宋艷芳 熊百川

【摘要】目前中央空調(diào)已經(jīng)廣泛應用于各類建筑，在傳統(tǒng)的設計中，中央空調(diào)根據(jù)最大負荷外加一定裕量設計，無論季節(jié)、氣候等怎樣變化，中央空調(diào)都始終在工頻狀態(tài)下全速運行。實際冷負荷根本遠遠達不到最大負荷，這樣就造成了極大的能源浪費。本設計采用西門子S7-200 PLC作為主控制器，基于傳統(tǒng)的PID算法，通過西門子MM430變頻器控制水泵轉(zhuǎn)速，采用了亞控Kingview進行組態(tài)。

【關(guān)鍵詞】中央空調(diào)；變頻器；PLC；PID

一、引言

目前中央空調(diào)已經(jīng)被廣泛地應用于各類建筑中，起著維持建筑物內(nèi)溫濕度恒定的作用。在傳統(tǒng)的設計中，中央空調(diào)系統(tǒng)的容量的選擇一般是依據(jù)建筑物的最大制冷、制熱負荷或新風交換量的需求，而且保留了充足余量。但是實際上在一年的絕大部分時間中，實際冷負荷根本遠遠達不到最大負荷，這樣就造成了極大的能源浪費。因此，對中央空調(diào)進行節(jié)能改造的重要性不言而喻。合理地控制中央空調(diào)的能耗，就可以減少不必要的能源浪費、節(jié)能減排，有利于構(gòu)建節(jié)約型、環(huán)保型社會。

二、中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造方案

基本控制系統(tǒng)包括四個部分，簡單地說，控制系統(tǒng)分為兩個部分：控制器、廣義對象。其中廣義對象包括三部分：測量變送器、執(zhí)行器、被控對象。為了實現(xiàn)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，保證控制質(zhì)量，需要依據(jù)工藝要求來為控制器選擇合適的控制規(guī)律并且運用某種整定方法來對控制器參數(shù)進行整定，從而找尋到最佳的控制器參數(shù)。本論文所要討論的是中央空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的設計，采用的算法為傳統(tǒng)的PID算法。本系統(tǒng)為溫差閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制的實質(zhì)是利用負反饋的作用來減小誤差。

三、硬件設計

（一）溫度傳感器選型

傳感器是將生產(chǎn)過程工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換為電參數(shù)的裝置，當溫度超過150℃后，銅在空氣中容易被氧化而失去線性特性，因此銅電阻不適宜在腐蝕性環(huán)境和高溫環(huán)境下應用。而且由于銅的電阻率較小，這樣銅電阻的機械強度就會變得很低。鎳電阻雖然比較靈敏，但是它的熱穩(wěn)定性較差。在本設計中，綜合比較鉑電阻、銅電阻、鎳電阻的特性以及分析中央空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的特點后，選擇了Pt100溫度傳感器。

（二）PLC及擴展模塊選型

PLC主要由CPU、存儲器、輸入/輸出接口電路、電源等組成，PLC首先接收按鈕等的輸入，然后執(zhí)行程序，最后輸出，經(jīng)接觸器來驅(qū)動電動機。這個過程是循環(huán)往復的。本設計采用PLC作為主控制器去完成控制任務，需要對進行PLC選型。西門子公司生產(chǎn)的S7-200 PLC不僅功能強大，足以滿足本控制任務的需要，而且具有本土化優(yōu)勢和良好的貨期、價格便宜，因此確定選擇西門子S7-200 PLC。

（三）變頻器選型

目前交-直-交變頻器已經(jīng)被廣泛地應用于交流調(diào)速系統(tǒng)中。進行變頻器的選型主要考慮變頻器的種類和容量。在進行變頻器的容量選擇時，要考慮以下三種情況：（1）變頻器驅(qū)動的是單一電動機還是多個電動機；（2）電動機是直接啟動還是軟啟動；（3）驅(qū)動多個電動機時，是分別啟動，還是同時啟動。本文選擇了西門子公司生產(chǎn)的MM430變頻器來進行變頻調(diào)速。MM430適用于泵、風機類負載調(diào)速，非常節(jié)能。

四、軟件設計

（一）PLC程序設計

STEP7-Micro/WIN軟件是西門子公司專門為S7-200系列PLC開發(fā)的編程軟件。它基于Windows操作系統(tǒng)，為用戶開發(fā)、編輯、調(diào)試和監(jiān)控自己的程序提供了很好的編程環(huán)境。本文使用的編程軟件版本為STEP7-Micro/WIN V4.0 SP9（V4.9.25）。該軟件版本與Windows XP、Windows 7（32/64bit）等微軟Windows操作系統(tǒng)兼容。

（二）程序設計

在主程序中，上電時調(diào)用了初始化子程序，初始化子程序包括3部分，分別為變頻器上、下限頻率的設定、PID回路表的建立以及連接定時中斷并開中斷、設定采樣周期。在PID中斷程序中對輸入采樣數(shù)據(jù)進行歸一化處理，執(zhí)行PID指令后再將控制量轉(zhuǎn)換為按工程量標定的整數(shù)值后由模擬量輸出通道AQW輸出到變頻器頻率信號輸入端（3、4）。而且主程序具有完善的聲光的報警功能，故障結(jié)束后會復位變頻泵號存儲器。

（三）Kingview6.55組態(tài)

本文采用了北京亞控科技發(fā)展公司的組態(tài)王6.5.5。建立組態(tài)王工程的步驟為：（1）設計圖形界面（定義畫面）。（2）定義設備。（3）構(gòu)造數(shù)據(jù)庫（定義變量）。（4）建立動畫連接。（5）運行和調(diào)試。需要說明的是，這五個步驟并不是完全獨立的，事實上，這五個部分常常是交錯進行的。

五、總結(jié)

本文根據(jù)以往空調(diào)控制系統(tǒng)的缺點，提出了總體節(jié)能方案。完成溫度傳感器、PLC、變頻器等器件的選型，采用ZWCAD 2010繪圖軟件完成了系統(tǒng)電氣原理圖的繪制。本文選用了PT100溫度傳感器、西門子S7-200 PLC控制器、西門子MM430變頻器。采用STEP7-Micro/WIN V4.0 SP9（V4.9.25）編程軟件編寫了PLC程序。采用亞控的工控組態(tài)軟件組態(tài)王6.5.5進行了組態(tài)，包括建立工程、定義畫面、定義設備、定義變量、動畫連接、運行調(diào)試等5個步驟。

參考文獻

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[2]于少潔，張羽.淺談中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能及優(yōu)化[J].科技致富向?qū)В?014（09）.

作者簡介：宋艷芳，女，副教授，研究方向：現(xiàn)代測控技術(shù)與方法；熊百川，男，學生，自動化2016級01班。