节能控制系统在机械电子工程中的应用

节能控制系统在机械电子工程中的应用

吴良阁

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摘要:将节能控制系统应用到机械电子工程中，可以让机电设备得到良好的节能控制，在保障机械设备正常运转的基础上，尽最大限度降低能量损耗，这对机械电子工程的节能发展有深远意义。基于此，文章以锅炉机电一体化中节能控制系统为例，对节能控制系统在机械电子工程中的实际应用进行了分析，为机电工程中的节能控制系统应用与发展提供参考。

关键词:机械电子工程:节能控制系统;应用

随着当今社会经济与科学技术的不断发展，能源枯竭问题越来越严重。基于这一情况，节能理念开始在各领域的发展中不断深入，节能控制技术也得到了迅速发展。节能控制系统是基于节能控制技术构建的一种控制系统，通过可编程自动化控制技术PLC的应用，让系统实现自动化控制，可在电子机械工程的节能控制中发挥出显著优势。

1锅炉机电一体化节能控制系统概述

锅炉的调节十分复杂，很多工艺参数之间都存在互相影响，简单的节能控制系统并不能满足锅炉机电一体化的节能控制需求。在对锅炉机电一体化调节方案的制定中，-定要从全局出发，将前馈调节、比值调节、串级调节等这些复杂的手段融合。在这样的情况下，若继续通过普通的仪表进行组合，不仅需要应用到很多个仪表，同时也难以保障整体系统的稳定性。在节能控制系统的具体设计中，可以将可编程的自动化控制技术PLC引入进来，实现自动化的系统控制。

在锅炉机电一体化节能控制系统的具体应用中，借助于PLC，可对输入的压力信号、火焰信号和水位信号进行逻辑运算，产生的输出信号可以对燃烧状态和进水状态进行控制，保障锅炉的正常运行。在锅炉运行过程中，如果由于一-些原因而导致压力过大、火焰信号异常或水位过低等情况时，PLC的运算就会中断，然后输出相应的报警信号。在将故障排除后，系统才会重新启动。在系统出现故障的情况下，PLC 的故障显示器将会发出报警，然后做出相应保护。同时，借助PLC故障显示器，也可以将系统的运行状态进行实时显示。

具体应用中，为了让机泵的能量输出得到合理利用，让挡板和阀门的载流压降得以降低，达到节能效果，可以用变频变压调速器代替挡板和调节阀，在自动控制系统中起到一个执行机构的作用。变频器属于微电子技术和电力电子技术的结合产物，其调速特性及其节能效果都十分显著。

2节能控制系统的组成和原理

2.1水位调节系统

在锅炉的运行过程中，水位对其安全性有关键的影响作用，如果水位太高，汽水分离就会受到影响，进而让水进入燕汽:如果水位过低，锅炉就可能被烧坏，严重的情况下甚至引发爆炸。就目前的水位调节来看，主要的调节方案包括单冲量、双冲量以及三冲量等。文章研究的系统应用的就是三冲量水位调节方案，并引进蒸汽流量以及给水流量的前馈比例运算，是一种前馈串级形式的水位调节系统，该系统的前馈信号是蒸汽流量，主参数是锅简水位，副參数是给水流量，将该算法应用到水位调节系统中，可以有效避免假水位给水位调节过程带来的不利影响，让汽包水位得到更加显著的控制效果，将锅简水位始终维持在允许范围之内。

借助于变频器，对锅炉水位传感器中的测量值数据进行采集，通过内置的调节功能，可自动控制给水泵运转速度，将锅简水位维持在一个稳定状态中。在应用变频器进行闭环控制之后,微机会将标准的控制信号提供给变频器，实现给水泵运转速度的调节，这样就可以让给水泵的运转速度根据实际水位自动变化，达到精准控制的效果。

