風機變頻器下自動化控制系統(tǒng)淺析

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了風機變頻器下自動化控制系統(tǒng)淺析范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：為有效解決電廠風機存在風量調節(jié)不準確、節(jié)流損失大、低效率等缺點，本文在分析高壓變頻器構成、特點、原理的基礎上，采用了Java高壓變頻器對火力發(fā)電廠鍋爐風機進行變頻調速與改造，設計Java鍋爐風機變頻調速電氣控制系統(tǒng)。運用有關生產系統(tǒng)典型控制理論，構成送、引風機自動控制系統(tǒng)，并融入電廠分散控制系統(tǒng)(DCS)，實現鍋爐風機送、引風量的自動調節(jié)。深入研究了系統(tǒng)中風量調節(jié)、電機、變頻器、聯鎖、FSSS保護的控制邏輯，研究了PiD串級控制系統(tǒng)的組成、原理、參數整定方法，對變頻器的啟動、運行調試方法進行研究，分析其工藝流程，使其工作在最優(yōu)狀態(tài)。研究結果表明，通過優(yōu)化變頻調速裝置對運行情況進行分析，發(fā)現對電廠鍋爐風機實施變頻調速優(yōu)化是切實可行的，不僅能實現寬范圍調速、風量自動調節(jié)，還能達到節(jié)能減耗的目的。

關鍵詞：Java；風機變頻器；自動化控制；設計

1引言

近年來，我國在十一五綱要中明確規(guī)定單位國內生產總值能源消耗與十五期末相比，要降低20%，全面實行節(jié)約能源、合理利用能源，構建節(jié)約型社會。隨著我國進入信息化時代，給電力工業(yè)帶來巨大的發(fā)展空間，供給矛盾得到一定程度的緩解，但同時帶來了電網峰谷差的問題，導致機組調整任務變得越來越嚴重?，F階段，電廠使用電率高低是影響企業(yè)競爭力和經濟效益的重要因素。針對這一情況，我國政府需要合理運用科技來深入挖掘內在作用，降低廠用電率，積極執(zhí)行國家十一五規(guī)劃策略，構建節(jié)約型社會，這也是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。我國在《電動機調速技術產業(yè)途徑與對策研究》中明確指出，中國發(fā)電總量有66%都消耗在電機方面，如引風機、循環(huán)水泵、排粉風機、一次風機等。由于這些耗電設備存在運行效率低、運行方式滯后等缺點，導致我國發(fā)電廠出現大馬拉小車的現象，大量能源在終端使用中被消耗，給能源供給帶來嚴重負擔。在這種情況下，Java語言逐漸應用于該領域。它具有良好的網絡性和平臺無關性等特點，能有效解決控制程序移植的問題，可編寫基于web網絡程序，讓其擁有面向對象與編程界面的特點，有效降低開發(fā)周期和開發(fā)難度，可實現微機對多臺變頻器的遠程控制[1]。本文研究的電廠引風機全部利用液力偶合器調速。這種方式屬于耗能型調速方式。隨著高壓變頻技術的逐漸成熟，高壓變頻器在引風機領域逐漸普及，極大降低了發(fā)電廠用電量。但由于變頻調速和傳統(tǒng)液偶調速原理之間相差較遠，其控制系統(tǒng)設計存在很多方面的問題。本文結合電廠改造實際情況，設計了一種具有高效性的發(fā)電廠鍋爐送風機、引風機變頻調速熱力自動控制系統(tǒng)。本文主要研究內容有：（1）高壓變頻器的調速原理及其應用情況。（2）鍋爐風機變頻調速控制改造方案及其關鍵技術分析。（3）變頻器及其控制系統(tǒng)的應用設計、安裝與調試。（4）高壓風機改變頻器控制后相關邏輯的設計、組態(tài)與調試。（5）系統(tǒng)改造后的節(jié)能評估。

