山東華宇工學(xué)院 馬 燕

變頻調(diào)速技術(shù)在社會很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，在電氣自動化控制中的應(yīng)用不僅讓生產(chǎn)效率得以提升，還讓電氣設(shè)備的能源消耗大大降低了。變頻調(diào)速技術(shù)在能源節(jié)約、工藝流程的改善、控制精度提升等方面發(fā)揮了重要的作用。文章設(shè)計(jì)了應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)的電氣自動化控制方法，通過對電氣設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)采集，利用相關(guān)的設(shè)備及模塊對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行交換，將電氣自動化控制的比例計(jì)算出來，利用變頻調(diào)速技術(shù)對控制比例內(nèi)的設(shè)備參數(shù)進(jìn)行有效的控制。通過實(shí)驗(yàn)測試表明，該方法的控制性能好，且可以有效的節(jié)約電力能源。

1 變頻調(diào)速技術(shù)概述及主要的優(yōu)勢

在工業(yè)發(fā)展領(lǐng)域，直流調(diào)速因其更高的可靠性、更強(qiáng)的控制力以及更簡單的控制電路等優(yōu)勢一直占據(jù)著主要地位。但是近年來，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流調(diào)速的不足逐漸顯現(xiàn)出來。為了彌補(bǔ)直流調(diào)速在工業(yè)領(lǐng)域的不足，變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，變頻調(diào)速技術(shù)是在微機(jī)控制技術(shù)以及集成電路不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。變頻調(diào)速技術(shù)是根據(jù)電氣設(shè)備的電機(jī)轉(zhuǎn)速和電源頻率的關(guān)系，通過改變電源的輸入頻率來更好的調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷、轉(zhuǎn)速等，根據(jù)不同的工況進(jìn)行電機(jī)運(yùn)行模式的優(yōu)化。主要通過相應(yīng)的控制單元和設(shè)備來檢測識別電壓電流，對運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)及扭轉(zhuǎn)情況進(jìn)行監(jiān)測，為電氣自動控制提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)依據(jù)。

變頻調(diào)速技術(shù)的主要優(yōu)勢有三個(gè)方面：第一，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和通用性，在不同的領(lǐng)域，不同的變頻設(shè)備上都有很好的應(yīng)用。第二，調(diào)速效率高。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些現(xiàn)代的新工藝、新技術(shù)在變頻調(diào)速器中得到廣泛應(yīng)用，變頻調(diào)速器的功能更全，性能更好，在實(shí)際應(yīng)用中，調(diào)速效率更高，對電氣設(shè)備的控制更好。第三，操作簡單。變頻調(diào)速技術(shù)操作比較簡單，而且，利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一體化操作，自動化控制范圍更廣、控制精度更高，可以更好的滿足實(shí)際控制要求。

2 變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制中應(yīng)用的必要性

2.1 保障設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行

在工業(yè)生產(chǎn)中，設(shè)備的穩(wěn)定性是影響生產(chǎn)安全和效率的重要因素。工業(yè)用的電動機(jī)功率大，而且通常是直接啟動的，在電機(jī)啟動的瞬間會產(chǎn)生很大的啟動電流，啟動電流遠(yuǎn)大于電機(jī)的額定電流，會影響電機(jī)的使用壽命，也會讓電源電壓出現(xiàn)較大的波動。利用變頻調(diào)速技術(shù)，可以更好的控制電機(jī)的啟動電源頻率，讓電機(jī)的轉(zhuǎn)速在一個(gè)穩(wěn)定的區(qū)間內(nèi)，保證了電機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 降低能源消耗

變頻調(diào)速技術(shù)的不斷完善，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，自動化水平也得到了大幅的提高。對于生產(chǎn)企業(yè)來說，電氣自動化設(shè)備的能源消耗會提高其生產(chǎn)成本，因?yàn)樵O(shè)備的運(yùn)行會增加線路損耗，就會降低有效電能，在這個(gè)過程中，能源就被消耗掉了。變頻調(diào)速技術(shù)可以根據(jù)電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行情況，補(bǔ)償功率因數(shù)，很好的降低能源消耗。

2.3 實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的精準(zhǔn)控制

變頻調(diào)速技術(shù)中的轉(zhuǎn)矩比較器和磁通比較器是其主要的組成部分，它們的主要任務(wù)是對數(shù)據(jù)采集模塊采集到的設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行高頻率的對比，通過快速對比，對控制目標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全方位監(jiān)控，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，及時(shí)的調(diào)整控制目標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)，確保控制目標(biāo)在最優(yōu)狀態(tài)下運(yùn)行。

3 應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)的電氣自動控制方法

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)通過采集模塊進(jìn)行采集，可以更好的減少人工數(shù)據(jù)采集，而且采集到的數(shù)據(jù)更加的準(zhǔn)確、全面。數(shù)據(jù)采集模塊由主控單元以及現(xiàn)地單元組成，設(shè)計(jì)方式為分層開放式。主控單元要實(shí)時(shí)采集電氣設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并做好設(shè)備運(yùn)行記錄的統(tǒng)計(jì)工作，為數(shù)據(jù)通信、控制管理等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，主要由操作工作站、以太網(wǎng)交換機(jī)等設(shè)備組成?，F(xiàn)地單元主要是定時(shí)的采集電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理之后，存儲于數(shù)據(jù)庫中，為主控單元的計(jì)算、控制等提供數(shù)據(jù)?，F(xiàn)地單元主要由LCU機(jī)組和相應(yīng)的線路組成，監(jiān)控電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 信息交換