2.2蒸汽压力控制

蒸汽压力的基本控制原理是将蒸汽用量变化作为依据，对锅炉进行产热量的调节，实现对锅炉气压的合理调节。如果蒸汽的用量增加，蒸汽机压力就会随之下降，在此情况下，为保障气压稳定性，可以将给定的钢简压力值和测定的锅简压力值作为依据，通过PLC对智能PID进行运算，为了让负荷干扰得以有效克服，也引入了蒸汽流量比例的前馈运算。在具体应用中，首先通过变频器从蒸汽压力传感器中采集相应的测量值，然后借助内置的调节功能对锅炉鼓风机和炉排进行自动的同步调节，实现鼓风、炉排和引风转速的合理提升，此时，炉膛的温度将会随之上升, 燕汽产量也会随之增加，锅炉内部的气压就可以得到有效调节。在整个锅炉机电一体化的运行过程中，蒸汽压力属于最重要的一个参数，如果燕汽压力出现过大波动，各用汽车间中的生产工作和产品质量都将受到不利影响。将变频:器用作闭环控制之后，鼓风机和炉排的运转速度都将随着汽压力自动变化，达到精准控制的效果。

2.3锅炉燃烧控制

在对锅炉燃烧过程进行自动化控制的过程中，最基本的一个任务就是保障燃烧热量和负荷需求相符，并保障锅炉运行的经济性。因此，在该系统中，可以利用变频器输出的信号对给煤量进行控制，通过对给煤量和鼓风量比例的调节，让锅炉燃烧保持在最佳状态。同时也引入烟气参数，对风煤比进行自动调整，提升热效率，保障锅炉燃烧的经济性。

具体应用中，变频器可以对炉膛负压传感器中的测量值数据进行采集，并借助其内置的调节功能实现引风机运转速度的自动控制，让炉膛负压保持稳定。压力控制器输出信号可以直接对引风机运转速度进行调节，而炉膛负压将会随着引风量的变化而改变，并借助负压前馈实现鼓风机运转速度的调节。因为送煤量和炉排运转速度之间有正比关系，鼓风量和送煤量之间有正比关系，所以可由此换算炉排的运转速度，保障风煤的最佳配比，让锅炉燃烧达到最佳效果。在传统的锅炉燃烧系统人工调节中，负压很难被稳定控制，如果负压太大，就会增大排烟热损失和漏风损失，让引风电机的电能消耗增加:如果负压太小，炉膛将会出现向外喷火情况，不仅会污染环境，也十分危险。将变频器用作闭环控制，可让引风机随着炉膛负压自动变化，达到精准控制的效果。

3锅炉机电一体化节能控制系统的实现

在该系统中，主要的组成部分包括自动化可编程控制器PLC、测量检测仪表以及变频调压器。

3.1测量检测仪表的实现

在该节能控制系统中，测量仪表的主要作用是实现锅炉中各项运行参数到标准信号的转换，并将标准信号传递给PLC，信号参数为IV~ 5V或0~ 10mA。 在该节能控制系统中，主要的检测参数有蒸汽压力、火焰温度、鼓风量、进水流量、炉膛负压、锅简水位和烟气中的含氧量等。

3.2 PLC 及其系统程序的实现

PLC的编程十分简单，联网和通信也十分便利，具体应用中，可以将多台PLC连接到一起，也可以将其与计算机之间进行连接，让多台PLC和一台计算机组成一个分布式的控制网络。同时，在PLC与上位机系统控制的应用中，也体现出了良好的扩容性，在需要添加控制网络或控制点的情况下，仅仅进行少数输出和输入模块的增设即可，这就为系统后期的功能添加及其升级改造提供了足够便利。作为系统的控制核心，PLC 不仅可以对锅炉的各运行状态进行识别和处理，实现系统逻辑运算以及连锁保护，而且可以集中运算和处理多个模拟信号，然后将标准模拟信号输出，对变频:器进行运行速度的控制。

在具体的编程过程中，用户可按照实际需求进行模块选用，并以按钮形式将各模块的关系输入仪表，系统程序也将自动形成。具体编程中，插入了一-些参数上下限警报模块，通过数字量的形式输出，同时，也有一些和上位机相联系的模块，实现整体系统功能的形成。

3.3变频器及其节能原理的实现

在该节能控制系统中,变频器的主要作用是对引风机、给水系统和鼓风机进行调节。按照电机学的相关原理，交流异步点的攻击运转速度可以按照公式进行计算。

4结束语

节能控制系统在机械电子工程中的应用，可在保障机械正常运行的基础.上显著提升其节能效果，实现能源的最大化利用，让机械达到最佳的运行效果。这对机械电子工程的发展和当今经济、能源与环境的可持续发展而言都十分有利。

参考文献

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