基于LC控制的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計

摘 要隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人們對環(huán)境的舒適性要求越來越高，為了保證溫度恒定，人們對中央空調(diào)控制系統(tǒng)的運行效果也在改變。舒適節(jié)能的設(shè)計方案最符合人們對中央空調(diào)系統(tǒng)的期望，據(jù)調(diào)查顯示，傳統(tǒng)的中央空調(diào)控制系統(tǒng)耗電量較大，并且存在著很大的能源浪費。在實際生活中力求在能耗更低的情況下保持室內(nèi)舒適的溫度和濕度。所以采用新技術(shù)來降低系統(tǒng)能耗成為首要任務(wù)。因為能源是一個國家發(fā)展國民經(jīng)濟的重要因素，節(jié)能減排是我們國家的一項重要任務(wù)。

【關(guān)鍵詞】PLC 節(jié)能 智能建筑

隨著建筑市場的飛速發(fā)展，樓宇智能化技術(shù)也得到快速的發(fā)展。隨之人們對建筑環(huán)境有了更高的要求，在節(jié)約能源的同時要有舒適的辦公環(huán)境。因此誕生了集散型中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)，此中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)綜合了現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和現(xiàn)代計算機技術(shù)以及微電子于一體的控制系統(tǒng)。在智能建筑中得到了廣泛應(yīng)用，集散型中央空調(diào)控制系統(tǒng)的自動化程度較高，對系統(tǒng)可以進行自動監(jiān)測、控制和管理，可以節(jié)約大量的運行費用。20世紀(jì)90年代未至21世紀(jì)初推出的中央空調(diào)變頻調(diào)速控制節(jié)能系統(tǒng)在集散型中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再通過PLC和變頻技術(shù)相結(jié)合的控制方法去實現(xiàn)智能化控制，并將變頻控制系統(tǒng)與工頻控制系統(tǒng)相結(jié)合，從而使中央空調(diào)機組在不同頻率下隨實際負(fù)荷的變化而變化，在保證建筑物空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷要求的前提下，使得中央空調(diào)控制系統(tǒng)節(jié)約大量的能源。本文主要通過中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計介紹PLC在中央空調(diào)節(jié)能控制中的應(yīng)用：

1 控制系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)的控制采用PLC與變頻器相結(jié)合的控制方式對空調(diào)系統(tǒng)機組進行手動、自動控制，設(shè)置就地操作員站，空調(diào)機滿足的溫、濕度控制要求，具有完整的自動控制系統(tǒng)（PLC）以及溫度測量儀表、變頻控制系統(tǒng)等，自成獨立系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有對整套工藝系統(tǒng)各參數(shù)顯示、系統(tǒng)控制、連鎖、報警的全套功能。系統(tǒng)設(shè)計如圖1。

該系統(tǒng)主要由可編程控制器、變頻器、主接觸器、水泵機組及溫度檢測裝置組成閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。PLC是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵運算與控制機構(gòu)，它的作用在控制系統(tǒng)中很重要，是連接各空調(diào)機組與變頻器之間的橋梁，控制系統(tǒng)通過接觸器和變頻器的邏輯切換來實現(xiàn)控制系統(tǒng)的運行及控制。對中央空調(diào)制冷系統(tǒng)進行現(xiàn)場檢測，然后將檢測到的溫度信號經(jīng)變送器和A/D轉(zhuǎn)換模塊傳輸給PLC進行運算處理，再由PLC輸出給變頻器，通過變頻器改變頻率來控制泵的轉(zhuǎn)速，進而達(dá)到對溫度的進一步控制。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)中的電動機組都可以在工頻和變頻兩種狀態(tài)下運行，具體運行于哪一種狀態(tài)，PLC系統(tǒng)可根據(jù)需要進行自動切換控制。可編程控制器用輸入輸出擴展板接口分別接入模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）和數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）模塊。模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）模塊將模擬量溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）模塊將PLC輸出的開關(guān)量轉(zhuǎn)換為模擬量，用來控制變頻器的調(diào)速過程。

在中央空調(diào)控制系統(tǒng)中，為了節(jié)約能源，提高系統(tǒng)的工作效率，通過變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量。變頻調(diào)速的基本控制原理是應(yīng)用變頻技術(shù)和微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率的方式來控制交流電動機的控制方法。變頻器的選擇要結(jié)合PLC的選型以及其他硬件的選擇合理匹配，在以往設(shè)計的控制系統(tǒng)中，交流電動機的運行大多數(shù)是在額定電壓和額定頻率下工作的。在這種狀態(tài)下工作的電動機，其軸上的輸出轉(zhuǎn)矩和電功率都可以達(dá)到額定值。在控制系統(tǒng)設(shè)計成變頻調(diào)速系統(tǒng)的情況下，供電頻率是不斷變化的，因此電機的實際輸出功率和轉(zhuǎn)矩也會隨著發(fā)生變化。因此，在選擇變頻器時，根據(jù)不同的拖動場合，結(jié)合電動機容量，來選擇相應(yīng)的變頻器。

