PLC和變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用

李紅圖

摘 要：建筑業(yè)能耗是我國(guó)能源總能耗中較為突出的一項(xiàng)能耗，包括照明、電梯、空調(diào)、通風(fēng)等。其中，中央空調(diào)能耗占的比例最大，占據(jù)整個(gè)建筑物運(yùn)行能耗的至少40%以上，并有不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)，嚴(yán)重影響了區(qū)域能源的供需平衡。對(duì)中央空調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行分析和研究是優(yōu)化中央空調(diào)能耗系統(tǒng)、降低中央空調(diào)系統(tǒng)能耗的重要途徑，對(duì)提高我國(guó)建筑行業(yè)能源利用率、促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；PLC；變頻器；節(jié)能改造；運(yùn)營(yíng)管理

引言

隨著科技的發(fā)展進(jìn)步與人民生活水平的不斷提高，中央空調(diào)越來越多的進(jìn)入各類建筑物中，并給人們創(chuàng)造出舒適的環(huán)境，但是它的能耗是一個(gè)不容忽視的大問題。傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)有70%以上的時(shí)間都運(yùn)行在滿負(fù)荷50%以下，各個(gè)電機(jī)長(zhǎng)期工作在工頻狀態(tài)下，并通過擋板和閥門來調(diào)節(jié)水流量，這樣會(huì)加重電能的浪費(fèi)，也使中央空調(diào)的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)一步惡化。所以，對(duì)中央空調(diào)的節(jié)能改造是當(dāng)前迫切需要解決的問題。

1中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理

中央空調(diào)系統(tǒng)主要是由風(fēng)機(jī)子系統(tǒng)、冷凍水子系統(tǒng)、冷卻水子系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)組成，通過控制一臺(tái)主機(jī)連接風(fēng)道過風(fēng)和冷熱水管，然后連接多個(gè)末端來控制不同房間的溫度以達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫度的效果。實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)最為主要的系統(tǒng)是制冷主機(jī)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的來源就是制冷主機(jī)系統(tǒng)所產(chǎn)生的冷氣，制冷主機(jī)系統(tǒng)也是占據(jù)中央空調(diào)的大部分能耗，包括風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和水系統(tǒng)在內(nèi)的系統(tǒng)功率大小直接影響空調(diào)主機(jī)的運(yùn)行。

中央空調(diào)的制冷過程是由兩大水循環(huán)系統(tǒng)配合制冷主機(jī)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)共同協(xié)調(diào)完成。整個(gè)過程遵循熱量守恒定律，由制冷主機(jī)產(chǎn)生低溫冷凍水并送至風(fēng)機(jī)中與高溫空氣交換熱量，到達(dá)一定溫度后，風(fēng)機(jī)盤管中的空氣會(huì)被送至室內(nèi)調(diào)節(jié)溫度，此時(shí)低溫冷凍水吸收熱量變回高溫水，再送回制冷機(jī)組與低溫制冷液交融放出熱量，重新轉(zhuǎn)換成低溫冷凍水，這個(gè)過程一直重復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的目的。

2中央空調(diào)節(jié)能改造具體設(shè)計(jì)

PIC與變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造中的具體應(yīng)用模式如圖1所示。文章分別從硬件和軟件兩部分介紹中央空調(diào)的節(jié)能改造。

2.1硬件設(shè)計(jì)方案

選擇觸摸屏、變頻器和PLC組成控制系統(tǒng)，對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻泵和冷凍泵進(jìn)行改造，具體的硬件設(shè)計(jì)方案為：利用PLC控制系統(tǒng)中冷卻泵的變頻接觸器，并通過控制器-繼電系統(tǒng)控制工頻接觸器，并在兩者之間設(shè)置電氣連鎖保護(hù)，以此保證改造后系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并且在控制系統(tǒng)中安裝2個(gè)溫度傳感器，收集冷卻水回水與出水溫度信息，進(jìn)而連接溫度采集模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換后將數(shù)字信息傳輸給PLC，運(yùn)算后結(jié)果在模擬量的輸出模塊FX2N-2DA的作用下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，以0～10v（DC）的形式對(duì)變頻器的頻率進(jìn)行控制，進(jìn)而控制水泵的轉(zhuǎn)速。

2.2控制程序軟件設(shè)計(jì)

