易控組態(tài)軟件在變頻節(jié)能系統(tǒng)的應用

1. 引言
目前，節(jié)能減排和環(huán)境問題成為人們日益關注的焦點，隨著國家節(jié)能減排計劃的逐漸實施，工業(yè)企業(yè)在各個新建或改擴建項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機設備,我國的電動機用電量占全國耗電量的60%-70%，特別是風機、水泵類設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機類負載可以大幅度降低電機能耗，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。使用自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以采集來自變頻器的各種信號，同時采集各種傳感器信號來控制變頻設備，實現(xiàn)自動變頻控制，使自動變頻控制達到了最佳的節(jié)能效果。
2. 常規(guī)變頻控制方式
傳統(tǒng)的節(jié)能大多采用擋風板、回流閥或開/停機時間來調節(jié)風量或流量,大電機在工頻狀態(tài)下頻繁開停難度大,同時會造成電能損耗以及開/停機的電流沖擊，對于電機的使用壽命和安全性都有影響。
采用變頻器控制風機或者泵類具有它本身的科學性，節(jié)能效率能達到30%左右，同時可實現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制以及大電機的軟停、軟啟，避免了工頻啟動時的電壓沖擊，可以減少電動機的故障率，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等設備的變頻控制。其中，PLC作為控制單元有著強大的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)絡結構圖如下所示：

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，各個變頻器只能通過PLC與外界進行聯(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確。最后，PLC在成本上比較高，對整個自動控制系統(tǒng)來說，增加了控制成本。
3. 新型變頻控制模式
針對組態(tài)軟件結合PLC實現(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現(xiàn)。
信號采集模塊負責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、而且，現(xiàn)在各個廠家生產(chǎn)的采集模塊種類繁多,如阿爾泰模塊、研華模塊等，它們能適應各種不同工況要求，同時，它們集成的功能也越來越多，比如在進行信號采集的同時能通過以太網(wǎng)方式將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給相關組態(tài)軟件。另外，也是最重要的一點，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)軟件負責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行應用，主要有對變頻器的手動、自動控制，對各種采集信息進行報警或歷史記錄。組態(tài)軟件擁有強大的運算處理功能，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合使用的實例
易控組態(tài)軟件結合信號采集模塊來完成變頻控制的應用在山西立恒鋼廠高壓風機控制系統(tǒng)中得到了完美體現(xiàn)，下面是該系統(tǒng)的整體介紹：
4.1 項目簡介
山西省立恒鋼鐵有限公司煉鋼廠原三組除塵風機系統(tǒng)采用直起控制，吹氧信號到來時一直以工頻運行，耗電量大，運轉周期緩慢，檢修維護頻繁，經(jīng)常影響生產(chǎn)。本系統(tǒng)針對該現(xiàn)狀進行改造。
4.2 項目系統(tǒng)設計方案
主要采用易控（INSPEC）組態(tài)軟件進行系統(tǒng)架構，人機對話。硬件采用霍尼韋爾高壓變頻控制機組，通過信號采集模塊，實現(xiàn)了高壓除塵風機在線監(jiān)控系統(tǒng)。包含遠程、就地、手自動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)絡結構
整個系統(tǒng)硬件組成包括：采集模塊、易控組態(tài)軟件、機柜、變頻器、傳感器及若干電器元件，其網(wǎng)絡結構圖如下所示：

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)進行信號傳輸，應用簡單、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)的工程中可進行變頻控制手自動切換。正常運行時，一般運行自動模式，此模式下，根據(jù)現(xiàn)場壓力信號來控制變頻，可調節(jié)電機頻率，以理論計算所得，相較于原工頻運行，節(jié)能效果可達30%以上。手動狀態(tài)下，隨時可更改運行頻率。
整個變頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要在主系統(tǒng)畫面上完成，同時配以報警查詢系統(tǒng)、報表查詢系統(tǒng)、實時曲線顯示、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)及各個風機的狀態(tài)，同時能通過界面上的手自動按鈕和輸入框來完成風機的變頻調速控制，風機的自動變頻功能通過易控的用戶程序完成，下面為風機手自動控制畫面。

易控的自動變頻控制方式為：通過易控組態(tài)軟件和信號采集模塊結合使用，在組態(tài)軟件中直接設定目標值（壓力及溫度等），通過實際值（傳感器的測量值）進行比較運算，直接向變頻節(jié)能系統(tǒng)發(fā)出運算指令（模擬信號），調節(jié)變頻器的輸出頻率。
4、結束語
該變頻節(jié)能系統(tǒng)在現(xiàn)場穩(wěn)定可靠運行，節(jié)能效果可達30%以上。易控(INSPEC)在線監(jiān)控系統(tǒng)，滿足了客戶對變頻調試控制系統(tǒng)的需求，而且軟件本身易學易用，使用方便，運行穩(wěn)定。與同類型產(chǎn)品相比，具有操作方便、維護簡單等優(yōu)點，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)軟件作為人機交互工具，提高了整個變頻節(jié)能系統(tǒng)以及企業(yè)的硬件檔次。隨著微電腦技術的不斷發(fā)展，工控機性能更加強大，價位卻在穩(wěn)步下調，再與采集模塊結合使用，這種結合必將更多的應用在未來的各種生產(chǎn)系統(tǒng)中，成為工控領域在節(jié)能改造技術中的一顆閃亮的新星！