变频节能系统的应用

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1. 引言
        目前，节能减排和环境问题成为人们日益关注的焦点，随着***节能减排计划的逐渐实施，工业企业在各个新建或改扩建项目中都在尝试各种方法降低企业能耗,工业企业中能耗***大的是各种电动机设备,我国的电动机用电量占***耗电量的60%-70%，特别是风机、水泵类设备年耗电量占***电力消耗的1/3，采用变频控制器控制风机类负载可以大幅度降低电机能耗，为了符合节能减排要求，变频器的使用已经成为各单位节能工作的***。使用自动化监控系统可以采集来自变频器的各种信号，同时采集各种传感器信号来控制变频设备，实现自动变频控制，使自动变频控制达到了***佳的节能效果。
2. 常规变频控制方式
        传统的节能大多采用挡风板、回流阀或开/停机时间来调节风量或流量,大电机在工频状态下频繁开停难度大,同时会造成电能损耗以及开/停机的电流冲击，对于电机的使用寿命和安全性都有影响。
        采用变频器控制风机或者泵类具有它本身的科学性，节能效率能达到30%左右，同时可实现闭环恒压控制以及大电机的软停、软启，避免了工频启动时的电压冲击，可以减少电动机的故障率，延长其使用寿命，降低对电网的容量要求和无功损耗。常用的变频控制方式是使用智能控制中心完成对变频器的控制
        
目前,在自动控制系统中通用的变频器智能控制中心是使用组态软件作为上位***,通过PLC来完成变频器及电机等设备的变频控制。其中，PLC作为控制单元有着强大的PID控制逻辑和数据采集能力,能够很好的完成变频控制工作。这种控制方式的网络结构图如下所示：
 
 
        但是，这种控制方式在系统组网、抗干扰以及成本方面都有其不足的地方。首先，所有现场变频控制柜都通过硬接线的方式将变频器信号送到PLC，各个变频器只能通过PLC与外界进行联系。其次，传感器与变频器等通过硬接线方式将信号送入PLC，其中变频器的线缆干扰很大，对于其它信号的稳定性不能保证，从而很容易引起变频控制的输出不准确。***后，PLC在成本上比较高，对整个自动控制系统来说，增加了控制成本。
3. 新型变频控制模式
        针对组态软件结合PLC实现变频控制中的问题，CloudControl组态软件找到了一种新的方式来弥补这些问题，那就是通过组态软件或者触摸屏加上信号采集模块的方式来实现。
        信号采集模块负责采集变频器上的所有信号，如启停信号、变频输入、输出信号，同时它还可以采集各种传感器的信号。信号采集模块具有体积小、安装方便的特点、而且，现在各个厂家生产的采集模块种类繁多,如阿尔泰模块、研华模块等，它们能适应各种不同工况要求，同时，它们集成的功能也越来越多，比如在进行信号采集的同时能通过以太网方式将采集的数据发送给相关组态软件。另外，也是***重要的一点，采用信号采集模块能大大节省控制系统的成本，不仅是PLC硬件，在信号连接线、控制柜等方面都能节省。
        组态软件负责采集信号采集模块上的各种信息，并且在组态软件中将这些信息进行应用，主要有对变频器的手动、自动控制，对各种采集信息进行报警或历史记录。组态软件拥有强大的运算处理功能，对于完成变频器的PID控制可以完全取代PLC中的变频控制功能。
4. CloudControl组态软件与信号采集模块结合使用的实例
        CloudControl组态软件结合信号采集模块来完成变频控制的应用在山西立恒钢厂高压风机控制系统中得到了***体现，下面是该系统的整体介绍：
4.1 项目简介
        山西省立恒钢铁有限公司炼钢厂原三组除尘风机系统采用直起控制，吹氧信号到来时一直以工频运行，耗电量大，运转周期缓慢，检修维护频繁，经常影响生产。本系统针对该现状进行改造。
4.2 项目系统设计方案
        主要采用CloudControl组态软件进行系统架构，人机对话。硬件采用霍尼韦尔高压变频控制机组，通过信号采集模块，实现了高压除尘风机在线监控系统。包含远程、就地、手自动控制等各种功能需求，解决了厂商一直困扰的问题。
4.3 网络结构
        整个系统硬件组成包括：采集模块、CloudControl组态软件、机柜、变频器、传感器及若干电器元件，其网络结构图如下所示：
 
        系统中所用控制硬件为用霍尼韦尔高压变频控制机组，信号采集与控制通过阿尔泰的ART-DAM-E3000系列模块（采集模块）完成，采用以太网通信方式与上位组态进行信号传输，应用简单、方便、快捷。
4.4 功能简介
        用户在CloudControl组态如软件开发的工程中可进行变频控制手自动切换。正常运行时，一般运行自动模式，此模式下，根据现场压力信号来控制变频，可调***频率，以理论计算所得，相较于原工频运行，节能效果可达30%以上。手动状态下，随时可更改运行频率。
        整个变频监控系统的功能主要在主系统画面上完成，同时配以报警查询系统、报表查询系统、实时曲线显示、历史曲线显示等功能，系统主界面如下图所示：
 
 
        系统主界面监控变频控制柜状态及各个风机的状态，同时能通过界面上的手自动按钮和输入框来完成风机的变频调速控制，风机的自动变频功能通过CloudControl的用户程序完成，下面为风机手自动控制画面。
 
        CloudControl的自动变频控制方式为：通过CloudControl组态软件和信号采集模块结合使用，在组态软件中直接设定目标值（压力及温度等），通过实际值（传感器的测量值）进行比较运算，直接向变频节能系统发出运算指令（模拟信号），调节变频器的输出频率。
5、结束语
        该变频节能系统在现场稳定可靠运行，节能效果可达30%以上。CloudControl在线监控系统，满足了客户对变频调试控制系统的需求，而且软件本身易学易用，使用方便，运行稳定。与同类型产品相比，具有操作方便、维护简单等优点，其可靠性、工作效率及安全性也得到了极大的提高。在变频节能系统中采用CloudControl组态软件作为人机交互工具，提高了整个变频节能系统以及企业的硬件档次。随着微电脑技术的不断发展，工控机性能更加强大，价位却在稳步下调，再与采集模块结合使用，这种结合必将更多的应用在未来的各种生产系统中，成为工控领域在节能改造技术中的一颗闪亮的新星！