人機(jī)界面主要為觸摸屏。人機(jī)界面形成以后，就可以在整個(gè)制冷機(jī)組運(yùn)行過程中，靈活對(duì)另一臺(tái)計(jì)算機(jī)生成的信息數(shù)據(jù)等加以全面存儲(chǔ)，根據(jù)上位機(jī)或者觸摸開關(guān)指令，即可實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。上位機(jī)與人機(jī)界面之間的連接由總線實(shí)現(xiàn)，上位機(jī)獲得的各種數(shù)據(jù)和信息被快速傳輸?shù)饺藱C(jī)界面[5]。觸摸屏可以根據(jù)制冷系統(tǒng)的吸氣壓力、吸氣壓力運(yùn)行曲線，在屏幕上實(shí)時(shí)顯示出來并有效存儲(chǔ)。觸摸屏還可以對(duì)制冷機(jī)組加以實(shí)時(shí)警報(bào)和警報(bào)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

2.4 控制程序軟件設(shè)計(jì)

雖然基于PLC 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)更為便捷和高效，但是，尤其要保障其程序設(shè)計(jì)的科學(xué)性。程序設(shè)計(jì)應(yīng)包含以下內(nèi)容。

（1）A/D 轉(zhuǎn)換程序，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換以后，會(huì)生成最終數(shù)字量，寄存器可以有效存儲(chǔ)這些信息。數(shù)字量模擬量的轉(zhuǎn)換可以由特定模塊完成，從而通過變頻器轉(zhuǎn)速來控制水泵轉(zhuǎn)速。

（2）自動(dòng)調(diào)速程序需保障溫差采集周期設(shè)置的科學(xué)性，使得整個(gè)程序可以與制冷系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)。

3 結(jié)束語

制冷機(jī)組節(jié)能改造中，基于PLC 控制的變頻調(diào)速技術(shù)優(yōu)勢非常突出。有關(guān)設(shè)計(jì)人員需從制冷機(jī)組運(yùn)行時(shí)的能耗情況出發(fā)，適當(dāng)優(yōu)化機(jī)組內(nèi)各模塊，應(yīng)用基于PLC 控制的變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各模塊的有效控制與調(diào)節(jié)。