风机变频器下自动化控制系统浅析

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摘要：为有效解决电厂风机存在风量调节不准确、节流损失大、低效率等缺点，本文在分析高压变频器构成、特点、原理的基础上，采用了Java高压变频器对火力发电厂锅炉风机进行变频调速与改造，设计Java锅炉风机变频调速电气控制系统。运用有关生产系统典型控制理论，构成送、引风机自动控制系统，并融入电厂分散控制系统(DCS)，实现锅炉风机送、引风量的自动调节。深入研究了系统中风量调节、电机、变频器、联锁、FSSS保护的控制逻辑，研究了PiD串级控制系统的组成、原理、参数整定方法，对变频器的启动、运行调试方法进行研究，分析其工艺流程，使其工作在最优状态。研究结果表明，通过优化变频调速装置对运行情况进行分析，发现对电厂锅炉风机实施变频调速优化是切实可行的，不仅能实现宽范围调速、风量自动调节，还能达到节能减耗的目的。

关键词：Java；风机变频器；自动化控制；设计

1引言

近年来，我国在十一五纲要中明确规定单位国内生产总值能源消耗与十五期末相比，要降低20%，全面实行节约能源、合理利用能源，构建节约型社会。随着我国进入信息化时代，给电力工业带来巨大的发展空间，供给矛盾得到一定程度的缓解，但同时带来了电网峰谷差的问题，导致机组调整任务变得越来越严重。现阶段，电厂使用电率高低是影响企业竞争力和经济效益的重要因素。针对这一情况，我国政府需要合理运用科技来深入挖掘内在作用，降低厂用电率，积极执行国家十一五规划策略，构建节约型社会，这也是企业可持续发展的重要因素。我国在《电动机调速技术产业途径与对策研究》中明确指出，中国发电总量有66%都消耗在电机方面，如引风机、循环水泵、排粉风机、一次风机等。由于这些耗电设备存在运行效率低、运行方式滞后等缺点，导致我国发电厂出现大马拉小车的现象，大量能源在终端使用中被消耗，给能源供给带来严重负担。在这种情况下，Java语言逐渐应用于该领域。它具有良好的网络性和平台无关性等特点，能有效解决控制程序移植的问题，可编写基于web网络程序，让其拥有面向对象与编程界面的特点，有效降低开发周期和开发难度，可实现微机对多台变频器的远程控制[1]。本文研究的电厂引风机全部利用液力偶合器调速。这种方式属于耗能型调速方式。随着高压变频技术的逐渐成熟，高压变频器在引风机领域逐渐普及，极大降低了发电厂用电量。但由于变频调速和传统液偶调速原理之间相差较远，其控制系统设计存在很多方面的问题。本文结合电厂改造实际情况，设计了一种具有高效性的发电厂锅炉送风机、引风机变频调速热力自动控制系统。本文主要研究内容有：（1）高压变频器的调速原理及其应用情况。（2）锅炉风机变频调速控制改造方案及其关键技术分析。（3）变频器及其控制系统的应用设计、安装与调试。（4）高压风机改变频器控制后相关逻辑的设计、组态与调试。（5）系统改造后的节能评估。

2web对多变频的远程控制

Web远程控制是指以计算机为基础、以Internet网络为载体，来完成对远端生产过程的控制和监督。它能利用Internet网络来控制现场设备和生产系统的各种数据、运行状态等，不需要在现场就能通过Internet网络来指挥被控对象，能有效节约大量的人力、物力、财力。由于合理使用了Internet网络，因此它有助于构建国家级、地区级、甚至世界级控制中心。将Internet网络和计算机控制系统有效结合，能使人们同时控制多台设备，实现数据信息监督和存取工作。经过有关人员实践证明，使用Web远程控制设备能够有效解决传统远程控制问题，完全不需要设置专用的软件和通信网络，只要构建一个浏览器，就能够进行正常的操作。在一般情况下，Web远程控制网络通常使用B/S网络结构。该种结构有利于信息发布，能及时将现场数据发送给Internet网络，缩短了客户端信息处理时间和程序，只需要在远程客户端上安装Internet网络浏览软件，就能及时查阅现场数据。这种阅读软件具有操作简单、方便等特征[2]。在工业现场经常使用RS—485通信方式。在系统运行过程中，只需要在一台风机上使用RS—485网络，就能够同时控制多台变频器。在一般微机上通常只有ES—232接口，因此需要安装一个转换器，能够合理地在RS—232和RS—485之间进行转化。同时，每个变频器具有独有的地址码，用来识别各自身份，这样风机才能通过RS—485通信网络，有效控制多台变频器。本文使用了Java编写applet程序，实现对Web远程控制。Javaapplet源程序经过翻译后，会形成字节码文件，并储存在专业WWW服务器。当其他浏览器向服务器发出下载指令时，该文件会直接从WWW服务器下载到客户端，然后通过WWW浏览器来显示HTML中的各种标签，再按照规定将文件信息数据用专业格式呈现在用户屏幕中。当浏览器遇到HTML文件中的特殊标记时，则代表它纳入了applet。浏览器applet的位置和名字，将字节码从WWW服务器上下载到本地文档中，并合理利用浏览器自身具有的Java解释器，执行该指令[3]。

