PLC和變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用

姜富寬

【摘要】隨著科技的發(fā)展進(jìn)步與人民生活水平的不斷提高，中央空調(diào)越來越多的進(jìn)入各類建筑物中，并給人們創(chuàng)造出舒適的環(huán)境，但是它的能耗是一個不容忽視的大問題，所以說，能耗問題已成為影響中央空調(diào)發(fā)展的一個瓶頸。傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)有70%以上的時間都運行在滿負(fù)荷50%以下，各個電機(jī)長期工作在工頻狀態(tài)下，并通過擋板和閥門來調(diào)節(jié)水流量，這樣會加重電能的浪費，也使中央空調(diào)的運行環(huán)境和運行質(zhì)量進(jìn)一步惡化。所以，對中央空調(diào)的節(jié)能改造是當(dāng)前迫切需要解決的問題，較為有效的措施是變頻調(diào)速技術(shù)。本文提出基于PLC和變頻技術(shù)的改造設(shè)計思路，通過節(jié)能分析說明了所提方法的正確性和有效性，降低了能耗，達(dá)到了節(jié)能和環(huán)保的目的。

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

【中圖分類號】TB657.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）09-0244-01

一、中央空調(diào)工作原理

中央空調(diào)系統(tǒng)是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)，其主要由兩個部分組成：水系統(tǒng)部分和空氣處理系統(tǒng)部分。中央空調(diào)水系統(tǒng)是本課題研究的主要對象，水系統(tǒng)主要是由制冷機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔等組成。其中，制冷機(jī)組為中央空調(diào)系統(tǒng)的正常運行提供所需要的冷負(fù)荷，不僅將制造的冷量傳遞給冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，而且把工作過程中釋放的熱量傳遞給冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，是中央空調(diào)系統(tǒng)中最重要的組成部分。冷卻水泵、冷凍水泵以及冷卻塔為中央空調(diào)系統(tǒng)提供水循環(huán)，是進(jìn)行熱交換的載體。冷凍水將制冷機(jī)組制造的冷量帶到風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)中與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換，并將室內(nèi)熱量帶回到制冷機(jī)組中；冷卻水將制冷機(jī)組在工作和熱交換中產(chǎn)生的大量廢熱排放到室外空氣中，經(jīng)過冷卻塔降溫后的冷卻水又流回制冷機(jī)組的冷凝器中進(jìn)行熱交換，如此循環(huán)往復(fù)。中央空調(diào)系統(tǒng)的制冷過程就是不斷地把熱量從室內(nèi)傳遞到室外進(jìn)行熱交換的過程。中央空調(diào)空氣處理系統(tǒng)是空調(diào)系統(tǒng)的末端裝置，通過空氣循環(huán)流動，將空氣中的熱量帶到冷凍水系統(tǒng)中，并提供適量的新風(fēng)保證房間所需的濕度和溫度等。

二、PLC模塊與變頻器的型號選擇

在進(jìn)行變頻器選擇的時候其主要的選擇標(biāo)準(zhǔn)就是工藝要求的適應(yīng)度，而并不是僅僅單一的追求多樣化的性能種類。除此之外，對于電機(jī)負(fù)荷來說，也具有一定的差異性，這樣在選擇變頻器的時候就能夠充分的考慮到電機(jī)負(fù)荷的具體情況，而且對各種類型的機(jī)械運行需求來說，也應(yīng)該得到充分的滿足。在選擇變頻器的過程中，應(yīng)該注重對設(shè)備可靠性的充分考慮，在進(jìn)行機(jī)械配置變頻器生產(chǎn)的時候，最主要的目的是為了促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升，如果穩(wěn)定性較差的話，各種工業(yè)生產(chǎn)的需求都難以得到有效的滿足?？偟膩碚f，在選擇PLC自動控制系統(tǒng)的時候，應(yīng)該綜合考慮到通信聯(lián)網(wǎng)能力、特殊功能模塊、容量、I/O模塊、機(jī)型等各個方面因素，另外在進(jìn)行型號選擇的時候，需要對其線路連接方式、電壓等級、輸入信號類型等各個方面的因素進(jìn)行綜合考慮。

三、中央空調(diào)節(jié)能改造具體設(shè)計

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(jìn)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(hù)，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(jìn)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(jìn)行控制，進(jìn)而控制水泵的轉(zhuǎn)速。

2.控制程序設(shè)計

控制程序主要包括：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(jìn)而通過變頻器轉(zhuǎn)速的控制實現(xiàn)對水泵轉(zhuǎn)速的控制；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(dāng)溫差低于5℃或者頻率達(dá)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(jìn)而導(dǎo)致能耗增加，因此必須以0.5Hz的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整變頻器頻率，當(dāng)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(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)，便可達(dá)到最大的節(jié)能效果；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.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(jì)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。

四、結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前中央空調(diào)系統(tǒng)在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用，采取有效的措施減少中央空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗，對實現(xiàn)建筑的節(jié)能減排具有重要的現(xiàn)實意義。因此，在中央空調(diào)系統(tǒng)運行中，要采取有效的措施降低系統(tǒng)各個組成部分的能耗，同時，相關(guān)管理人員要做好中央空調(diào)系統(tǒng)的運行管理工作，從而降低系統(tǒng)整體的能源消耗，實現(xiàn)建筑節(jié)能減排的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]巫莉.PLC和變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)，2010，12：35-36+38.

[2]陳文璇.PLC和變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2009，02：227-228.

[3]胡曉宇.PLC、變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].電子制作，2008，06：36-39.