摘要：工频变频切换工艺是一种广泛应用于各类机械设备中的技术，例如：送风机、水泵、锅炉引风机等设备。本文以锅炉引风机的工频变频切换工艺为例，本文在详细阐述引风机及其变频技术概念的基础上，先是分析了工频变频切换工艺的特点及控制难点，又详细分析了工频变频之间的相互切换及自动、手动工频变频之间的相互切换，并且介绍了和利时MACS V6.5系列DCS软件，最后分析了工频变频切换的重要意义，希望能对引风机工频变频切换方面的工作提供一定的借鉴和参考，进而促进我国工频变频领域的发展和进步。
关键词：和利时MACS V6.5系列DCS软件；工频变频切换；方法
正常情况下，引风机采用变频运行方式；当变频器出现故障时，引风机从变频运行方式切换到工频运行方式；当工频断路器需要检修时，引风机从工频运行方式切换到变频运行方式。两种运行方式之间可通过人工手动或者DCS系统自动实现切换，保证了引风机的正常运行，提高了炉膛负压的控制精度，确保和提升相关企业的经济效益。
1、 和利时DCS系统介绍
HOLLiAS MACS V6.5系列是和利时公司于2013年正式推出的第5代高可靠性DCS系统，设计过程中充分采用了安全系统的设计理念，吸取国际工业电子技术和工业控制技术的最新成果，严格遵循国际先进的工业标准，采用全冗余、多重隔离、热分析、容错等可靠性设计技术，从而保证系统在复杂、恶劣的工业现场环境中能安稳长满优地运行。
HOLLiAS MACS V6.5系统是基于以太网和Profibus-DP现场总线构架，可方便接入多种工业以太网和现场总线。系统符合IEC61131-3标准，集成了基于HART标准协议的AMS系统，并可集成SIS、PLC、MES、ERP等系统，同时提供了众多知名厂家控制系统的驱动接口，可实现智能现场仪表设备、控制系统、企业资源管理系统之间无缝地信息流传送，实现工厂智能化、管控一体化。系统的网络架构由三部分组成，从上到下依次为管理网（MNET）、系统网（SNET）、控制网（CNET）。
MACS V6.5系统主要由工程师站、操作员站、历史站、通讯站、控制站等部件组成，控制网的网络节点由控制站和I/O模块构成。系统架构是基于“多域管理”（MDM）概念，域间相对独立，域间相互监视，不同的域可以分批投入使用，“域”内全由工业系统构成，无外来系统，安全可靠。
MACS V6.5系统组态功能主要由工程师站组态完成。工程师站组态软件主要包括：工程总控、图形编辑、AutoThink、其他组件等部分。工程总控软件，运行于工程师站，用来部署和管理整个综合自动化系统；图形编辑软件，运行于工程师站；AutoThink ，DCS控制器算法组态软件，运行于工程师站。
2、引风机及其工频变频切换的概述
引风机是火力发电厂内重要的辅机，容量大、耗电多，而且长期处于连续运行、低负荷及变负荷运行状态，目前大多数厂家多采用变频调速技术，这是比较理想的节能途径。但从目前各企业运行的变频器统计，许多品牌的变频器都多多少少地出现过变频器因本身故障或被外界因素诱发跳闸事件。为确保引风机变频运行的可靠性，通常变频器的工频旁路系统有二种切换方式，即：一为人工操作的刀闸切换的手动旁路系统，一为DCS软件控制的断路器切换的自动旁路系统。前者必须在断开引风机电源断路器，停止引风机运行的情况下进行变频切工频或工频切变频操作；而后者却可以不影响引风机运行的情况下进行操作，不影响企业锅炉的正常运行。此外，在日常维护保养和故障处理中，也需要这一功能，是完全适应企业锅炉引风机安全及经济运行所需要的。
3、工频变频切换的工艺特点及控制难点
3.1工频变频切换的工艺特点
工频变频切换系统的工艺特点最主要的就是尽可能减少引风机变频跳闸对锅炉运行的影响，避免因故障导致锅炉灭火情况发生。而且当变频正常运行期间，可由运行人员进行有目的性的切换；变频异常运行期间，可由DCS系统进行自动切换，在确保锅炉正常、安全运行的同时，有效保障相关锅炉工作人员的人身安全。
