基于PLC 技术的变频器节能控制系统设计分析

张翠玲

（德州职业技术学院 山东省德州市 253034）

变频器属于电气设备的内部组成结构，具有关键的作用，不仅可以对设备内置的滤波模块、逆变模块、制动单元模块、驱动单元模块做出有效控制，同时还可以避免设备在常规工作状态下发生过流现象、过压现象、过载现象。在上述内容中，变频器核心功能在于可以对输出电源进行控制，合理调整系统电压值以及频率值，使其处于规范状态下完成各自任务[1]。但是，对于部分大型设备而言，在其工作期间，设备自身运行功率会存在因数不足的情况。基于此，需要针对大型设备工作问题展开针对性研究，整理成功经验，并给出基于PLC技术的变频器节能控制系统设计建议，借助PLC 技术的双线制运行模式，达成对变频器节能控制系统的自动调节目的，希望可以为同领域工作者提供合理参考作用。

1 以PLC技术为核心的变频器节能控制系统硬件设计

1.1 变频器系统框架设计分析

首先，以变频器作为主要对象，同时将节能控制系统的实际工作状态为核心，对节能控制系统运行的安全性做出明确要求，并为此提供可靠保障。设计方案提出：使用一种双线制类型的PLC 技术，并为系统设计出主、备两套不同系统但是同一使用规格的专用控制系统线路，以此为基础，可以保证控制变频器运行的最终节能水平，在提升变频器控制系统作业稳定性的同时，提升节能效果，同时保证控制变频器在工作过程中的整体安全性，并保证后续阶段的运行可靠性[2]。其中，系统配置的具体信息见表1。

表1： 双线制PLC 技术控制系统配置表

1.2 系统回路设计

保证系统现阶段的所有控制流程稳定性，并保证单向循环效果，不可受到其他因素的影响。本次设计方案具体内容见图1。

主令零位设定标准值为KA1-3 指令，该指令属于本次系统设计中的核心控制闸装置，当主令手柄位于零位时，则系统处于停止状态，对应的垫片会遮挡光电开关装置，在发出指令信号直至信号再次回到继电器的以后，系统才会正式接通回路，随后才可以正式启动变频器装置[4]。在此期间，如果安全回路中的任何一点并未处于接通状态，均会对后续的变频器启动指令动作造成直接影响，不仅会给系统运行稳定性形成阻碍作用，同时还会对最终反应效率造成一定影响。

在变频器处于休止时，对应的系统制动手柄装置会停留在紧闸位，此时的继电器装置会完成闭合指令；在主令手柄处于零位点的状态下，控制系统会与安全回路保持连接，并且还会将制动手柄按指令要求划拨至系统紧闸位，最后，控制系统会启动自身的变频器装置。但是，当控制系统处于断电状态或欠压状态，系统会对存在异常情况的继电器装置进行隔离处理，对应的安全回路会立即断开连接，对应的主控制系统能够顺利进入到预设好的一级或者二级紧急制动模式，保证运行效果。

在图1 内容中，变频故障问题为：KA31-3 工作发生异常后，系统会在第一时间断开安全回路，同时还会在第一时间切断系统的安全回路，通过这种方式以为后续环节的变频运行提供安全性保障作用。在上述内容中，可设定专门的运动控制单元，将其与PLC 进行集成作用，在这样的情况下，使用代码即可完成对机器运动的控制[5]。

图1： 系统回路示意图

PLC 技术持续发展的过程中，自身的可靠性也在不断提升，并且技术优越性能受到大量企业的高度关注，在实际生产中应用PLC 技术的企业数量正变得越来越多。以现有资料进行分析，PLC 技术在初始阶段的作用是实现系统的顺序控制，保证顺序控制工作指令，以此为基础，为每一项生产工序提供生产稳定性保障，按照要求完成相应指令，以此保证工作效率。因此，自动化控制系统的主要优势是可以充分发挥出PLC 技术的核心优势。

1.3 系统触摸屏的最终选择

系统触摸屏可以为后续环节的变频器管理工作人员提供辅助作用，工作人员能够随时观察变频器的实时运行状态，并对系统内各部分参数进行有效监控，此时系统各部分的实际能耗水平均可以清晰的展现在显示设备中[6]。在这样的情况下，工作人员按照实际需求选择触摸屏，本次屏幕选用F940GOT-SWD-C 触摸屏，在与外界连接方面具有便利性优势，并且与主机PLC 之间连接通信便捷度更高，再加上自身RS-422 接口，能够和CPU 接口保持有效连接，操作方式十分简单。即使处于在背光条件下，该显示器也可清晰展现出屏幕中的信息内容。除上述内容外，此型号触摸屏内专门设有FX-10P 模块，可为变频器系统提供功能设置服务、删除指令服务、系统监控等综合性操作功能。

