基于PLC的中央空調(diào)節(jié)能改造分析

許安

摘 要：將PLC和變頻器應(yīng)用于中央空調(diào)節(jié)能改造中，不僅可以大大降低中央空調(diào)的能耗，還可以實現(xiàn)對空氣調(diào)節(jié)等的自動控制，使中央空調(diào)的使用變得更加方便、快捷，為我國的節(jié)能減排事業(yè)發(fā)揮更大的作用。

關(guān)鍵詞：PLC；中央空調(diào)；節(jié)能改造；冷卻水系統(tǒng)

中圖分類號：TB657.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.124

隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，中央空調(diào)的應(yīng)用越來越廣泛，逐漸成為現(xiàn)代大型建筑中必不可少的設(shè)備。而隨著中央空調(diào)應(yīng)用的日益廣泛，它在為人們創(chuàng)造舒適的居住、工作環(huán)境的同時所造成的能源消耗非常大。在一個大型建筑中，中央空調(diào)運轉(zhuǎn)帶來的能耗在整個建筑的能耗中占有較大的比例。為了實現(xiàn)我國的可持續(xù)發(fā)展，改變能源浪費的情況迫在眉睫，而基于PLC對中央空調(diào)進(jìn)行節(jié)能改造是降低能耗的一種有效措施。

1 PLC系統(tǒng)在中央空調(diào)中的應(yīng)用

PLC系統(tǒng)，即可編程邏輯控制系統(tǒng)，是一種現(xiàn)代化的控制系統(tǒng)，是繼DDC控制、繼電器控制等自動控制之后的一種自動控制系統(tǒng)。DDC控制是通過直接數(shù)字化實現(xiàn)的，一般情況下，可以選擇合適的PID系數(shù)調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度，最終達(dá)到節(jié)能的目的。繼電器是一個控制元件，主要由控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)組成。繼電器控制是通過小電流實現(xiàn)對大電流或流態(tài)物質(zhì)流量的控制，具有自動調(diào)節(jié)和安全保護(hù)的功能。而PLC系統(tǒng)在惡劣的環(huán)境下仍能正常運行，抗腐蝕能力強(qiáng)，維護(hù)方便，對溫度有很好的適應(yīng)性。PLC系統(tǒng)可以提供多種功能的模塊，比如通訊參數(shù)設(shè)置、通訊功能選擇等，同時，對于時間的變化也能夠準(zhǔn)確地變動。PLC系統(tǒng)每種功能的實現(xiàn)都較為容易，這在很大程度上縮短了開發(fā)周期，有效節(jié)省了程序容量，并且具有結(jié)構(gòu)化語言和順序功能圖的編程作用。此外，PLC系統(tǒng)還可以很好地實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)，不需要對電路進(jìn)行重新設(shè)計就可以很好地實現(xiàn)自動編程，從而對溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

2 中央空調(diào)的節(jié)能原理

中央空調(diào)系統(tǒng)主要由水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)機(jī)組、散熱系統(tǒng)和末端系統(tǒng)組成。其節(jié)能原理為：通過壓縮機(jī)，將制冷機(jī)中的制冷劑壓縮成高溫高壓氣體送入冷凝器，并與冷凝器中的冷卻水進(jìn)行熱交換。此時，冷卻水的溫度升高。通過水泵將高溫水輸送到散熱器中進(jìn)行降溫，并將熱量釋放到外界環(huán)境中。中央空調(diào)在運行的過程中是通過水系統(tǒng)進(jìn)行熱量交換的，并通過閥門和擋板的開度來控制水的流量。這樣，很多電能會浪費在擋板和閥門的阻力上。從表面來看，當(dāng)利用手動的方式對中央空調(diào)進(jìn)行開機(jī)或停機(jī)時，在空調(diào)使用前1 h就要將中央空調(diào)系統(tǒng)打開，并且在剛使用時，空調(diào)的負(fù)荷比較小，但是卻要將空調(diào)的主機(jī)打開；而關(guān)閉空調(diào)時，只有在空調(diào)使用完之后才會將空調(diào)關(guān)閉，但中央空調(diào)的制冷卻要在30 min之后才能停止，這樣就造成了電能的大量浪費。通過應(yīng)用PLC，能夠?qū)⑾脑趽醢搴烷y門上的電能節(jié)省下來，從而實現(xiàn)中央空調(diào)的節(jié)能改造。