信息交換主要是PLC和設(shè)備的通訊，數(shù)據(jù)采集模塊與PLC的通訊。這其中，PLC和設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸利用的是RS485串口通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在信號進(jìn)行傳輸前，先將信號進(jìn)行劃分，通常劃分為正、負(fù)兩部分，兩部分信號通過不同的線路進(jìn)行傳輸，在信號的接受端收到信號后，要對信號進(jìn)行處理，就形成了原始信號，為下一步的處理提供基礎(chǔ)。而數(shù)據(jù)采集模塊與PLC間的通訊，主要是PLC將數(shù)據(jù)采集模塊傳輸?shù)耐ㄐ胖噶畎l(fā)送給控制模塊，控制模塊根據(jù)指令做出相應(yīng)的動作。

3.3 電氣自動化控制比例計(jì)算

結(jié)合信息交換獲取到的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，對電氣自動化控制比例進(jìn)行計(jì)算?？刂票壤请姎庾詣踊鲆娓淖兊目刂苹A(chǔ)，可用下列公式表示：

其中，Q是控制信號，λ表示自動化控制比例增益，q表示控制誤差，r(t)表示參考增益量，s(t)表示控制反饋量。控制比例雖然可以減少控制的偏差值，但是控制誤差是不能消除的。不同的自動化控制比例增益，起到的調(diào)節(jié)作用也不同，在一個(gè)合理的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，自動化控制比例增益增大，調(diào)節(jié)作用就大，反之，則調(diào)節(jié)作用較小。但如果超出了正常的調(diào)節(jié)范圍，會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此，常利用自動化控制比例增益來更好的將控制比例的大小劃分出來。

3.4 運(yùn)行參數(shù)控制

在采集電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合電氣自動化控制比例，利用變頻調(diào)速技術(shù)對設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行控制。利用SLMSG120交流變頻器來更好的進(jìn)行微調(diào)、行程調(diào)整，滿足實(shí)際的需求。采用相應(yīng)的芯片，以及相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對各個(gè)模塊的仿真驗(yàn)證，變頻調(diào)速控制原理見圖1。

圖1 變頻調(diào)速模塊控制原理

利用變頻器調(diào)試軟件來實(shí)現(xiàn)變頻器的優(yōu)化設(shè)置，做好變頻器的靜態(tài)與動態(tài)測試，之后，將變頻器啟動，看是否能對電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行靈活控制，如果可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，則說明變頻器工作正常。變頻調(diào)速控制模塊在微調(diào)狀態(tài)時(shí)，主電機(jī)同步處于微速運(yùn)行，這時(shí)主電機(jī)可以正向運(yùn)轉(zhuǎn)，也可以反向運(yùn)轉(zhuǎn)，滑塊的行程次數(shù)是每分鐘5次。而控制模塊在行程狀態(tài)時(shí)，主電機(jī)不能反向的運(yùn)轉(zhuǎn)，只能做正向的運(yùn)轉(zhuǎn)，而且運(yùn)轉(zhuǎn)的速度比較快，與之對應(yīng)的滑塊的行程速度也有所提高，是微調(diào)狀態(tài)下的3倍左右，通常為每分鐘15次左右。通過對變頻調(diào)速模塊狀態(tài)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備參數(shù)的控制。

4 實(shí)驗(yàn)測試

以某水站的凝結(jié)水泵為對象進(jìn)行測試。水站的凝結(jié)水泵是離心式多級立式泵，靠兩個(gè)調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)水流量，調(diào)節(jié)閥一大一小，根據(jù)實(shí)際需求調(diào)大或調(diào)小。凝結(jié)水泵的電機(jī)功率為2480kW，滿負(fù)荷下電機(jī)效率為96.2%，水泵揚(yáng)程3000m，泵效率在85%以上，利用本設(shè)計(jì)方法對凝結(jié)水泵進(jìn)行控制測試。先找出在額定的負(fù)荷點(diǎn)下，滿足凝水流量的凝水泵的最低頻率，將結(jié)果分析統(tǒng)計(jì)出來，為后續(xù)的自動化控制提供依據(jù)。將水泵運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在信息交換的基礎(chǔ)上，明確控制比例，在設(shè)備參數(shù)環(huán)節(jié)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)。通過實(shí)驗(yàn)得知，將凝結(jié)水泵變頻前后的電流進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，變頻調(diào)速技術(shù)可以讓凝結(jié)水泵的工頻電流下降近50%，排除實(shí)驗(yàn)中的一些干擾因素外，有可能會下降更多，由此可見，有非常大的節(jié)能潛力。此外，為了更好的驗(yàn)證此方法對自動化控制的精準(zhǔn)度，利用凝結(jié)水泵的一大一小兩個(gè)調(diào)節(jié)閥門作為控制目標(biāo)進(jìn)行控制實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在不同的負(fù)荷點(diǎn)下，此方法對凝水泵調(diào)節(jié)閥門的控制精度始終在93%以上。因?yàn)樵谧詣踊刂七^程中，利用轉(zhuǎn)矩比較器和磁通比較器可以讓采集到的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)對比過程更加的高效，控制指令更加的精準(zhǔn)，讓控制效果更加的精準(zhǔn)。

結(jié)束語：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，讓電氣自動化控制方式更靈活，精準(zhǔn)度更高。利用變頻調(diào)速技術(shù)可以在自動化控制過程中，更好的對電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)，也讓能源消耗大幅下降。本文利用變頻調(diào)速技術(shù)設(shè)計(jì)的電氣自動化控制方法，讓設(shè)備運(yùn)行更加的穩(wěn)定，對設(shè)備的控制更加的精準(zhǔn)，而且節(jié)省能源，對實(shí)際應(yīng)用有一定參考。