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案例頻道 1. 引言
目前，節(jié)能減排和環(huán)境問題成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)，隨著國家節(jié)能減排計(jì)劃的逐漸實(shí)施，工業(yè)企業(yè)在各個(gè)新建或改擴(kuò)建項(xiàng)目中都在嘗試各種方法降低企業(yè)能耗,工業(yè)企業(yè)中能耗最大的是各種電動(dòng)機(jī)設(shè)備,我國的電動(dòng)機(jī)用電量占全國耗電量的60%-70%，特別是風(fēng)機(jī)、水泵類設(shè)備年耗電量占全國電力消耗的1/3，采用變頻控制器控制風(fēng)機(jī)類負(fù)載可以大幅度降低電機(jī)能耗，為了符合節(jié)能減排要求，變頻器的使用已經(jīng)成為各單位節(jié)能工作的重點(diǎn)。使用自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可以采集來自變頻器的各種信號，同時(shí)采集各種傳感器信號來控制變頻設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變頻控制，使自動(dòng)變頻控制達(dá)到了最佳的節(jié)能效果。
2. 常規(guī)變頻控制方式
傳統(tǒng)的節(jié)能大多采用擋風(fēng)板、回流閥或開/停機(jī)時(shí)間來調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量,大電機(jī)在工頻狀態(tài)下頻繁開停難度大,同時(shí)會(huì)造成電能損耗以及開/停機(jī)的電流沖擊，對于電機(jī)的使用壽命和安全性都有影響。
采用變頻器控制風(fēng)機(jī)或者泵類具有它本身的科學(xué)性，節(jié)能效率能達(dá)到30%左右，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制以及大電機(jī)的軟停、軟啟，避免了工頻啟動(dòng)時(shí)的電壓沖擊，可以減少電動(dòng)機(jī)的故障率，延長其使用壽命，降低對電網(wǎng)的容量要求和無功損耗。常用的變頻控制方式是使用智能控制中心完成對變頻器的控制，變頻控制流程示意圖如下:
目前,在自動(dòng)控制系統(tǒng)中通用的變頻器智能控制中心是使用組態(tài)軟件作為上位監(jiān)控軟件,通過PLC來完成變頻器及電機(jī)等設(shè)備的變頻控制。其中，PLC作為控制單元有著強(qiáng)大的PID控制邏輯和數(shù)據(jù)采集能力,能夠很好的完成變頻控制工作。這種控制方式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下所示：
但是，這種控制方式在系統(tǒng)組網(wǎng)、抗干擾以及成本方面都有其不足的地方。首先，所有現(xiàn)場變頻控制柜都通過硬接線的方式將變頻器信號送到PLC，各個(gè)變頻器只能通過PLC與外界進(jìn)行聯(lián)系。其次，傳感器與變頻器等通過硬接線方式將信號送入PLC，其中變頻器的線纜干擾很大，對于其它信號的穩(wěn)定性不能保證，從而很容易引起變頻控制的輸出不準(zhǔn)確。最后，PLC在成本上比較高，對整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)來說，增加了控制成本。
3. 新型變頻控制模式
針對組態(tài)軟件結(jié)合PLC實(shí)現(xiàn)變頻控制中的問題，易控組態(tài)軟件找到了一種新的方式來彌補(bǔ)這些問題，那就是通過組態(tài)軟件或者觸摸屏加上信號采集模塊的方式來實(shí)現(xiàn)。
信號采集模塊負(fù)責(zé)采集變頻器上的所有信號，如啟停信號、變頻輸入、輸出信號，同時(shí)它還可以采集各種傳感器的信號。信號采集模塊具有體積小、安裝方便的特點(diǎn)、而且，現(xiàn)在各個(gè)廠家生產(chǎn)的采集模塊種類繁多,如阿爾泰模塊、研華模塊等，它們能適應(yīng)各種不同工況要求，同時(shí)，它們集成的功能也越來越多，比如在進(jìn)行信號采集的同時(shí)能通過以太網(wǎng)方式將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給相關(guān)組態(tài)軟件。另外，也是最重要的一點(diǎn)，采用信號采集模塊能大大節(jié)省控制系統(tǒng)的成本，不僅是PLC硬件，在信號連接線、控制柜等方面都能節(jié)省。
組態(tài)軟件負(fù)責(zé)采集信號采集模塊上的各種信息，并且在組態(tài)軟件中將這些信息進(jìn)行應(yīng)用，主要有對變頻器的手動(dòng)、自動(dòng)控制，對各種采集信息進(jìn)行報(bào)警或歷史記錄。組態(tài)軟件擁有強(qiáng)大的運(yùn)算處理功能，對于完成變頻器的PID控制可以完全取代PLC中的變頻控制功能。
4. 易控組態(tài)軟件與信號采集模塊結(jié)合使用的實(shí)例