2 变频器节能控制系统的软件设计

制定触屏界面：

在现有系统模型信息被成功写入到系统中以后，将其与控制系统进行直接连接，然后再将其添加到需要完成指令任务的场景内，在这样的情况下，系统模型本身处于最低标准的运行功率状态。在完成上述操作后，首先，需要将已经选中的指令动作模型合理性为依据，其次，还要将three.js 系统中的操作功能进行准确判定，由此产生的最终Raycaster 分类即可实现拾取鼠标指针指令的控制效果，在能够保证最终覆盖效果以后，还需要确保模型对应的对象能够完成动作指令。

基金项目：湖南省教改项目“认知学徒制在应用心理学实践教学中的应用和研究”（2013）；湖南中医药大学校级教改项目“基于随机通达教学理论的应用心理学教学改革研究与应用”（2015）

该触屏操作界面可以对系统中的变频器功能进行直接操控，并且对最终输出频率进行直接设定，达到改变变频器实际运行频率的效果。此后，按照变频器实际要求，在保证安全的前提下，可设置专门的输出频率标准，按照规定的上、下限频率完成板块标定任务，在完成板块设定后，不仅可以控制变频器装置在具体运行期间的能耗问题水平，同时还能够更加有效的保证系统安全性，使其可以在控制变频器节能方面发挥出有效作用。此外，系统中的各种能耗问题均可借助系统处理方式对实际能源损耗情况做出了解，同时还能够以本次制定的系统触屏界面中找到相应操作指令[7]。除上述内容外，PLC 技术还在其他方面有着更加深入的应用，控制技术的整体使用效果得到大幅度提高，这也为后续阶段的活动积累了良好的经验，奠定了十分优质的基础，再加上综合性能的不断提高，也为相容性目标的实现提供更多可发展的技术空间。常规电力系统需要保证自身材料能够顺利通过电流。但是，部分施工单位在完成导体连接任务的过程中，会将铜质或铝质导线作为主材料。对于这两种材料的导线而言，在长期处于潮湿环境中作业，会产生一定程度的“氧化”问题，在经过一段年时间的使用后，电气设备本身会被逐渐腐蚀。针对上述情况，需要专业技术人员在第一时间对所有电气设备结构进行全面的检查处理、维修处理，防止设备出现自燃等严重问题。基于此，以铜或铝材料导线为导体主要连接方式的系统结构，需要技术人员保证系统的紧密性，防止由此产生更为严重的氧化问题，尤其是在使用PLC 技术后，电力系统可以维持更长时间的稳定工作状态。

以上述内容为基础，设备工作过程中的实际流量值、扬程值、轴功率与设备转速几项关键信息之间存在下述公式关系：

在上述计算公式中，QHP 对应的是系统转速，可以使用n(r/mim)表示，此时流量显示为(nf/h)、设备扬程(m)和轴功率(kW)同样可得出准确计算数值；QnHnRn则对应的是水泵设备的实际转速，此时可显示为：n1(r/min)条件下的实时流量，即(m3/h)、扬程(m)以及轴功率(kW)。

以上述内容为基础，可以了解到流量与转速之间的关系为：一次方程状态下呈正比；泵的实际扬程与转速二次方之间成正比，但是，设备实际功耗却与实际转速的三次方之间成正比关系。基于此，如果控制系统本身而定实际负荷率正式下降到标准值的70%以后，则此时的设备作业能耗水平与设计标准水平均等同于满负荷状态的70%，即Q1=0.7Q。

由式Q/Q1=n/n1可知，在使用变速调节方式对系统设备进行调节控制时，设备的实际转速公式为：n1=n×Q/Q=0.7n。

由 式P/P1=(n/n1)3可 知，当P=P×(n1/n= P×0.7=0 343P，即此时系统设备的实际功率降为额定功率标准的34.3%，由此结果可知，新型调节方式而定设计方案具有更为显著的节能效果。

