PLC和變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用

摘 要 當前我國能源緊缺局勢日漸嚴峻，社會發(fā)展進程中必須采取有效的節(jié)能措施，其中中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造受到社會各界廣泛關(guān)注，并取得了良好的成果。在改造中PLC和變頻器發(fā)揮了重要的作用，使得節(jié)能改造工作得以順利開展。本文結(jié)合具體實例，對中央空調(diào)節(jié)能改造的可行性進行分析，并探究了PLC和變頻器的具體應(yīng)用情況，以期能達到理想的節(jié)能效果。

【關(guān)鍵詞】PLC 變頻器 中央空調(diào) 節(jié)能改造

近年來，我國大型建筑數(shù)量不斷增加，為了調(diào)節(jié)建筑內(nèi)部的溫度，建筑單位通常會在建筑中安裝中央空調(diào)系統(tǒng)。但是中央空調(diào)往往會存在耗電量大等問題，造成不必要的能源浪費。而當前變頻技術(shù)發(fā)展迅速，為中央空調(diào)的節(jié)能改造提供了基礎(chǔ)支持，在改造中可通過PLC和變頻器實現(xiàn)對變水系統(tǒng)的改造，進而結(jié)合溫度模塊、傳感器和轉(zhuǎn)換模塊等器件，打造高效的溫差閉環(huán)控制系統(tǒng)。

1 PLC和變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造中應(yīng)用可行性

本次研究以某綜合性大廈為例，該大廈的一層和二層為餐飲場所，三層以上為辦公場所。大廈的中央空調(diào)為一次泵系統(tǒng)，由三臺水冷冷水機組和三臺冷凍水泵組成，均采用兩備一用模式。其中電機功率為85kW，采用自耦變壓器的啟動方式，并且冷卻水泵和冷凍水泵保持電機全年恒速運行狀態(tài)，進出水的溫差在2.1～2.4℃之間，通過繼電接觸器實現(xiàn)全面控制。并且，該系統(tǒng)按照天氣最熱且室內(nèi)熱負荷最高的情況設(shè)計，在運行中存在能源浪費情況。因此應(yīng)根據(jù)大廈的實際情況，采取有效措施對中央空調(diào)進行節(jié)能改造，在反復(fù)考察分析的基礎(chǔ)上，工作人員選擇通過溫差閉環(huán)自動控制的方法實現(xiàn)節(jié)能改造，在改造中將PLC和變頻器應(yīng)用于冷凍水泵與冷卻水泵之中，以此組成溫差閉環(huán)模塊，系統(tǒng)可根據(jù)負載的變化情況，自行調(diào)整水泵運行頻率，進而達到節(jié)能的效果。在具體設(shè)計中，工作人員充分考慮了中央空調(diào)系統(tǒng)中冷卻水和冷凍水的循環(huán)中用電情況，進而參考系統(tǒng)最大負荷的115%～121%設(shè)置裝機容量的安全標準。

2 變流量溫差和壓差的控制

在冷凍水變流量控制中，主要采取冷凍水壓差控制方法和冷凍水溫差控制方法，并且后者在一次泵定流量系統(tǒng)改造中作用明顯，施工難度較低。改造中，將水泵設(shè)置為主動調(diào)節(jié)狀態(tài)，根據(jù)負荷變化情況調(diào)整供回水的溫差，并且冷凍水泵的轉(zhuǎn)速及流量根據(jù)溫差進行有效調(diào)整。工作人員在供回水的總管上設(shè)置溫度傳感器，并通過PLC獲取回水的溫度，在此基礎(chǔ)上計算出實際運行中出水與回水之間的溫度差，并對比系統(tǒng)設(shè)定的溫度差。如果其中實際溫度差大于設(shè)定的溫度差，則表明室內(nèi)溫度較高，進而應(yīng)加快冷凍泵轉(zhuǎn)動，使得冷凍水循環(huán)加速，最終提升熱交換速度。此外，在冷卻水變流量控制中，主要選擇定溫差控制方法，具有主機性能優(yōu)越的特點，具體控制方法與冷凍水定溫差控制原理類似，其中注意控制進出水溫度即可，控制范圍為5±0.4℃。

