范春明

（山西焦煤西山煤電晉興能源有限公司斜溝煤礦，山西 呂梁 033602）

引言

在微機(jī)控制技術(shù)不斷發(fā)展的新形勢(shì)下，PLC迎來了巨大的發(fā)展機(jī)遇。在交流調(diào)速系統(tǒng)中，以數(shù)字控制的方式逐漸取代了模擬控制，大大地提高了信息處理效率，有效地節(jié)約了時(shí)間和資源，不僅能夠通過微機(jī)控制器有效地解決在復(fù)雜控制方面存在的一系列問題，還可以切實(shí)豐富交流調(diào)速系統(tǒng)的功能，賦予了交流調(diào)速系統(tǒng)較強(qiáng)的可操作性以及可靠性，對(duì)于裝置以及設(shè)置具有重要的作用。因此，對(duì)基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究在交流調(diào)速系統(tǒng)的深入發(fā)展和廣泛應(yīng)用中意義重大。

1 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的作用

變頻調(diào)速技術(shù)有機(jī)的結(jié)合了其他技術(shù)和設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，在調(diào)速系統(tǒng)中具有無可比擬的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，同其他調(diào)速方式相比，變頻器不僅體積相對(duì)較小，具有較高的精度和較輕的質(zhì)量，還采用了一系列的先進(jìn)工藝，具有多樣的應(yīng)用功能，另外，變頻器操作簡(jiǎn)單易行，具有較高的可行性，在一定意義上為其廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。所以，近年來，變頻器在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。除此以外，變頻器具有較低的成本，在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用也將產(chǎn)生更加積極的意義。變頻器調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用一方面能夠通過降低能源消耗，有效的節(jié)約機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行成本，另一方面也能創(chuàng)造更好的節(jié)能效果。具體而言，風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速具有以下突出作用：首先，變頻調(diào)速能夠促進(jìn)沖擊電流的減小，進(jìn)而有效的防止電機(jī)啟停時(shí)由電流沖擊造成的一系列不良影響。其次，變頻調(diào)速輸入端子有正負(fù)之分，大大的減少了由交替切換造成的故障問題，減輕了相關(guān)工作人員的工作負(fù)擔(dān)。第三，風(fēng)機(jī)以及電機(jī)等設(shè)備采用變頻調(diào)節(jié)時(shí)，可以根據(jù)負(fù)荷率的實(shí)際情況及時(shí)靈活的調(diào)整自身的轉(zhuǎn)速，大大的減少了相關(guān)設(shè)備的磨損，延長(zhǎng)了維護(hù)周期和設(shè)備的使用年限，有利于保障生產(chǎn)的持續(xù)、正常運(yùn)行，節(jié)約了維護(hù)、檢修的費(fèi)用［1］。

2 基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)技術(shù)要求

首先，基于PLC的變頻器節(jié)能自動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)中，通風(fēng)機(jī)能夠開展軟啟動(dòng)，靈活地切換運(yùn)行方式，通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)可以在工頻以及變頻之間進(jìn)行調(diào)整。其次，運(yùn)行狀態(tài)為變頻的通風(fēng)機(jī)能夠以管網(wǎng)阻力的具體實(shí)際情況為依據(jù)對(duì)自身的轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)節(jié)，使風(fēng)機(jī)的風(fēng)量始終能夠滿足實(shí)際的需求，另外，還能夠以有害氣體的濃度為依據(jù)對(duì)通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)整，減少或者杜絕了有害氣體濃度過高造成的影響。發(fā)生異常情況時(shí)，變頻器調(diào)速系統(tǒng)能夠及時(shí)的進(jìn)行報(bào)警，并采取行之有效的處理措施，對(duì)風(fēng)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。最后，綜合應(yīng)用上位機(jī)控制軟件以及PLC進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠以在線控制的方式對(duì)通風(fēng)機(jī)的局部運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視、控制以及管理，并以有關(guān)的參量為依據(jù)開展實(shí)時(shí)性的監(jiān)控。

2.2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)是以PLC為主控單元，以變頻通風(fēng)機(jī)為被控元件，以有害氣體濃度為主控參數(shù)的，以模糊控制為具體的控制算法。PLC能夠運(yùn)用傳感器及時(shí)的在內(nèi)存中錄入有害氣體的濃度，通過模糊控制對(duì)變頻器的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此對(duì)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行全面的控制，實(shí)現(xiàn)清新空氣、環(huán)保節(jié)能的效果。一般情況下，通風(fēng)系統(tǒng)包含了觸摸屏、氣體傳感器、PLC、變頻器以及通風(fēng)機(jī)等基本的設(shè)施設(shè)備和技術(shù)，其工作方式具有自動(dòng)、手動(dòng)以及工頻三種，其中，手動(dòng)調(diào)頻方式為開環(huán)控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)頻方式為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下圖1所示。在發(fā)生故障等異常情況時(shí)，工作方式能夠進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)節(jié)，有利于維護(hù)生產(chǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及安全性［2］。

圖1 開環(huán)、閉環(huán)控制系統(tǒng)