2web對多變頻的遠程控制

Web遠程控制是指以計算機為基礎、以Internet網絡為載體，來完成對遠端生產過程的控制和監(jiān)督。它能利用Internet網絡來控制現場設備和生產系統(tǒng)的各種數據、運行狀態(tài)等，不需要在現場就能通過Internet網絡來指揮被控對象，能有效節(jié)約大量的人力、物力、財力。由于合理使用了Internet網絡，因此它有助于構建國家級、地區(qū)級、甚至世界級控制中心。將Internet網絡和計算機控制系統(tǒng)有效結合，能使人們同時控制多臺設備，實現數據信息監(jiān)督和存取工作。經過有關人員實踐證明，使用Web遠程控制設備能夠有效解決傳統(tǒng)遠程控制問題，完全不需要設置專用的軟件和通信網絡，只要構建一個瀏覽器，就能夠進行正常的操作。在一般情況下，Web遠程控制網絡通常使用B/S網絡結構。該種結構有利于信息發(fā)布，能及時將現場數據發(fā)送給Internet網絡，縮短了客戶端信息處理時間和程序，只需要在遠程客戶端上安裝Internet網絡瀏覽軟件，就能及時查閱現場數據。這種閱讀軟件具有操作簡單、方便等特征[2]。在工業(yè)現場經常使用RS—485通信方式。在系統(tǒng)運行過程中，只需要在一臺風機上使用RS—485網絡，就能夠同時控制多臺變頻器。在一般微機上通常只有ES—232接口，因此需要安裝一個轉換器，能夠合理地在RS—232和RS—485之間進行轉化。同時，每個變頻器具有獨有的地址碼，用來識別各自身份，這樣風機才能通過RS—485通信網絡，有效控制多臺變頻器。本文使用了Java編寫applet程序，實現對Web遠程控制。Javaapplet源程序經過翻譯后，會形成字節(jié)碼文件，并儲存在專業(yè)WWW服務器。當其他瀏覽器向服務器發(fā)出下載指令時，該文件會直接從WWW服務器下載到客戶端，然后通過WWW瀏覽器來顯示HTML中的各種標簽，再按照規(guī)定將文件信息數據用專業(yè)格式呈現在用戶屏幕中。當瀏覽器遇到HTML文件中的特殊標記時，則代表它納入了applet。瀏覽器applet的位置和名字，將字節(jié)碼從WWW服務器上下載到本地文檔中，并合理利用瀏覽器自身具有的Java解釋器，執(zhí)行該指令[3]。

3變頻器串行通信

3.1變頻器串行通信概述

在信息化時代背景下，模擬技術迎來了質的突破，已逐漸向數字技術方向發(fā)展，串行接口普及范圍越來越廣泛。其主要運用在變頻器服務、設備檢測、監(jiān)督、自動操作等方面。在變頻器和PC之間傳輸信號分為狀態(tài)信號、警告信號、控制信號三種類型。變頻器從PC機上接受控制信號后，再控制電機變頻器將狀態(tài)信息發(fā)送給PC機，同時給予控制信號對電機所帶來的作用信息。如果遇到特殊情況，將導致變頻器最終停止工作，會將警告信號傳遞給PC機，再由PC機內的RS-485來控制所有變頻器，從而合理地控制面板設備。為了使PC間和變頻器能夠通過串行接口來交換信息，需要簽訂一個有效協(xié)議。協(xié)議內的信息和數據要處于信息鏈上。此外，協(xié)議還要提供以下性能：部件數據要求、所用部件選擇等[4]。