易控組態(tài)軟件結(jié)合信號采集模塊來完成變頻控制的應(yīng)用在山西立恒鋼廠高壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中得到了完美體現(xiàn)，下面是該系統(tǒng)的整體介紹：
4.1 項(xiàng)目簡介
山西省立恒鋼鐵有限公司煉鋼廠原三組除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用直起控制，吹氧信號到來時(shí)一直以工頻運(yùn)行，耗電量大，運(yùn)轉(zhuǎn)周期緩慢，檢修維護(hù)頻繁，經(jīng)常影響生產(chǎn)。本系統(tǒng)針對該現(xiàn)狀進(jìn)行改造。
4.2 項(xiàng)目系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
主要采用易控（INSPEC）組態(tài)軟件進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)，人機(jī)對話。硬件采用霍尼韋爾高壓變頻控制機(jī)組，通過信號采集模塊，實(shí)現(xiàn)了高壓除塵風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)。包含遠(yuǎn)程、就地、手自動(dòng)控制等各種功能需求，解決了廠商一直困擾的問題。
4.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
整個(gè)系統(tǒng)硬件組成包括：采集模塊、易控組態(tài)軟件、機(jī)柜、變頻器、傳感器及若干電器元件，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下所示：
系統(tǒng)中所用控制硬件為用霍尼韋爾高壓變頻控制機(jī)組，信號采集與控制通過阿爾泰的ART-DAM-E3000系列模塊（采集模塊）完成，采用以太網(wǎng)通信方式與上位組態(tài)進(jìn)行信號傳輸，應(yīng)用簡單、方便、快捷。
4.4 功能簡介
用戶在易控（INSPEC）組態(tài)如軟件開發(fā)的工程中可進(jìn)行變頻控制手自動(dòng)切換。正常運(yùn)行時(shí)，一般運(yùn)行自動(dòng)模式，此模式下，根據(jù)現(xiàn)場壓力信號來控制變頻，可調(diào)節(jié)電機(jī)頻率，以理論計(jì)算所得，相較于原工頻運(yùn)行，節(jié)能效果可達(dá)30%以上。手動(dòng)狀態(tài)下，隨時(shí)可更改運(yùn)行頻率。
整個(gè)變頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要在主系統(tǒng)畫面上完成，同時(shí)配以報(bào)警查詢系統(tǒng)、報(bào)表查詢系統(tǒng)、實(shí)時(shí)曲線顯示、歷史曲線顯示等功能，系統(tǒng)主界面如下圖所示：
系統(tǒng)主界面監(jiān)控變頻控制柜狀態(tài)及各個(gè)風(fēng)機(jī)的狀態(tài)，同時(shí)能通過界面上的手自動(dòng)按鈕和輸入框來完成風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速控制，風(fēng)機(jī)的自動(dòng)變頻功能通過易控的用戶程序完成，下面為風(fēng)機(jī)手自動(dòng)控制畫面。
易控的自動(dòng)變頻控制方式為：通過易控組態(tài)軟件和信號采集模塊結(jié)合使用，在組態(tài)軟件中直接設(shè)定目標(biāo)值（壓力及溫度等），通過實(shí)際值（傳感器的測量值）進(jìn)行比較運(yùn)算，直接向變頻節(jié)能系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)算指令（模擬信號），調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率。
4、結(jié)束語
該變頻節(jié)能系統(tǒng)在現(xiàn)場穩(wěn)定可靠運(yùn)行，節(jié)能效果可達(dá)30%以上。易控(INSPEC)在線監(jiān)控系統(tǒng)，滿足了客戶對變頻調(diào)試控制系統(tǒng)的需求，而且軟件本身易學(xué)易用，使用方便，運(yùn)行穩(wěn)定。與同類型產(chǎn)品相比，具有操作方便、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，其可靠性、工作效率及安全性也得到了極大的提高。在變頻節(jié)能系統(tǒng)中采用易控組態(tài)軟件作為人機(jī)交互工具，提高了整個(gè)變頻節(jié)能系統(tǒng)以及企業(yè)的硬件檔次。隨著微電腦技術(shù)的不斷發(fā)展，工控機(jī)性能更加強(qiáng)大，價(jià)位卻在穩(wěn)步下調(diào)，再與采集模塊結(jié)合使用，這種結(jié)合必將更多的應(yīng)用在未來的各種生產(chǎn)系統(tǒng)中，成為工控領(lǐng)域在節(jié)能改造技術(shù)中的一顆閃亮的新星！
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