3.2工频变频切换的控制难点
第一，实现变频与工频的自动切换的难点是切换过程中的同期问题，除了变频器本身的功能和控制外，与DCS控制系统的时间配合也十分关键，只有两者配合好才能实现变频与工频的自动切换，这就需要在调试过程中做大量的切换实验，最终优选出合适的时间参数。
第二，经多次试验，得出结论：工频条件下直接启动引风机，若引风机出入口挡板开度不够或风道内阻力较大，则引风机高压电机会产生较大的启动电流，导致电机过流保护动作。同时，引风机静叶属于粗放性调节，不利于炉膛负压的稳定控制，尤其在引风量调节过程中易发生风机喘振和管道震动，导致引风机失速或跳闸。最终确定引风机频繁跳闸的原因是引风机原有的工频运行方式与引风机的运行工艺不匹配，存在一定的风险，需在不同工作状态下进行功率切换，以满足不同时段的工作需要；同时，部分电气元件与线路老化也会导致引风机跳闸故障的发生。
3.3自动控制说明
第一，当引风机运行在变频模式下，由于变频器故障或人为操作切为工频模式后，炉膛压力调节改由引风机入口挡板门调节完成。挡板门开度在切换信号到来时自动跟踪至提前好的安全初始值，随后由操作工手动控制，完成后续的炉膛压力调节控制。
第二，当引风机运行在工频模式下，由于变频器故障修复需要人为操作切为变频模式时，炉膛压力调节改由引风机变频器调节完成。变频器频率设定值在切换信号到来时自动跟踪至提前好的安全初始值，随后先由操作工手动控制，观察一段时间后，当工况达到稳定状态，则由人工投入至PID的自动调节，完成后续的炉膛压力调节控制。
4、工频变频的互相切换
4.1变频与工频互切系统
采用变频和工频互切控制软件设计了工频自动旁路系统。该系统的主要功能是变频切工频和工频切变频,即变频与工频互切系统。下文将人工手动变频与工频互切系统和DCS自动变频与工频互切系统进行了比较和分析。
4.2自动变频与工频互切
自动变频与工频的互切方式主要有两种方式：工频自动切换为变频、变频故障自动切工频。相对于手动切换工频与变频这种切换方式来说,自动变频与工频的切换方式的反应更加灵敏,切换更加精确,对设备的损伤较小，企业能获取最大化的经济效益。
5、改造后的功能
工频变频切换具有十分重要的现实意义：首先，具有软起动功能。采用变频调速装置后引风机起动时可以从0转/分逐渐平稳地升到所需转数，减少了启动冲击和机械摩擦、震动，改善了引风机的启动特性，进一步延长电动机的使用寿命与使用期限。其次，有利于改善相关的生产工艺。特别在低负荷时，工频变频切换能使风量的调整更加稳定、精确。由于变频器的调速平滑、控制精度高，所以风量波动范围小，更能满足现场工艺要求，同时减少了入口挡板的操作，降低挡板的磨损。最后，有利于全部实现DCS远方操作。工频变频切换易于实现自动控制，并能显示设备状态、运行参数、故障信息及故障诊断等信息，提升工作人员的工作效率与工作效果。此外，工频变频有利于降低成本和节能环保。投入变频装置后，引风机入口挡板处于全开位置，这样就能将引风机的节流损失降低甚至直接降到零，在达到降低企业生产成本、使企业获取最大经济效益的同时，顺应我国低碳环保的发展理念，实现和推动企业自身的可持续发展。
6、结语
通过上述分析，我们可以得知：引风机变频与工频运行自动切换系统的发展与应用,有效地提高了系统的控制精度和质量,降低了企业生产过程中的能源消耗，在帮助企业获取最大化经济效益的同时，顺应我国节能低碳的发展战略，进而帮助企业实现自身的可持续发展。
参考文献：
[1]方武.引风机变频改造后变频与工频互切探讨[J].通信电源技术,2019,36(02):226-228.
[2]杨晨.火电厂引风机变频与工频运行自动切换系统的应用[J].自动化应用,2018(12):121-122.
[3]张军梁,王兴.双变频器热备切换应用技术的研究[J].石油化工自动化,2018,54(01):35-40.