韓俊青　王洪華

摘要 介紹PLC、變頻器改造中央空調(diào)冷凍泵、冷卻泵控制系統(tǒng)的方法。變頻技術(shù)應(yīng)用于中央空調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)的技術(shù)升級(jí)，確保設(shè)備低耗運(yùn)行，提高電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞 PLC 變頻器；中央空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能改造；溫度控制

中圖分類號(hào)：TB657.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-489X（2009）06-0089-02

1 引言

中央空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設(shè)施之一，電能的消耗非常大，約占建筑物總電能消耗的50%。由于中央空調(diào)系統(tǒng)都是按最大負(fù)載并增加一定余量設(shè)計(jì)，而實(shí)際上在一年中，滿負(fù)載下運(yùn)行的時(shí)候比較少，幾乎絕大部分時(shí)間負(fù)載都在70%以下。通常中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍主機(jī)的負(fù)荷能隨季節(jié)、氣溫變化自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載，而與冷凍主機(jī)相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載，只要啟動(dòng)中央空調(diào)主機(jī)，水泵在工頻下運(yùn)行，也就是一直在滿負(fù)荷狀態(tài)下工作，導(dǎo)致電能的嚴(yán)重浪費(fèi)。利用變頻調(diào)速技術(shù)可大大降低水泵電機(jī)運(yùn)行頻率，從而降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，使循環(huán)水流量恰到好處地根據(jù)空調(diào)房間的需要與制冷量實(shí)時(shí)匹配，從而輕而易舉地將部分電能節(jié)約下來[1]。

2 中央空調(diào)的構(gòu)成及原理

中央空調(diào)系統(tǒng)主要有制冷機(jī)組、冷凍循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)。

2.1 制冷主機(jī)通往各個(gè)房間的循環(huán)水由制冷機(jī)組進(jìn)行內(nèi)部熱交換提供，使冷凍水降溫為5 ℃～7 ℃，并通過冷凍水循環(huán)系統(tǒng)向各個(gè)房間提供外部熱交換源，內(nèi)部熱交換產(chǎn)生的熱量由冷卻水循環(huán)系統(tǒng)通過冷卻塔向空氣中排放，制冷機(jī)組也稱為“制冷源”。

2.2 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)由冷凍泵與冷凍管道組成，從制冷機(jī)組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍管道，在各個(gè)房間內(nèi)進(jìn)行熱交換，帶走房間的熱量，使房間內(nèi)的溫度降低。

2.3 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)由冷卻泵、冷卻管道、冷卻塔等組成。制冷機(jī)組進(jìn)行熱交換，使冷凍水降溫的同時(shí)，必將釋放大量熱量，該部分熱量由冷卻水吸收，冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入水塔，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換，然后將降了溫的冷卻水送回到制冷機(jī)組，如此反復(fù)循環(huán)。

2.4 風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣吹入房間。

本文主要講述冷卻水、冷凍水系統(tǒng)的變頻調(diào)速技術(shù)改造。

3 制冷主機(jī)、冷凍泵和冷卻泵的控制系統(tǒng)

3.1 硬件配置及控制系統(tǒng)如圖1所示，選用西門子S7-200PLC作為主控單元，主機(jī)模塊CPU226（繼電器型），模擬量模塊EM232兩只，人機(jī)界面HITECH PSW6600S-S，開關(guān)電源各一只，熱電阻模塊EM231RTD三只[2]。

3.2 主機(jī)系統(tǒng)控制要求1）根據(jù)當(dāng)前出水溫度及設(shè)定值對(duì)系統(tǒng)采取加載、卸載和保持相應(yīng)控制措施；2）具有故障檢測(cè)與報(bào)警功能，能查詢當(dāng)前故障和歷史故障記錄；3）定時(shí)控制功能，能自動(dòng)開關(guān)機(jī)組；4）系統(tǒng)和壓機(jī)的保護(hù)功能齊全。

