试论电气自动化设备中PLC变频节能技术的应用

苗慧博 李军

[摘    要 ]近年来，随着全球经济的飞速发展，资源消耗的逐步增加，资源短缺问题已经阻碍世界经济发展的主要问题。节能增产是当前多数行业的主要生产管理目标。PLC变频节能技术是目前应用最为广泛的技能技术之一，在智能化设备的管理和节能中有着显著的效果。可以有效提高电气设备的工作效率，降低电器设备使用能耗。本文研究由此出发，对电气自动化设备中PLC变频节能技术的应用进行研究分析，旨在为我国节能技术的研究提供借鉴。

[关键词]电气自动化设备;PLC变频节能技术;应用分析

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）04–00–03

[Abstract]With the rapid development of global economy and the gradual increase of resource consumption in recent years， the shortage of purple drill has hindered the development of world economy.Energy saving and increasing production is the main production management goal of most industries.PLC frequency conversion energy saving technology is one of the most widely used skills at present， which has remarkable effect in the management and energy saving of intelligent equipment.It can effectively improve the working efficiency of electrical equipment and reduce the energy consumption of electrical equipment.From this point of view， the application of PLC frequency conversion energy saving technology in electrical automation equipment is studied and analyzed in order to provide reference for the research of energy saving technology in China.

[Keywords]electrical automation equipment; PLC frequency conversion energy saving technology; application analysis

我国对电气自动化技术的研究起步较晚，虽然近年来取得了多项研究成果，但与西方先进国家相比仍存在一定差距。近年来我国加大了对电气自动化技术的研究，在节能技术角度投入了更多的研发精力。PLC技术是目前综合应用效果最好的节能技术之一，使用空间十分广泛，在石油、煤炭、航空、钢铁、制药等领域均有着广泛的应用。PLC技术利用半导体对电气设备的电流信号变化进行有效的控制，从而实现对电气设备能耗的优化以及降低。

1 PLC技术简介

1.1 PLC技术

PLC技术的本质是一种通过指令程序对设备运行进行控制的技术，是通过电力线路进行数据与话音信号传输的通讯方式。该技术最早由美国科学家与20世纪60年代初期研发应用，当时主要用于汽车的控制系统中。经过几十年的不断发展和进步，逐渐发展成目前应用十分广泛的PLC技术。PLC技术最大特点是可以预先设置对应的指令程序，对设备进行差异化的智能控制，工作人员可以根据设备特点编写出相应程序，并根据实际运行情况进行不断的优化和调整，实现对电气设备的长期自动控制。

1.2 变频技术

变频技术是通过对电流频率进行调整实现对电机转速的控制，与其他设备控制技术相比，变频技术直接控制输入电流频率，在控制过程中不需要额外的附加转差损耗，可以有效提供设备的控制水平，降低控制能耗。变频技术核心部件为变频器设备，变频器由整流器、逆变器以及控制电路组成。变频技术的出现解决了传统直流电机在运行中只能使用相同转速运行，不能根据生产的实际情况改变转速造成的资源浪费问题。

1.3 PLC变频技能技术

一直以来节能技术都是机电设备发展中重要的发展方向之一，在资源日渐匮乏的背景下，机电设备运行中的节能降耗技术已经成为业界的发展热门，变频节能技术基于PLC变频技术，直接组用于交流电机，再改变电机速度，从而实现对设备输出功率的人为控制，让机电设备的运转状态以及能源分配更为科学合理，对化工行业、石油行业、以及民用机械设备节能控制有重要的意义。

如石油行业在游梁式抽油机中可以通过控制电机转速平衡载荷，实现抽油机设备运行中的能量平衡，最大限度的优化了能源消耗，民用電气设备中，如变频中央空调，可以根据室内温度、室外温度以及墙体保温能力，智能的控制空调工作时间以及工作温度，不仅可以降低中央空调的能源消耗，还可以恒定的维持室内温度，降低温控差值，提高环境舒适度。