3变频器串行通信

3.1变频器串行通信概述

在信息化时代背景下，模拟技术迎来了质的突破，已逐渐向数字技术方向发展，串行接口普及范围越来越广泛。其主要运用在变频器服务、设备检测、监督、自动操作等方面。在变频器和PC之间传输信号分为状态信号、警告信号、控制信号三种类型。变频器从PC机上接受控制信号后，再控制电机变频器将状态信息发送给PC机，同时给予控制信号对电机所带来的作用信息。如果遇到特殊情况，将导致变频器最终停止工作，会将警告信号传递给PC机，再由PC机内的RS-485来控制所有变频器，从而合理地控制面板设备。为了使PC间和变频器能够通过串行接口来交换信息，需要签订一个有效协议。协议内的信息和数据要处于信息链上。此外，协议还要提供以下性能：部件数据要求、所用部件选择等[4]。

3.2通信协议

对于应答电文形式而言，变频器通常会使用选择/查询的通信方式。该变频器一般位于查询状态和等待主机选择状态。在待机状态时，要满足编号站接收主机规定帧，当判断其属于正常接收信号后，按照相关要求对其进行处理，返回肯定应答帧；如果测定为不正常接收信号，则要返回否定应答帧。此外，在选择所站广播方式时，不需要返回应答信号。在正常情况下，传送帧格式有选用帧和标准帧两种。标准帧通常可应用于各种通信功能；选用帧只应用于输入变频器监督指令的高速通信，如表1所示。这两种格式有个共同点，两种帧的构成符号统一采用ASCII码表示[5]。在整个格式中，SOH代表电文开始符号；站号则是代表十进制的变频器站地址；当方式采用ENQ时，则代表主机变频器传送要要求；当作为ACK时，表示变频器对主机有效方式问答标志；当其为NAK时，代表变频器主机无效方式的无应答标志；当命令为R时，其含义为查询；为W时，代表选择；为A时，代表高速应答选择；为E时，表示报警复位；为F时，表示基本功能。ETX作为电文结束标识；BCC为标识在整个选择帧内容中，当命令为A时，代表对操作面板设置频率；为E时，通信作为频率；为F时，运行操作指令；为M时，代表报警复位。其他指标与标准帧意义相同。

4Java与变频器间的通信

与底层硬件系统相关的软件系统，单纯使用传统Java技术是无法满足实际需求的。要想满足底层硬件系统情况，则必须依靠Java语言的Javanativeinterface技术。Javanativeinterface技术提高了JDK功能，可将Java语言和其他编程语言结合运用，主要可应用于以下几个方面：（1）标准Java类库不支持与硬件相关的应用程序所需功能。（2）已具有语言编写库，可以应用Javanativeinterface技术使得Java代码顺畅地访问语言编写库。（3）应用于地基语言，实现小段实时代码。在整个工业和科研应用过程中，串口一般应用于外部串行设备和计算机之间，实现两者数据传输工作。串行通信具有使用简单、操作方便等特征，已被普遍应用于很多行业[6]。Java语言本身并不具有控制串行通信的功能，但可以使用其他语言来控制硬件，再以Javanativeinterface技术来调整，从而达到控制串行通信的作用。由于Sun公司已经成功研发了Javax.comm类库，只要合理使用Javax.commAPI，就能提前完成Java串行通信程序的编辑工作，非常简单、快捷。Javax.comm类库分为三个层次、六种类型，主要功能如下：（1）搜索系统中的可用端口，由上层类Commportldentifier的方法getportldentifiers返回一个这种类型的对象，其中蕴含了系统中所有有效端口信息。该对象是Javax.comm类库中最为关键的因素，所有对端口操作都是以它为中心。（2）由上层类commport通过commportldentific对象来打开端口，并确定对端口的所有权。（3）有效调整多个应用程序之间对端口的所有权冲突。它主要是通过事情消息来告知相关应用程序，并让现阶段占用端口的应用程序放弃所有权。相关类驱动层类是Para1lclportEvent和SerialPortEvent。（4）实现通信端口的异步与同步，底层类Para1lclportEvent和SerialPortEvent都能提供管理通信端口的有效方法。除此之外，还有三个处理异常类型：一旦驱动器无法找到指定端口，找出NoSuchPortException异常；如果驱动器不承认制定端口，则抛出UnsupportedCommOperationException异常；如果指定端口正在处于使用状态，则抛出PortInUseException异常。Javax.com类库还具备接口，可装载设备驱动接口，可不进行应用级程序运行[7]。

5总结

综上所述，本文对Jave语言在风机变频器的应用进行了分析，使得变频调节系统趋于自动化管理，提高了风机调速的效率和精准性。它能对整个生产过程实现自动化管理，能在提高工作效率的同时降低能源消耗，是未来电厂锅炉风机辅助机器速度调整的趋势。但是，目前我国在实际运用中仍然存在很多问题，如何将Java语言、系统、设备进行有效结合，是现代研究人员最需要解决的问题。

作者:曹禄春 单位:福建华电电力工程有限公司