3.3 冷凍水系統(tǒng)控制將實(shí)際回水溫度減去實(shí)際出水溫度，并與實(shí)際溫差做比較進(jìn)行PID控制。冷凍水系統(tǒng)邏輯控制：PLC主機(jī)首先控制冷凍水出水和回水閥門，延時(shí)5秒鐘啟動(dòng)冷凍水循環(huán)泵，冷凍水泵由變頻器控制運(yùn)行（主電路分開，變頻器頻率信號(hào)一樣），變頻器頻率由模擬量EM232模塊輸出電流信號(hào)控制。當(dāng)設(shè)定溫差大于實(shí)際溫差時(shí)，表明實(shí)際供冷量不足以滿足空調(diào)房間需要，需要增加冷量，PLC控制模擬量輸出電流增加，從而提高冷凍泵轉(zhuǎn)速以使實(shí)際供冷量增加，則實(shí)際溫差會(huì)逐漸減小直至接近設(shè)定溫差；當(dāng)設(shè)定溫差小于實(shí)際溫差時(shí)，表明實(shí)際供冷量有富余超過空調(diào)房間的需要，需要減小冷量，PLC控制輸出電流減小，從而降低冷凍泵轉(zhuǎn)速以使實(shí)際供冷量減小，則實(shí)際溫差會(huì)逐漸減小直至接近設(shè)定溫差[3]。

3.4 冷卻水系統(tǒng)控制冷卻水系統(tǒng)邏輯控制原理同冷凍水系統(tǒng)控制。

3.5 主要功能

1）空調(diào)用戶可通過人機(jī)界面設(shè)定制冷出水溫度，查看機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，包括壓機(jī)的實(shí)際負(fù)荷，空調(diào)泵、冷卻泵運(yùn)行狀態(tài)等。

2）通過EM231RTD實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)際的蒸發(fā)器出水/進(jìn)水溫度，冷凝器出水/進(jìn)水溫度，壓機(jī)的排氣溫度。

3）程序根據(jù)實(shí)際的出水溫度和設(shè)定溫度，通過比較計(jì)算決定主機(jī)系統(tǒng)在加載區(qū)或卸載區(qū)和保持區(qū)。根據(jù)冷凍水出水和回水溫差實(shí)際值和設(shè)定值的差值，適時(shí)調(diào)節(jié)冷凍泵的速度；根據(jù)冷卻水出水和回水的溫度差值，適時(shí)調(diào)節(jié)冷卻泵的速度。

4）保護(hù)功能：程序適時(shí)監(jiān)測(cè)各保護(hù)點(diǎn)的輸入狀態(tài)，空調(diào)泵、冷卻泵的過載保護(hù)和水流開關(guān)異常時(shí)，停止機(jī)組運(yùn)行。

4 結(jié)語

1）新的控制方案已于2006年底在某旅游學(xué)院投入使用，通過節(jié)能前和節(jié)能后的實(shí)際消耗電能進(jìn)行比較，大約節(jié)能40%左右，投入運(yùn)行一年左右即收回成本，達(dá)到大幅的節(jié)電效果。

2）對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)、軟制動(dòng)，大大降低起動(dòng)電流，避免對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊。

3）具有過流、過壓、短路、缺相等多種保護(hù)功能，增強(qiáng)對(duì)電機(jī)及所帶負(fù)載的保護(hù)功能。

4）能檢測(cè)負(fù)載輕微的變化，并迅速調(diào)整輸出功率，顯示在操作屏上。

5）利用PLC實(shí)現(xiàn)各種邏輯控制、變頻器起動(dòng)控制及手動(dòng)／自動(dòng)、工頻／變頻轉(zhuǎn)換和故障自動(dòng)切換等功能。

6）使室溫維持恒定，讓人感到舒適。

參考文獻(xiàn)

[1]馮垛生,張淼.變頻器的應(yīng)用與維護(hù)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2001,9:208-210

[2]李道霖.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用(西門子系列)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004,8:73-75

[3]丁莉.變流與調(diào)速技術(shù)應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006,7:119-124