李　琦

(焦作市技師學(xué)院電氣工程系，河南 焦作　454000)

近年來(lái)，相關(guān)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)者開(kāi)始對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備中的節(jié)能率管理加以重視，電氣自動(dòng)化的節(jié)能處理是基于電氣辦公設(shè)備方面的節(jié)能控制管理，以及電氣通信設(shè)備的控制管理。PLC 自動(dòng)控制技術(shù)的編程優(yōu)勢(shì)促使其在數(shù)控領(lǐng)域具有廣泛地應(yīng)用價(jià)值，例如：監(jiān)控排水空調(diào)、通風(fēng)、采暖、變電等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，保證設(shè)備的充分利用，及時(shí)采取控制措施，以便更好地節(jié)約能源。

由于受到電氣自動(dòng)化設(shè)備自身?xiàng)l件的限制，傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)常無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。例如：無(wú)法將水壓系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率控制到最佳狀態(tài)，無(wú)法將照明系統(tǒng)的照明量按需求提供給需求方等。PLC變頻節(jié)能技術(shù)能夠?qū)鞲衅骷夹g(shù)、實(shí)時(shí)控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)通信技術(shù)有效融合在一起，保證電氣自動(dòng)化設(shè)備的節(jié)能效果達(dá)到最理想的狀態(tài)[1]。

對(duì)PLC變頻節(jié)能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行廣泛而深入的研究，重點(diǎn)分析PLC變頻節(jié)能技術(shù)在電梯系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)三方面的應(yīng)用。通過(guò)這三方面的具體闡述，從而剖析PLC變頻節(jié)能技術(shù)在保證電氣自動(dòng)化設(shè)備的正常運(yùn)行前提下，如何最大程度實(shí)現(xiàn)節(jié)能[2]。

1　PLC變頻節(jié)能技術(shù)原理

變頻節(jié)能技術(shù)在電氣設(shè)備當(dāng)中的應(yīng)用目前為止多集中于電梯設(shè)備、建筑電氣設(shè)備、空調(diào)設(shè)備及通風(fēng)設(shè)備等。企業(yè)生產(chǎn)中, 電氣設(shè)備最為顯著的特點(diǎn)就是需要長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)行, 這對(duì)于任何一種機(jī)械設(shè)備而言要求都不低。在實(shí)際使用過(guò)程當(dāng)中為了保證電氣設(shè)備始終具備充足的動(dòng)力又不出現(xiàn)能源浪費(fèi), 就需要在電氣設(shè)備當(dāng)中采用變頻節(jié)能技術(shù)。

所謂變頻節(jié)能技術(shù), 其基本原理就是利用半導(dǎo)體元件來(lái)對(duì)工頻電流信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化, 在將其轉(zhuǎn)化成為其他頻率信號(hào)之后再轉(zhuǎn)換成為直流電, 利用逆變器對(duì)電壓和電流的控制作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的調(diào)節(jié), 最終實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備調(diào)速。電氣設(shè)備變頻是通過(guò)電流頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)速, 從而保證電氣設(shè)備的自動(dòng)節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)。

2　PLC變頻節(jié)能技術(shù)在電梯系統(tǒng)中的應(yīng)用

電梯的使用給人們帶來(lái)了極大的方便，電梯的主要性能是安全可靠，所以在對(duì)電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)備的追求目標(biāo)也在不斷提高，電氣自動(dòng)化設(shè)備的研究也越來(lái)越多。

目前的電氣自動(dòng)化設(shè)備電氣體系主要由以下幾部分組成，見(jiàn)圖1。

圖1　電氣自動(dòng)化設(shè)備電氣體系

由圖1可知，電氣自動(dòng)化設(shè)備相當(dāng)復(fù)雜，高層建筑電氣控制系統(tǒng)由電梯設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、排水設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備等多部分組成，消耗大量的能量，因此研究的重點(diǎn)是如何保證各個(gè)系統(tǒng)有序、安全、智能、節(jié)能的運(yùn)行[3]。

電梯系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由多種電氣自動(dòng)化設(shè)備共同組成，在運(yùn)行過(guò)程中需要消耗大量的能源。PLC變頻節(jié)能技術(shù)能夠有效控制電梯系統(tǒng)中的電氣自動(dòng)化設(shè)備的能量消耗。電梯的曳引機(jī)在拖動(dòng)負(fù)載時(shí)，會(huì)依據(jù)轎廂的質(zhì)量進(jìn)行一定的調(diào)整，PLC變頻節(jié)能技術(shù)可以利用重物對(duì)轎廂之間存在的動(dòng)量差進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免多余能量的消耗，有效節(jié)約電梯系統(tǒng)的整體耗能。

PLC變頻節(jié)能技術(shù)通過(guò)對(duì)電梯系統(tǒng)自身的工作狀態(tài)要求,進(jìn)行電梯系統(tǒng)的PLC軟件開(kāi)發(fā),通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)的特點(diǎn),結(jié)合PLC自身的控制規(guī)律,設(shè)計(jì)出可實(shí)現(xiàn)一定功能的PLC電梯控制系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能。電流功率計(jì)算公式如下所示[4]：

(1)

式中η——電氣自動(dòng)化設(shè)備中電動(dòng)機(jī)的效率；p2——電動(dòng)機(jī)在有功情況下功率輸出值；p1——電動(dòng)機(jī)在有功情況下功率輸入值；∑p——電動(dòng)機(jī)的總消耗值。