PLC是變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的關(guān)鍵控制機構(gòu)。它將各機組與變頻器之間的電氣連接很好地銜接了起來，通過PLC控制變頻器進行邏輯切換來實現(xiàn)系統(tǒng)的控制方案。PLC的輸入信號有溫度采集信號、機組選擇信號、運行方式選擇信號、主機開/關(guān)信號、冷凍泵和冷卻泵的起/停信號等。輸入信號經(jīng)PLC程序一系列運算后，發(fā)出相應(yīng)的控制信號，控制相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，從而控制變頻器及中央空調(diào)系統(tǒng)的運行，以及其他的聯(lián)動設(shè)備。系統(tǒng)的設(shè)計的總體目的是利用PLC控制變頻器的頻率來控制水泵轉(zhuǎn)速，進而達(dá)到控制室內(nèi)溫度的目的。

3 PLC的軟件設(shè)計

在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計中，中央空調(diào)的制冷機組、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)等都是按照建筑物最大負(fù)荷制定的，且留有足夠的余量。在任何時間內(nèi)各電機都長期處在工頻狀態(tài)下全速運行，完全可以滿足最大的用戶負(fù)荷，但不能隨用戶負(fù)荷的大小來調(diào)節(jié)，而實際在大多數(shù)時間里，用戶負(fù)荷是比較低的，這樣就造成了能源的巨大浪費。中央空調(diào)控制系統(tǒng)中的水泵機組系統(tǒng)，長時間在恒定的負(fù)荷下運行，但由于用戶負(fù)荷隨著季節(jié)和氣候的變化而變化，一年中大部分時間在低負(fù)荷下運行，也就是說，中央空調(diào)系統(tǒng)存在著很大的節(jié)能空間。

為了實現(xiàn)系統(tǒng)有效的節(jié)能運行，本系統(tǒng)在硬件配置合理的基礎(chǔ)上通過PLC程序設(shè)計來完成控制目的，主要通過對空調(diào)進出水溫度進行檢測，根據(jù)控制要求通過PLC控制變頻器對中央空調(diào)機組的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對溫度的控制，使得系統(tǒng)在提高其運行效率的同時達(dá)到節(jié)能的目的。PLC程序設(shè)計的主要任務(wù)是將溫度傳感器采集到的現(xiàn)場信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后送給PLC，PLC經(jīng)過進一步運算后控制變頻器的頻率來控制空調(diào)機組的轉(zhuǎn)速，即根據(jù)需要控制空調(diào)機組運行，使其運行效率提高，使室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的要求，在很大程度上提高了系統(tǒng)的運行特性，也節(jié)約能源。當(dāng)電機頻率降低后，電機低速運行，可以有效地延長中央空調(diào)機組的壽命。

4 結(jié)論

本文闡述了中央空調(diào)系統(tǒng)自動控制和節(jié)能設(shè)計的基本思路和方法，介紹了交流電動機變頻調(diào)速的特點，系統(tǒng)在硬件配置合理的基礎(chǔ)上通過軟件程序來控制中央空調(diào)機組的運行，在提高系統(tǒng)效率的同時也使得系統(tǒng)的設(shè)計周期和調(diào)試周期縮短， 保證了控制系統(tǒng)經(jīng)濟、可靠安全地運行，最大限度地滿足了被控對象控制要求，使控制系統(tǒng)的維護使用更方便?？刂葡到y(tǒng)在硬件選型時，除了滿足技術(shù)性能要求外，還要留有足夠的余量。由于系統(tǒng)的邏輯功能是通過軟件實現(xiàn)的，從而減少了大量的硬件接線，提高了控制系統(tǒng)連鎖保護的功能，運行過程中不會產(chǎn)生機械誤動作，系統(tǒng)的可靠性和安全性進一步得到了提高。因此，此系統(tǒng)具有較強的擴充能力，再加上其可靠性高和安裝調(diào)試方便等特點，使得該系統(tǒng)在中央空調(diào)市場能良好地發(fā)展。

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作者簡介

呂麗榮（1980-）女，大學(xué)本科學(xué)歷。碩士。畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)自動化專業(yè)，講師。

作者單位

內(nèi)蒙古建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010070