3.2通信協(xié)議

對于應答電文形式而言，變頻器通常會使用選擇/查詢的通信方式。該變頻器一般位于查詢狀態(tài)和等待主機選擇狀態(tài)。在待機狀態(tài)時，要滿足編號站接收主機規(guī)定幀，當判斷其屬于正常接收信號后，按照相關要求對其進行處理，返回肯定應答幀；如果測定為不正常接收信號，則要返回否定應答幀。此外，在選擇所站廣播方式時，不需要返回應答信號。在正常情況下，傳送幀格式有選用幀和標準幀兩種。標準幀通?？蓱糜诟鞣N通信功能；選用幀只應用于輸入變頻器監(jiān)督指令的高速通信，如表1所示。這兩種格式有個共同點，兩種幀的構成符號統(tǒng)一采用ASCII碼表示[5]。在整個格式中，SOH代表電文開始符號；站號則是代表十進制的變頻器站地址；當方式采用ENQ時，則代表主機變頻器傳送要要求；當作為ACK時，表示變頻器對主機有效方式問答標志；當其為NAK時，代表變頻器主機無效方式的無應答標志；當命令為R時，其含義為查詢；為W時，代表選擇；為A時，代表高速應答選擇；為E時，表示報警復位；為F時，表示基本功能。ETX作為電文結束標識；BCC為標識在整個選擇幀內容中，當命令為A時，代表對操作面板設置頻率；為E時，通信作為頻率；為F時，運行操作指令；為M時，代表報警復位。其他指標與標準幀意義相同。

4Java與變頻器間的通信

與底層硬件系統(tǒng)相關的軟件系統(tǒng)，單純使用傳統(tǒng)Java技術是無法滿足實際需求的。要想滿足底層硬件系統(tǒng)情況，則必須依靠Java語言的Javanativeinterface技術。Javanativeinterface技術提高了JDK功能，可將Java語言和其他編程語言結合運用，主要可應用于以下幾個方面：（1）標準Java類庫不支持與硬件相關的應用程序所需功能。（2）已具有語言編寫庫，可以應用Javanativeinterface技術使得Java代碼順暢地訪問語言編寫庫。（3）應用于地基語言，實現小段實時代碼。在整個工業(yè)和科研應用過程中，串口一般應用于外部串行設備和計算機之間，實現兩者數據傳輸工作。串行通信具有使用簡單、操作方便等特征，已被普遍應用于很多行業(yè)[6]。Java語言本身并不具有控制串行通信的功能，但可以使用其他語言來控制硬件，再以Javanativeinterface技術來調整，從而達到控制串行通信的作用。由于Sun公司已經成功研發(fā)了Javax.comm類庫，只要合理使用Javax.commAPI，就能提前完成Java串行通信程序的編輯工作，非常簡單、快捷。Javax.comm類庫分為三個層次、六種類型，主要功能如下：（1）搜索系統(tǒng)中的可用端口，由上層類Commportldentifier的方法getportldentifiers返回一個這種類型的對象，其中蘊含了系統(tǒng)中所有有效端口信息。該對象是Javax.comm類庫中最為關鍵的因素，所有對端口操作都是以它為中心。（2）由上層類commport通過commportldentific對象來打開端口，并確定對端口的所有權。（3）有效調整多個應用程序之間對端口的所有權沖突。它主要是通過事情消息來告知相關應用程序，并讓現階段占用端口的應用程序放棄所有權。相關類驅動層類是Para1lclportEvent和SerialPortEvent。（4）實現通信端口的異步與同步，底層類Para1lclportEvent和SerialPortEvent都能提供管理通信端口的有效方法。除此之外，還有三個處理異常類型：一旦驅動器無法找到指定端口，找出NoSuchPortException異常；如果驅動器不承認制定端口，則拋出UnsupportedCommOperationException異常；如果指定端口正在處于使用狀態(tài)，則拋出PortInUseException異常。Javax.com類庫還具備接口，可裝載設備驅動接口，可不進行應用級程序運行[7]。

5總結

綜上所述，本文對Jave語言在風機變頻器的應用進行了分析，使得變頻調節(jié)系統(tǒng)趨于自動化管理，提高了風機調速的效率和精準性。它能對整個生產過程實現自動化管理，能在提高工作效率的同時降低能源消耗，是未來電廠鍋爐風機輔助機器速度調整的趨勢。但是，目前我國在實際運用中仍然存在很多問題，如何將Java語言、系統(tǒng)、設備進行有效結合，是現代研究人員最需要解決的問題。

作者:曹祿春 單位:福建華電電力工程有限公司