電梯在啟動(dòng)之后，負(fù)載情況便會(huì)出現(xiàn)改變，電梯內(nèi)部電動(dòng)機(jī)的功率不斷上升，電流值也處于上升階段。PLC變頻節(jié)能技術(shù)可以將變動(dòng)損耗值和固定損耗值達(dá)到一致，保證電機(jī)處于最佳運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生最大的節(jié)能效果[5]。PLC變頻節(jié)能技術(shù)是利用電梯電頻的機(jī)械動(dòng)能再加上三相交流變頻電壓所控制，從而使電氣節(jié)能設(shè)備充分利用，確保電梯利用曳引機(jī)釋放機(jī)械動(dòng)能，同時(shí)通過(guò)控制芯片，對(duì)電梯加以加速減速，使電梯穩(wěn)定的釋放出機(jī)械動(dòng)能。

3　PLC變頻節(jié)能技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前，變頻技術(shù)己經(jīng)在企業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)得到了充分的利用。在研究了PLC變頻節(jié)能技術(shù)的基本概念和原理的基礎(chǔ)之上，盡可能地分析其在生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用狀況。

空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用大量的電氣自動(dòng)化設(shè)備，對(duì)能源產(chǎn)生巨大消耗，PLC變頻技術(shù)能夠有效控制空調(diào)系統(tǒng)中的能源消耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能?？照{(diào)系統(tǒng)由水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)兩部分組成，PLC變頻技術(shù)利用電動(dòng)二通閥調(diào)整水系統(tǒng)末端裝置的流量，冷熱水的主管道獨(dú)立存在，二者通過(guò)不同的管道流入。主管道采用異程式的方法建設(shè)，支管道采用同程式的方法建設(shè)，在空調(diào)主機(jī)房的分水器各個(gè)環(huán)路供水管上放有動(dòng)態(tài)平衡閥，空調(diào)供水管支管道上安置數(shù)字鎖定平衡閥，當(dāng)冷水系統(tǒng)發(fā)生流量變化時(shí)，各個(gè)支管道也能維持在平衡狀態(tài)，有效維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，既保證制冷，也保證了供暖，PLC變頻技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中安裝智能軟化裝置，有效調(diào)節(jié)空調(diào)中水泵電壓[6]。

空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)中安裝風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)和新風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)具有夏天制冷，冬天制熱的功能[7]。新風(fēng)系統(tǒng)在夏季能夠有效制冷，冬季就會(huì)停止運(yùn)行。當(dāng)風(fēng)量超過(guò)每小時(shí)5 000 m3后，PLC變頻技術(shù)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)熱回收裝置，空調(diào)新風(fēng)在入口處將電動(dòng)密閉風(fēng)閥與風(fēng)機(jī)聯(lián)合，新風(fēng)回風(fēng)及送風(fēng)調(diào)節(jié)閥均為電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。在春季和秋季這樣的過(guò)渡季節(jié)，全新風(fēng)將會(huì)運(yùn)行。PLC變頻節(jié)能技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用概括如表1所示。

表1　PLC變頻節(jié)能技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

4　PLC變頻節(jié)能技術(shù)在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用

照明系統(tǒng)由大量的電機(jī)自動(dòng)化設(shè)備組成，這些設(shè)備集中工作為人們的生活提供便利，但是也會(huì)造成能源浪費(fèi)。

PLC變頻節(jié)能技術(shù)在照明系統(tǒng)中配置電子鎮(zhèn)流器，COS%>0.9，色溫設(shè)定在3 500～6 500 K，光源顯色指數(shù)值始終大于85，從而對(duì)不同場(chǎng)所的照明系統(tǒng)實(shí)行節(jié)能控制，得出來(lái)的節(jié)能效果如表2所示。

表2　照明系統(tǒng)節(jié)能控制效果

由表2可知，PLC變頻節(jié)能技術(shù)安裝在照明系統(tǒng)的電氣自動(dòng)化設(shè)備中具有如下優(yōu)勢(shì)：光照效率高，光衰小，光照功率低，占用體積小，使用壽命更長(zhǎng)。

PLC變頻節(jié)能技術(shù)大大降低燈具的瓦數(shù)，利用LED燈源取代傳統(tǒng)照明燈源，對(duì)電能源的消耗率可以降低到50%，同時(shí)在各個(gè)照明箱中安裝HW-BA5204模塊，有效降低室內(nèi)光照強(qiáng)度，縮短光照時(shí)間，從而達(dá)到節(jié)能效果。PLC變頻節(jié)能技術(shù)能夠準(zhǔn)確地對(duì)照明系統(tǒng)的照明量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算式為：

(2)

式中W——照明燈的額定功率，(kw/臺(tái))；T——照明燈的照明時(shí)長(zhǎng)，h；E——平均照明亮度；A——照明面積，m2；U——照明率；F——照明光束長(zhǎng)度，m；M——照明系統(tǒng)；Uη——綜合功率，(F/W)。

通過(guò)式(2)計(jì)算出系統(tǒng)照明量，從而加以節(jié)能控制。PLC變頻節(jié)能技術(shù)在不同季度中，節(jié)能效果不同，但是對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備的總體節(jié)能水平都能達(dá)到30%。

5　結(jié)語(yǔ)

本文闡述了PLC變頻控制技術(shù)在電氣自動(dòng)化方面的應(yīng)用，直接分析了此技術(shù)在生產(chǎn)節(jié)能降耗方面的優(yōu)勢(shì)。PLC變頻節(jié)能技術(shù)能夠在保證電氣自動(dòng)化設(shè)備正常運(yùn)行的前提下，最大程度減少能量損耗。

PLC變頻節(jié)能技術(shù)廣泛應(yīng)用在電梯系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)的電氣自動(dòng)化中，并且能夠很好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，是未來(lái)必然的發(fā)展方向。希望本文可以對(duì)今后研究PLC變頻節(jié)能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用提供幫助。

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