借助降低转速的方式，可以达到降低流量的效果，并且还能够进一步降低轴功率，进而达成节约能量能耗的目的，实现最终的控制目标。但是，传统调节方式的转速控制方式中，比较常用的方法是利用变频进行调节，因为变频器设备可以根据冷冻系统设备和降低设备实际负载的实时变化情况做出分析，并及时调整系统电机设备的工作转速，使其可以在满足中央控制系统正常工作的前提下，使为设备进行降温处理或者对系统设备的实际作业功率作出及时的调节，借此实现节能目标，即系统电机设备实时转速大幅度下降，则电机设备从电网系统中吸收的电能则会大幅度减少。在上述内容中，起动设备时产生的机械冲击作用和停止工作状态下的能源消耗水平会出现一定程度的下降。在上述内容外，如果系统设备使用变频控制技术，则系统设备在起动过程中和运转过程中并不会产生冲击电流，同时还能够进一步避免能耗结局问题发生，所以，可以大幅度延长设备、接触器设备和机械部件、管道等部件的总体使用寿命。

3 系统测试

3.1 实验设计

在本次设计方案中，单片机(PLC)系统可以对寄存器进行有效控制，控制方式是由发送端发送操作信息指令，由接收端串行口进行信息接收并执行指令。这样的寄存器运行方式设置可以发挥通信效果。设计人员需要根据具体情况采用系统化处理方式，对4 种通信方式进行同一性质的管理，达到统筹控制的效果[2]。通常情况下，单片机具有串行口，其接口为八位异步接口，在使用这种类型接口时，可以有效继承前系统的点对点操作模式，进而达到将8 位数据共同传输的目的。在此前流程中，任何一帧的数据信息的基本结构均处于完全相同的状态，分别包括起始位信息与终止位信息。除上述内容外，还能够再次得到8 个数据位，在该种操作背景下，可将CPU 晶振水平控制在11.0592Mhz 状态，并将波特率控制在9600bps 状态，之后便可对寄存器状态进行准确判断，还可以对定时器的实际溢出率进行充分了解，得出更加准确的结果，应用效果显著，通信效果良好。因此，需要在完成系统调试任务后，为后续运行提供必要的保障作用。在此之后，关于系统电压波形变化问题或者出现电阻负载问题后，完成相应的检测对比任务，在这样的条件下，能够对主系统内的所有功能模块实际工作状态做出直接检测，并对模块性能进行有效调节。

3.2 系统过程中的直流母线电压波形变化对比分析

系统运行实验期间，为系统设计特定环境后，需要对不同的系统功能模块进行集中调节并进行最终测试，以实验要求为基础，选出控制变频器。当系统正式启动后，系统变频器工作状态下的功率测试值在700V 的标准下，对应的系统直流母线电压会呈现出一定的波形变化，在使用系统对变频器节能进行控制的过程中，会产生一定程度的直流母线电压波形波动，并且波动变得越发剧烈，此现象可证明系统正值不平稳工作状态，并且系统本身同样在受到安全性影响，无法得到足够有效的保障。由此可知，在控制变频器运行的能耗水平时，需要系统运行的稳定性，同时还需要准确调节变频器设备运行标准，才能够达到降低能耗的最终目标。

3.3 系统工作状态下的电阻负载对比分析

在标定实验条件后，系统变频器运行的实际电压值标准为：700V，此时系统实际输出功率水平为：10kW，以此为基础，可对最终电阻负载变化信息做出充分了解。在此之后，可以更加至关的了解到，即使存在系统电阻负载问题，但是，此时的系统电阻负载增加相对平稳，此状态下的变频器调节过程中，不会出现对系统运行电阻负载值造成明显影响的情况。所以，本次设计方案中的变频器在实际使用过程中，需要对节能控制系统做出全面调节，并对变频器缠身的能耗问题做出明确控制，确保系统不会受到其他方面造成的不良影响，保证系统节能效果。

4 结语

综上所述，借助PLC技术在双线制功能方面的优势，大幅度提升系统的编制节能效果，确保可以完成变频器节能控制系统的最终设计任务，在对最终仿真实验结果展开针对性分析后可了解到，本次方案采用的变频器装置，能够在正式运行过程中为直流母线电压波形提供持续的平稳性保障作用，并在后续阶段的变频器能耗控制方面同样具有显著优势。除上述内容外，系统实际电阻负载值较低，同样可以为系统实现节能运行目标提供安全性和稳定性保障。