PLC变频节能技术在电气自动化设备中的应用研究

李　琦

(焦作市技师学院电气工程系，河南 焦作　454000)

近年来，相关产业生产者开始对电气自动化设备中的节能率管理加以重视，电气自动化的节能处理是基于电气办公设备方面的节能控制管理，以及电气通信设备的控制管理。PLC 自动控制技术的编程优势促使其在数控领域具有广泛地应用价值，例如：监控排水空调、通风、采暖、变电等设备的运行状态，保证设备的充分利用，及时采取控制措施，以便更好地节约能源。

由于受到电气自动化设备自身条件的限制，传统技术经常无法实现节能控制。例如：无法将水压系统和空调系统的运行效率控制到最佳状态，无法将照明系统的照明量按需求提供给需求方等。PLC变频节能技术能够将传感器技术、实时控制技术以及计算机通信技术有效融合在一起，保证电气自动化设备的节能效果达到最理想的状态[1]。

对PLC变频节能技术在电气自动化设备中的应用进行广泛而深入的研究，重点分析PLC变频节能技术在电梯系统、空调系统和照明系统三方面的应用。通过这三方面的具体阐述，从而剖析PLC变频节能技术在保证电气自动化设备的正常运行前提下，如何最大程度实现节能[2]。

1　PLC变频节能技术原理

变频节能技术在电气设备当中的应用目前为止多集中于电梯设备、建筑电气设备、空调设备及通风设备等。企业生产中, 电气设备最为显著的特点就是需要长时间高速运行, 这对于任何一种机械设备而言要求都不低。在实际使用过程当中为了保证电气设备始终具备充足的动力又不出现能源浪费, 就需要在电气设备当中采用变频节能技术。

所谓变频节能技术, 其基本原理就是利用半导体元件来对工频电流信号进行转化, 在将其转化成为其他频率信号之后再转换成为直流电, 利用逆变器对电压和电流的控制作用来实现对机械设备状态的调节, 最终实现电气设备调速。电气设备变频是通过电流频率来控制转速, 从而保证电气设备的自动节能运转。

2　PLC变频节能技术在电梯系统中的应用

电梯的使用给人们带来了极大的方便，电梯的主要性能是安全可靠，所以在对电气自动化节能设备的追求目标也在不断提高，电气自动化设备的研究也越来越多。

目前的电气自动化设备电气体系主要由以下几部分组成，见图1。

图1　电气自动化设备电气体系

由图1可知，电气自动化设备相当复杂，高层建筑电气控制系统由电梯设备、空调设备、排水设备、通风设备等多部分组成，消耗大量的能量，因此研究的重点是如何保证各个系统有序、安全、智能、节能的运行[3]。

电梯系统是一个复杂的系统，由多种电气自动化设备共同组成，在运行过程中需要消耗大量的能源。PLC变频节能技术能够有效控制电梯系统中的电气自动化设备的能量消耗。电梯的曳引机在拖动负载时，会依据轿厢的质量进行一定的调整，PLC变频节能技术可以利用重物对轿厢之间存在的动量差进行调节，避免多余能量的消耗，有效节约电梯系统的整体耗能。

PLC变频节能技术通过对电梯系统自身的工作状态要求,进行电梯系统的PLC软件开发,通过软件开发的特点,结合PLC自身的控制规律,设计出可实现一定功能的PLC电梯控制系统，来实现变频节能。电流功率计算公式如下所示[4]：

(1)

式中η——电气自动化设备中电动机的效率；p2——电动机在有功情况下功率输出值；p1——电动机在有功情况下功率输入值；∑p——电动机的总消耗值。

电梯在启动之后，负载情况便会出现改变，电梯内部电动机的功率不断上升，电流值也处于上升阶段。PLC变频节能技术可以将变动损耗值和固定损耗值达到一致，保证电机处于最佳运动状态，产生最大的节能效果[5]。PLC变频节能技术是利用电梯电频的机械动能再加上三相交流变频电压所控制，从而使电气节能设备充分利用，确保电梯利用曳引机释放机械动能，同时通过控制芯片，对电梯加以加速减速，使电梯稳定的释放出机械动能。