2.3 系統(tǒng)硬件選擇

系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)過驗(yàn)證具有一定的可行性后，設(shè)計(jì)意圖的實(shí)現(xiàn)必須依靠硬件的有力支撐，所以，硬件的選擇相當(dāng)關(guān)鍵。首先，PLC型號(hào)的選擇要充分的考慮系統(tǒng)的實(shí)際需要，特別是要充分的考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及控制的精度。另外，PLC還要具備較快的執(zhí)行速度和較為齊全的通訊功能，只有這樣，才能切實(shí)的滿足工廠自動(dòng)化的需求，全面的提高系統(tǒng)的控制能力以及靈活性，保障指令具有較快的執(zhí)行速度。其次，在選擇變頻器時(shí)，要綜合全面的考慮變頻器的性能、功能、運(yùn)行狀況以及參數(shù)設(shè)定，為系統(tǒng)提供更加豐富的應(yīng)用功能，切實(shí)的提高控制力度和速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路、電壓以及相關(guān)設(shè)備的保護(hù)，有效的規(guī)避故障問題。在選用通風(fēng)機(jī)時(shí)，要考慮其具體的配置和運(yùn)行狀況，盡量的選擇具有較高強(qiáng)度、較輕重量以及較好的通風(fēng)機(jī)。在選擇觸摸屏?xí)r，要重點(diǎn)考慮觸摸屏的顯示和保密功能、參數(shù)的修改以及設(shè)置功能，要優(yōu)先選用具有較快的觸鍵反應(yīng)、較豐富的系統(tǒng)和用戶畫面的觸摸屏，另外，要能夠?qū)ψ冾l器的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和控制。最后，由于系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度同有害氣體濃度息息相關(guān)、密不可分，所以，氣敏傳感器的選用相當(dāng)關(guān)鍵。在選用氣敏傳感器時(shí)，要充分考慮工藝、材料以及敏感性，能夠?qū)τ嘘P(guān)場(chǎng)所和設(shè)備的氣體檢驗(yàn)提供報(bào)警、提醒等功能。

3 基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低同硬件以及軟件的組合有著緊密的聯(lián)系，所以，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)也是一個(gè)不容忽視的環(huán)節(jié)。

1）通信程序設(shè)計(jì)原則。通信系統(tǒng)作為通風(fēng)系統(tǒng)中不可或缺的構(gòu)成，對(duì)系統(tǒng)的整體性能有著深刻的影響。通信系統(tǒng)不僅可以以其良好的可靠性、穩(wěn)定性以及較大的容量服務(wù)于通風(fēng)系統(tǒng)，還能在故障發(fā)生時(shí)提供一定的解決措施，有利于維護(hù)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。一般情況下，通信設(shè)計(jì)的原則包含開放性、標(biāo)準(zhǔn)性、可行性以及經(jīng)濟(jì)性等，本文在此就不進(jìn)行深入的研究了［3］。

2）系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)控制程序主要包含五個(gè)部分。其中，主控制程序主要是對(duì)工頻、手動(dòng)以及自動(dòng)等運(yùn)行方式進(jìn)行控制，調(diào)用程序以及設(shè)置時(shí)間，當(dāng)有害氣體濃度超過一定的范圍時(shí)及時(shí)的進(jìn)行報(bào)警，當(dāng)發(fā)生異常情況或者有關(guān)的設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，進(jìn)行報(bào)警并提供相應(yīng)的解決措施，能夠充分的保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。子程序0可以初始化有關(guān)的參數(shù)，執(zhí)行完控制程序后，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行是以自動(dòng)變頻的方式時(shí)，子程序0就會(huì)得到應(yīng)用。當(dāng)有害氣體濃度極限值超出了有關(guān)的范圍時(shí)，在子程序調(diào)用前，還應(yīng)對(duì)拓展模塊的存在性進(jìn)行仔細(xì)的檢驗(yàn)，對(duì)電源的實(shí)際狀況進(jìn)行檢查，一旦發(fā)生異常情況時(shí)，就要及時(shí)的關(guān)閉主程序；當(dāng)一切正常后接下來就調(diào)用子程序2，子程序2的主要功能在于對(duì)有害氣體的濃度進(jìn)行采集，并計(jì)算有關(guān)數(shù)值的平均值。當(dāng)有害氣體濃度值超過一定范圍時(shí)，中斷程序就要進(jìn)行斷電標(biāo)志的設(shè)置，否則，就進(jìn)行寄存器的錄入，將電壓值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并通過模擬控制器對(duì)通風(fēng)機(jī)變頻方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。在主程序中，中斷程序的執(zhí)行次數(shù)是以設(shè)置的中斷控制時(shí)間為依據(jù)的。

4 結(jié)語

雖然我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展取得了令人矚目的成效，然而不容忽視的是我國(guó)目前也面臨著巨大的能源緊缺問題和壓力，特別是相比于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)電量消耗相當(dāng)?shù)木薮螅娔艿睦寐什桓?，?duì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重的影響。而對(duì)基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究不僅能夠有效地節(jié)約能源，還能創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益以及生態(tài)效益，同時(shí)，基于PLC變頻通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用有著較強(qiáng)的可行性，具有美好的發(fā)展前景，因此，本文的研究有著深刻的意義。

［1］ 李寧.PLC在變頻閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.價(jià)值工程，2011，30（7）：151－153.

［2］ 張芬.基于PLC控制的變頻閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2014（4）：78－80.

［3］ 謝家敏.基于PLC與變頻器的調(diào)速自動(dòng)化在節(jié)能工程中的應(yīng)用分析［J］.電工文摘，2013（2）：60－61.