3 中央空調(diào)節(jié)能改造具體設(shè)計

3.1 硬件設(shè)計方案

選擇觸摸屏、變頻器和PLC組成控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)中的2臺冷卻泵和2臺冷凍泵進行改造，具體的硬件設(shè)計方案為：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，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個溫度傳感器，收集冷卻水回水與出水溫度信息，進而連接溫度采集模塊，實現(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，運算后結(jié)果在模擬量的輸出模塊FX2N-2DA的作用下實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，以0-10v（DC）的形式對變頻器的頻率進行控制，進而控制水泵的轉(zhuǎn)速。

3.2 控制程序設(shè)計

控制程序主要包括：

（1）D/A轉(zhuǎn)換程序，在系統(tǒng)中，數(shù)模轉(zhuǎn)換中的數(shù)字量主要存儲在寄存器之中，并在FX2N-2DA模塊的作用下可實現(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，進而通過變頻器轉(zhuǎn)速的控制實現(xiàn)對水泵轉(zhuǎn)速的控制；

（2）自動調(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℃，則提升變頻器的運行頻率，每次調(diào)整0.5Hz，當溫差低于5℃或者頻率達到55Hz時，不再調(diào)整變頻器的頻率。同時，如果溫差低于4℃，則變頻器的頻率會呈現(xiàn)下降趨勢，進而導(dǎo)致能耗增加，因此必須以0.5Hz的標準調(diào)整變頻器頻率，當變頻器頻率為45Hz或溫差超過4℃時，方可停止調(diào)整作業(yè)，只要達到上述標準，便可達到最大的節(jié)能效果；

（3）冷卻泵出回水溫差計算程序，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，并單獨設(shè)計出回水溫差的寄存通道。

3.3 控制系統(tǒng)的輸入輸出分配情況

根據(jù)本次系統(tǒng)改造要求，PLC選擇經(jīng)濟中型設(shè)備，并且內(nèi)部具有以太網(wǎng)主站的通訊功能，具備CPU模塊一個，數(shù)字量輸出模塊2個，模擬量輸出模塊2個和脈沖輸入模塊3個。同時該系統(tǒng)中85kW冷凍水泵選擇三菱FR-E740型號的變頻器，而65kW的冷卻水泵配置的變頻器的型號為22C-D105A105。其中冷卻泵中配置的PLC輸入輸出線路中設(shè)計多個參數(shù)，其中以變頻器的參數(shù)為主，主要包括：上限頻率：55Hz，下限頻率：45Hz，加速時間：4s，減速時間：6s，D/A模塊的輸出電壓為0～10v。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著社會發(fā)展和經(jīng)濟進步，大型建筑中中央空調(diào)系統(tǒng)日漸普及，在有效調(diào)節(jié)建筑內(nèi)部溫度的同時，也消耗了大量的能源。因此在中央空調(diào)運行中，工作人員應(yīng)結(jié)合建筑的實際情況，對其進行節(jié)能改造。在改造工程中，多利用PLC和變頻器實現(xiàn)中央空調(diào)的變頻調(diào)速，有效避免了沖擊電流等現(xiàn)象，在節(jié)能方面取得了良好的效果，使得中央空調(diào)系統(tǒng)具備良好的經(jīng)濟效益與社會效益。

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作者簡介

李婧（1971-），女，北京市人。大學(xué)本科學(xué)歷。廣東省江門市新會岡州職業(yè)技術(shù)學(xué)校高中物理一級教師。主要研究方向為電工技術(shù)應(yīng)用。

作者單位

廣東省江門市新會岡州職業(yè)技術(shù)學(xué)校 廣東省江門市 529100