PLC和变频器在中央空调节能改造中的应用

姜富宽

【摘要】随着科技的发展进步与人民生活水平的不断提高，中央空调越来越多的进入各类建筑物中，并给人们创造出舒适的环境，但是它的能耗是一个不容忽视的大问题，所以说，能耗问题已成为影响中央空调发展的一个瓶颈。传统的中央空调系统有70%以上的时间都运行在满负荷50%以下，各个电机长期工作在工频状态下，并通过挡板和阀门来调节水流量，这样会加重电能的浪费，也使中央空调的运行环境和运行质量进一步恶化。所以，对中央空调的节能改造是当前迫切需要解决的问题，较为有效的措施是变频调速技术。本文提出基于PLC和变频技术的改造设计思路，通过节能分析说明了所提方法的正确性和有效性，降低了能耗，达到了节能和环保的目的。

【关键词】PLC 变频器 中央空调 节能改造

【中图分类号】TB657.2 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）09-0244-01

一、中央空调工作原理

中央空调系统是一个极其复杂的系统，其主要由两个部分组成：水系统部分和空气处理系统部分。中央空调水系统是本课题研究的主要对象，水系统主要是由制冷机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等组成。其中，制冷机组为中央空调系统的正常运行提供所需要的冷负荷，不仅将制造的冷量传递给冷冻水循环系统，而且把工作过程中释放的热量传递给冷却水循环系统，是中央空调系统中最重要的组成部分。冷却水泵、冷凍水泵以及冷却塔为中央空调系统提供水循环，是进行热交换的载体。冷冻水将制冷机组制造的冷量带到风机盘管系统中与室内空气进行热交换，并将室内热量带回到制冷机组中；冷却水将制冷机组在工作和热交换中产生的大量废热排放到室外空气中，经过冷却塔降温后的冷却水又流回制冷机组的冷凝器中进行热交换，如此循环往复。中央空调系统的制冷过程就是不断地把热量从室内传递到室外进行热交换的过程。中央空调空气处理系统是空调系统的末端装置，通过空气循环流动，将空气中的热量带到冷冻水系统中，并提供适量的新风保证房间所需的湿度和温度等。

二、PLC模块与变频器的型号选择

在进行变频器选择的时候其主要的选择标准就是工艺要求的适应度，而并不是仅仅单一的追求多样化的性能种类。除此之外，对于电机负荷来说，也具有一定的差异性，这样在选择变频器的时候就能够充分的考虑到电机负荷的具体情况，而且对各种类型的机械运行需求来说，也应该得到充分的满足。在选择变频器的过程中，应该注重对设备可靠性的充分考虑，在进行机械配置变频器生产的时候，最主要的目的是为了促进生产效率的提升，如果稳定性较差的话，各种工业生产的需求都难以得到有效的满足。总的来说，在选择PLC自动控制系统的时候，应该综合考虑到通信联网能力、特殊功能模块、容量、I/O模块、机型等各个方面因素，另外在进行型号选择的时候，需要对其线路连接方式、电压等级、输入信号类型等各个方面的因素进行综合考虑。

三、中央空调节能改造具体设计

1.硬件设计方案

选择触摸屏、变频器和PLC组成控制系统，对系统中的2台冷却泵和2台冷冻泵进行改造，具体的硬件设计方案为：利用PLC控制系统中冷却泵的变频接触器，并通过控制器-继电系统控制工频接触器，并在两者之间设置电气连锁保护，以此保证改造后系统的稳定性。并且在控制系统中安装2个温度传感器，收集冷却水回水与出水温度信息，进而连接温度采集模块，实现模拟量向数字量的转换，在转换后将数字信息传输给PLC，运算后结果在模拟量的输出模块FX2N-2DA的作用下实现转换，以0-10v（DC）的形式对变频器的频率进行控制，进而控制水泵的转速。

2.控制程序设计

控制程序主要包括：D/A转换程序，在系统中，数模转换中的数字量主要存储在寄存器之中，并在FX2N-2DA模块的作用下可实现数字量向模拟量的转换，变频器接收转换后的变量，进而通过变频器转速的控制实现对水泵转速的控制；自动调速程序，考虑冷却水温度变化较为缓慢的情况，在设计中将温差采集周期设置为4s，如果温差超过5℃，则提升变频器的运行频率，每次调整0.5Hz，当温差低于5℃或者频率达到55Hz时，不再调整变频器的频率。同时，如果温差低于4℃，则变频器的频率会呈现下降趋势，进而导致能耗增加，因此必须以0.5Hz的标准调整变频器频率，当变频器频率为45Hz或温差超过4℃时，方可停止调整作业，只要达到上述标准，便可达到最大的节能效果；冷却泵出回水温差计算程序，在改造中设置两条通道，一条为冷却水回水温度，另一条为冷却水出水温度，并单独设计出回水温差的寄存通道。

3.控制系统的输入输出分配情况

根据本次系统改造要求，PLC选择经济中型设备，并且内部具有以太网主站的通讯功能，具备CPU模块一个，数字量输出模块2个，模拟量输出模块2个和脉冲输入模块3个。同时该系统中85kW冷冻水泵选择三菱FR-E740型号的变频器，而65kW的冷却水泵配置的变频器的型号为22C-D105A105。其中冷却泵中配置的PLC输入输出线路中设计多个参数，其中以变频器的参数为主，主要包括：上限频率：55Hz，下限频率：45Hz，加速时间：4s，减速时间：6s，D/A模块的输出电压为0～10v。

四、结束语

综上所述，当前中央空调系统在建筑工程中得到了广泛的应用，采取有效的措施减少中央空调系统的能源消耗，对实现建筑的节能减排具有重要的现实意义。因此，在中央空调系统运行中，要采取有效的措施降低系统各个组成部分的能耗，同时，相关管理人员要做好中央空调系统的运行管理工作，从而降低系统整体的能源消耗，实现建筑节能减排的目标。

参考文献：

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