3 中央空調(diào)的節(jié)能改造

3.1 空調(diào)主機(jī)的改造

在傳統(tǒng)的控制方案中，對水流量的控制是通過擋板和閥門來實現(xiàn)的。對機(jī)組進(jìn)行改造之后，采用PLC和變頻控制相結(jié)合的方式控制流量和溫差。改造之后，空調(diào)機(jī)組主要由變頻器、PLC、水泵機(jī)組、主接觸器和溫度檢測裝置組成。在冷凝水器的回水處和出水處安裝溫度傳感器檢測網(wǎng)管的溫度，并及時反饋給PLC，通過變頻器調(diào)節(jié)循環(huán)水的熱交換速度，從而實現(xiàn)對室內(nèi)的恒溫控制。PLC的輸入信號經(jīng)程序運算之后可以發(fā)出相應(yīng)的動作信號。

3.2 冷凍水控制系統(tǒng)的改造

PLC主機(jī)首先控制的是冷凍水的出水閥門和回水閥門。如果將冷凍水的循環(huán)泵延遲5 s啟動，冷凍水泵就由變頻器控制，并由模擬量模塊輸出電流信號控制變頻器頻率。如果設(shè)定的溫差小于實際溫差，說明空調(diào)系統(tǒng)的供冷量已經(jīng)超過實際需求，因此需要減少冷量。此時，PLC模擬量的輸出電流減小，冷凍水泵的轉(zhuǎn)速下降，從而使實際供冷量減少，實際溫差慢慢增大，最終接近設(shè)定值。如果設(shè)定的溫差比實際溫差大，說明空調(diào)系統(tǒng)的供冷量不足，不能滿足環(huán)境的實際需求，需要增加冷量。此時，PLC模擬量的輸出電流增大，冷凍水泵的運行速度加快，從而使實際供冷量增加，實際溫差減小，直到接近設(shè)定的溫度。

3.3 冷卻水系統(tǒng)的改造

應(yīng)監(jiān)測中央空調(diào)的實際蒸發(fā)器出水、冷凝器出水、進(jìn)水溫度和壓機(jī)排氣溫度，還應(yīng)根據(jù)實際設(shè)定溫度和出水溫度計算并判斷主機(jī)系統(tǒng)在哪個區(qū)，根據(jù)冷卻出水和回水的溫度調(diào)節(jié)冷凍水泵的轉(zhuǎn)速。此外，還應(yīng)該根據(jù)冷凍水出水、回水的設(shè)定值與實際值的差值調(diào)節(jié)冷凍水泵的轉(zhuǎn)速。經(jīng)過改造，冷卻水系統(tǒng)還具有保護(hù)功能，程序可以隨時監(jiān)測保護(hù)點的輸入狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)冷卻水泵和空調(diào)泵的過載保護(hù)或水流開關(guān)異常，就要使機(jī)組停止運行。

4 結(jié)束語

當(dāng)前，中央空調(diào)已經(jīng)成為人們生活中必不可少的設(shè)備，它在為人們創(chuàng)造舒適的室內(nèi)環(huán)境的同時也造成了極大的能源浪費?；赑LC的中央空調(diào)節(jié)能改造優(yōu)化了空調(diào)主機(jī)的工作環(huán)境，減少了空調(diào)在啟動和關(guān)閉時造成的電網(wǎng)沖擊，實現(xiàn)了對系統(tǒng)水流量的控制，提高了水泵的工作效率，達(dá)到了節(jié)能目的。

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〔編輯：劉曉芳〕