2 电气自动化设备中PLC变频节能技术的应用优势分析

2.1 抗干扰能力强

PLC变频技术依靠变频器实现变频控制功能，变频器中应用了大面积的集成抗干扰电路，对多种干扰因素有很强的抵抗能力，有效降低了电气设备对使用换进的苛刻需求，也提升了电气设备在工作中的稳定性。PLC变频技术可以对电源以及输入电路进行单独的接口设置，让工作人员可以根据设备的实际使用环境进行进一步的抗干扰设计和处理，根据实际的干扰因素，从安装和维护角度分别进行抗干扰的强化，从而更高的保障PLC变频节能技术在电气自动化设备中的安全运行。

2.2 应用成本低

PLC变频技术是一种附加技术，在保留电气设备原有结构的基础上，加装变频器和控制设备实现设备的变频节能，无需对设备本身进行大规模的改造，成本低廉。同时安装十分便捷，操作也十分简便，工作人员只需要掌握相应的控制方法就可以进行熟练操作，使用过程中对人为控制依赖较低，也降低了人工操作带来的风险。

2.3 控制效率高

PLC技术通过改变电机设备的输入电流频率对电机转速进行控制，从而优化设备的能源消耗。在实际的应用过程中，PLC技术具有极强的介入性，无需与所有电气设备建立直接联系，就可以实现对电气设备的自动化控制，控制效率相对较高。设备安装流程也十分简单，只需要在电气的配电设备中加装变频器与控制器，就可以实现按预定程序的变频控制。同时PLC变频技术还包含了故障检测和识别的能力，在设备发生故障时，可以迅速识别故障位置以及故障原因，并向工作人员发出故障预警。

2.4 可靠性高

现阶段的PLC变频设备的主控电路已经具备较强的抗干扰能力，对多种环境干扰因素有强的识别以及对抗能力，同可以时在高温和低温环境下稳定运行，这点在油田企业中体现的尤为明显。PLC变频设备主要应用于地面采油设备的电机转速控制中，多数地面采油设备处于漏天环境下，环境干扰因数众多，同时冬季气温较低，对节能设备的运行可靠性有很高的要求，PLC变频技术可以有效解决上述问题。

3 PLC变频节能技术在电气自动化设备中的应用分析

3.1 PLC变频节能技术在带式传输机中的应用分析

带式传输机是目前煤炭资源开采中的使用频率较高的电气设备之一，也是我国最早应用PLC变频节能技术的电气设备之一。带式传输设备通过履带进行传动实现属于功能，工作中依靠传动带与传动轮之间的摩擦力作为主要牵引力实现其传输的功能。带式传输机结构简单，工作稳定同时制造价格十分低廉，在煤炭行业应用十分广泛。煤炭企业使用得带式传输机一般使用电机作为主要的动力端，电机的输入电流对电机输入功率有直接的影响。

带式传输机在工作中皮带与动力轮之间存在较大的磨损情况，在功率设置与实际运输重量不相符时，磨损程度会进一步的增加，导致出现皮带断裂的故障，极大的降低了带式运输机的运行稳定性以及使用寿命，间接的增加了煤炭企业的生产成本，PLC技术可以有效的解决上述问题。首先应用PLC技术后可以根据设备的实际运输需求进行电机转速的控制，实现了设备工作负荷的智能化调整，降低了设备出现磨损加剧以及高温的情况，确保设备运行拿权。其次PLC技术可以实现对带式传输机的电路保护作用，通过控制输入电流减少设备过载现象的发生概率，提高工作稳定性。

3.2 PLC变频节能技术在采煤机中的应用

在煤炭开采领域除去带式传输机外，采煤机中PLC变频技能技术也有着较多的应用空间，采煤机是综合功能性最强的采煤机械设备之一，是采煤機械设备的重要组成部分。但采煤机结构十分复杂，能源消耗量也十分巨大，目前采煤机的耗能是煤炭开采中主要的成本产生环节之一，也是采煤机最大的取消之一。PLC变频技能技术可以有效的降低采煤机设备能耗，供更多对采煤机运行速度的调控实现节能的目的，同时也提高了采煤机设备的运行安全，减少了工作中各类风险的发生可能，增加设备的运行安全系数。