控制程序主要包括：第一，D/A轉(zhuǎn)換程序。在系統(tǒng)中，數(shù)模轉(zhuǎn)換中的數(shù)字量主要存儲(chǔ)在寄存器之中，并在FX2N-2DA模塊的作用下可實(shí)現(xiàn)數(shù)字量向模擬量的轉(zhuǎn)換，變頻器接收轉(zhuǎn)換后的變量，進(jìn)而通過變頻器轉(zhuǎn)速的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵轉(zhuǎn)速的控制；第二，自動(dòng)調(diào)速程序，考慮冷卻水溫度變化較為緩慢的情況，在設(shè)計(jì)中將溫差采集周期設(shè)置為4s，如果溫差超過5℃，則提升變頻器的運(yùn)行頻率，每次調(diào)整0.5Hz，當(dāng)溫差低于5℃或者頻率達(dá)到55Hz時(shí)，不再調(diào)整變頻器的頻率。同時(shí)，如果溫差低于4℃，則變頻器的頻率會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，進(jìn)而導(dǎo)致能耗增加，因此必須以0.5Hz的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整變頻器頻率，當(dāng)變頻器頻率為45Hz或溫差超過4℃時(shí)，方可停止調(diào)整作業(yè)，只要達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)，便可達(dá)到最大的節(jié)能效果；第三，冷卻泵出回水溫差計(jì)算程序，在改造中設(shè)置兩條通道，一條為冷卻水回水溫度，另一條為冷卻水出水溫度，并單獨(dú)設(shè)計(jì)回水溫差的寄存通道。

3 PLC模塊與變頻器的型號(hào)選擇

在選擇變頻器的過程中，應(yīng)該注重對(duì)設(shè)備可靠性的充分考慮，在進(jìn)行機(jī)械配置變頻器生產(chǎn)的時(shí)候，最主要的目的是為了促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升，如果穩(wěn)定性較差的話，各種工業(yè)生產(chǎn)的需求都難以得到有效的滿足。在選擇PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)候，應(yīng)該綜合考慮到通信聯(lián)網(wǎng)能力、特殊功能模塊、容量、I/O模塊、機(jī)型等各個(gè)方面因素，另外在進(jìn)行型號(hào)選擇的時(shí)候，需要對(duì)其線路連接方式、電壓等級(jí)、輸入信號(hào)類型等各個(gè)方面的因素進(jìn)行綜合考慮。

4基于PLC和變頻器控制的中央空調(diào)的后期運(yùn)營(yíng)管理

4.1冷卻塔

冷卻塔為中央空調(diào)系統(tǒng)中不可或缺的輔助設(shè)備，其在主機(jī)制冷效率與節(jié)能降耗中發(fā)揮著巨大作用，當(dāng)巡檢時(shí)應(yīng)認(rèn)真檢查水流情況，確定風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，皮帶磨損和松緊情況。仔細(xì)檢查布水，保障布水槽滿水量，布水槽和積水盤沒有鐵銹和微生物等異物。嚴(yán)格檢查補(bǔ)水系統(tǒng)，保障浮球閥一直處于正常工作狀態(tài)。

4.2水泵

水泵的作用是冷凍水與冷卻水之間的傳遞與循環(huán)。當(dāng)巡檢時(shí)，檢查水泵進(jìn)出口壓力是否正常、穩(wěn)定，電機(jī)電流是否在額定范圍內(nèi)。檢查水泵各部分是否漏水，認(rèn)真辨別運(yùn)轉(zhuǎn)聲響，明確軸承部位的實(shí)際運(yùn)行情況。

4.3冷凍水機(jī)組

冷凍水機(jī)組是中央空調(diào)的核心設(shè)備，冷凍水主機(jī)正式開機(jī)前，應(yīng)對(duì)冷凍水主機(jī)和各個(gè)部件進(jìn)行外觀的檢查。檢查制冷劑系統(tǒng)壓力，按照SOP進(jìn)行檢漏。確保約克主機(jī)的冷凍冷卻閥門在打開狀態(tài)，并對(duì)安全閥進(jìn)行檢漏。檢查控制柜主電源，機(jī)組控制線連接情況，確認(rèn)所有接頭連接緊固，線型與線徑連接正確。檢查控制室約克主機(jī)啟動(dòng)柜，開關(guān)是否到位，控制柜內(nèi)是否整潔，檢查保險(xiǎn)絲斷路器是否完好。用兆歐表?yè)u電機(jī)、電纜和電機(jī)繞組絕緣，確保絕緣等級(jí)在所規(guī)定的范圍內(nèi)。完成上述工作后，可以對(duì)冷凍水機(jī)組進(jìn)行供電，供電后檢測(cè)控制柜的三相供電電壓是否符合約克機(jī)組要求。

結(jié)語(yǔ)

中央空調(diào)系統(tǒng)作為現(xiàn)代大型建筑物必備的配套設(shè)施，為了給人們提供更舒適的生活和工作環(huán)境，需要不斷創(chuàng)新和改善中央空調(diào)的自動(dòng)化系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，在研究中央空調(diào)節(jié)能環(huán)保性能時(shí)，可以采用自動(dòng)化控制的方式提升中央空調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，結(jié)合變頻器和PLC控制系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)大中央空調(diào)的功效，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的最大化。

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