3　PLC变频节能技术在空调系统中的应用

目前，变频技术己经在企业生产领域内得到了充分的利用。在研究了PLC变频节能技术的基本概念和原理的基础之上，尽可能地分析其在生产领域内的实际应用状况。

空调系统应用大量的电气自动化设备，对能源产生巨大消耗，PLC变频技术能够有效控制空调系统中的能源消耗，从而实现节能。空调系统由水系统和风系统两部分组成，PLC变频技术利用电动二通阀调整水系统末端装置的流量，冷热水的主管道独立存在，二者通过不同的管道流入。主管道采用异程式的方法建设，支管道采用同程式的方法建设，在空调主机房的分水器各个环路供水管上放有动态平衡阀，空调供水管支管道上安置数字锁定平衡阀，当冷水系统发生流量变化时，各个支管道也能维持在平衡状态，有效维持系统的稳定性，既保证制冷，也保证了供暖，PLC变频技术在空调系统中安装智能软化装置，有效调节空调中水泵电压[6]。

空调风系统中安装风机盘管系统和新风系统，风机盘管系统具有夏天制冷，冬天制热的功能[7]。新风系统在夏季能够有效制冷，冬季就会停止运行。当风量超过每小时5 000 m3后，PLC变频技术就会自动启动热回收装置，空调新风在入口处将电动密闭风阀与风机联合，新风回风及送风调节阀均为电动风量调节阀。在春季和秋季这样的过渡季节，全新风将会运行。PLC变频节能技术在空调系统中的应用概括如表1所示。

表1　PLC变频节能技术在空调系统中的应用

4　PLC变频节能技术在照明系统中的应用

照明系统由大量的电机自动化设备组成，这些设备集中工作为人们的生活提供便利，但是也会造成能源浪费。

PLC变频节能技术在照明系统中配置电子镇流器，COS%>0.9，色温设定在3 500～6 500 K，光源显色指数值始终大于85，从而对不同场所的照明系统实行节能控制，得出来的节能效果如表2所示。

表2　照明系统节能控制效果

由表2可知，PLC变频节能技术安装在照明系统的电气自动化设备中具有如下优势：光照效率高，光衰小，光照功率低，占用体积小，使用寿命更长。

PLC变频节能技术大大降低灯具的瓦数，利用LED灯源取代传统照明灯源，对电能源的消耗率可以降低到50%，同时在各个照明箱中安装HW-BA5204模块，有效降低室内光照强度，缩短光照时间，从而达到节能效果。PLC变频节能技术能够准确地对照明系统的照明量进行计算，计算式为：

(2)

式中W——照明灯的额定功率，(kw/台)；T——照明灯的照明时长，h；E——平均照明亮度；A——照明面积，m2；U——照明率；F——照明光束长度，m；M——照明系统；Uη——综合功率，(F/W)。

通过式(2)计算出系统照明量，从而加以节能控制。PLC变频节能技术在不同季度中，节能效果不同，但是对电气自动化设备的总体节能水平都能达到30%。

5　结语

本文阐述了PLC变频控制技术在电气自动化方面的应用，直接分析了此技术在生产节能降耗方面的优势。PLC变频节能技术能够在保证电气自动化设备正常运行的前提下，最大程度减少能量损耗。

PLC变频节能技术广泛应用在电梯系统、空调系统、照明系统的电气自动化中，并且能够很好地实现节能效果，是未来必然的发展方向。希望本文可以对今后研究PLC变频节能技术在电气自动化设备中的应用提供帮助。

参考文献：

[1]覃桂全. 电气自动化设备中PLC控制系统的应用分析[J].时代农机, 2015, 42(12):46,48.

QIN Guiquan. The application analysis of plc control system in electrical automation equipment[J].Hunan Agricultural Machinery, 2015, 42(12): 46,48.

[2]韦思丞. PLC技术在电气自动化设备中的运用探讨[J].科技尚品, 2017(4):123,132.

[3]张国祥, 王登杰. PLC技术在电气自动化设备中的应用探讨[J].军民两用技术与产品, 2014(11): 181-181.

[4]满苏尔江·伊比拉义木. PLC技术在电气自动化设备中的应用策略研究[J]. 电工技术(理论与实践), 2015(6):146.

[5]杨筝, 朱海英.“PLC+变频器+电气控制”在总装课程中的开发应用[J].职业教育研究, 2010(9):114-115.

[6]孟祥军.民爆行业自动化设备应用的安全问题探讨[J].科技与企业, 2014(22): 170-170.

[7]靳菲菲, 高涛, 梁萍. PLC在电气自动化设备中的作用分析[J]. 城市建设理论研究(电子版), 2013(32)：45-48.