3.3 PLC变频节能技术在风机中的应用分析

煤炭在开采过程中会产生的大量粉尘，矿下粉尘浓度过高时，会造成中毒、瓦斯爆炸等多项严重的生产事故，因此煤炭开采过程中对风机和通风设备具有极大依赖性。传统风机可以实现对矿下空间的通风换气功能，但风机功率固定，在矿下粉尘浓度较低时仍保持较高的运转功率，造成能源浪费。基于PLC技术的风机设备，可以通过粉尘浓度传感器的实时检测数据，对风机功率进行动态的调整，确保风机功率符合排风换气的功率需求，既确保了井下通风的功能需求，也降低了风机设备的能源消耗。

3.4 在中央空调中的应用

在中央空调中应用变频器后，可以实现中央空调的变频调速以及软启动与停止功能。

3.4.1 中央空调变频调速

变频调速功能在冬季中央空调制冷作业中应用较多，多数中央空调制冷电机的额定功率是根据使用地区热交换最大值时设计的，但由于存在昼夜温差以及四季温差，以及室内环境，空调电机难以维持全过程中的合理功率配给，多数时候热交换值对功率的需求远小于电机额定功率，造成了空调功率长时间过高的现象，如果调整电机额定功率，则会造成在热交换量最大的时间内，空调智能能力不足的现象。中央空调通过制冷液流动实现制冷，电机耗电量决定电机的转速以及舒飞虎功率，电机输出功率与电机转速成正比，转速与电机的供电频率成正比，在进行PLC变频改造后的中央空调系统，可以根据实际的热交换值进行电机转速的控制与调整，间接的调整了供电频率与输出功率，实现了中央空调变频节能功能。

在中央空调系统中，冷、暖的输送介质通常是水，在末端将与热交换器充分接触的清洁空气由风机直接送入室内，从而达到调节室温的目的。在输送介质（水）温度恒定的情况下，改变送风量可以改变带入室内的制冷（热）量，从而较方便地调节室内温度。这样，便可以根据自己的要求来设定需要的室温。调整风机的转速可以控制送风量使用变频器对风机实现无级变速，在变频的同时，输入端的电压亦随之改变，从而节约能源，降低系统噪音，其经济性和舒适性是不言而喻的。

中央空调水系统中，对冷媒水泵和冷却水泵采用变频控制能起到显著的节能效果，变频控制技术在冷媒水二次泵及高层建筑高区空调水系统中的应用得到推广，在一次泵冷媒水系统和冷却水系统中的应用也是可行的。但需针对工程的具体情况进行精心的设计，才能既达到应有的节能效果，又保证空调系统和设备的安全运行。此外，中央空调变频设备安装十分便捷，无需对整个空调系统进行大规模的改动，具备经济可行性以及技术可信性。

3.4.2 软启动与停止功能

中央空调在直接启动时，电机需要克服启动阻力，需要更大的启动电流支持，才可以顺利启动，一般启动电流为正常运转电流的3～7倍，会对供电网络造成巨大的冲击，对电网容量要求极高。同时巨大点瞬间电流和设备振动会对供电网络和设备造成损伤，较少设备的使用寿命，启动中存在水锤效应，也带来管道破裂等风险隐患。而应用PLC变频节能技术后的中央空调设备则可以很好的规避上述问题，经过PLC变频改造技术的中央空调设备，可以通过频率调节来在很宽的范围内利用变频器实现软启动工作，启动电流从0开始，逐步增加至启动所需电流，规避了直接大电流启动对设备造成的伤害和风险隐患。

4 结语

PLC变频技能技术是一种通过变频器设备改变机电设备电机电流频率的节能技术，依托控制系统，通过预设程序实现对机电设备运行功率的自动控制及优化。本文介绍了该技术在煤炭开采主要优势以及实际应用价值，PLC变频节能技术在石油行业、钢铁行业、制造行业也有着广泛的应用。PLC技术是一门功能成长性很强的技术，在实际应用中也逐步发现了其强大的升级功能，有待进一步的研究发展。

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