基于ＰＬＣ控制的中央空調節能改造

韓俊青　王洪華

摘要 介紹PLC、變頻器改造中央空調冷凍泵、冷卻泵控制系統的方法。變頻技術應用于中央空調系統，實現中央空調的技術升級，確保設備低耗運行，提高電氣控制系統運行的可靠性。

關鍵詞 PLC 變頻器；中央空調系統；節能改造；溫度控制

中圖分類號：TB657.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-489X（2009）06-0089-02

1 引言

中央空調系統是現代大型建筑物不可缺少的配套設施之一，電能的消耗非常大，約占建筑物總電能消耗的50%。由于中央空調系統都是按最大負載并增加一定余量設計，而實際上在一年中，滿負載下運行的時候比較少，幾乎絕大部分時間負載都在70%以下。通常中央空調系統中冷凍主機的負荷能隨季節、氣溫變化自動調節負載，而與冷凍主機相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動調節負載，只要啟動中央空調主機，水泵在工頻下運行，也就是一直在滿負荷狀態下工作，導致電能的嚴重浪費。利用變頻調速技術可大大降低水泵電機運行頻率，從而降低電機轉速，使循環水流量恰到好處地根據空調房間的需要與制冷量實時匹配，從而輕而易舉地將部分電能節約下來[1]。

2 中央空調的構成及原理

中央空調系統主要有制冷機組、冷凍循環水系統、冷卻循環水系統、風機盤管系統。

2.1 制冷主機通往各個房間的循環水由制冷機組進行內部熱交換提供，使冷凍水降溫為5 ℃～7 ℃，并通過冷凍水循環系統向各個房間提供外部熱交換源，內部熱交換產生的熱量由冷卻水循環系統通過冷卻塔向空氣中排放，制冷機組也稱為“制冷源”。

2.2 冷凍水循環系統由冷凍泵與冷凍管道組成，從制冷機組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍管道，在各個房間內進行熱交換，帶走房間的熱量，使房間內的溫度降低。

2.3 冷卻水循環系統由冷卻泵、冷卻管道、冷卻塔等組成。制冷機組進行熱交換，使冷凍水降溫的同時，必將釋放大量熱量，該部分熱量由冷卻水吸收，冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入水塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換，然后將降了溫的冷卻水送回到制冷機組，如此反復循環。

2.4 風機盤管系統用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣吹入房間。

本文主要講述冷卻水、冷凍水系統的變頻調速技術改造。

3 制冷主機、冷凍泵和冷卻泵的控制系統

3.1 硬件配置及控制系統如圖1所示，選用西門子S7-200PLC作為主控單元，主機模塊CPU226（繼電器型），模擬量模塊EM232兩只，人機界面HITECH PSW6600S-S，開關電源各一只，熱電阻模塊EM231RTD三只[2]。

3.2 主機系統控制要求1）根據當前出水溫度及設定值對系統采取加載、卸載和保持相應控制措施；2）具有故障檢測與報警功能，能查詢當前故障和歷史故障記錄；3）定時控制功能，能自動開關機組；4）系統和壓機的保護功能齊全。

3.3 冷凍水系統控制將實際回水溫度減去實際出水溫度，并與實際溫差做比較進行PID控制。冷凍水系統邏輯控制：PLC主機首先控制冷凍水出水和回水閥門，延時5秒鐘啟動冷凍水循環泵，冷凍水泵由變頻器控制運行（主電路分開，變頻器頻率信號一樣），變頻器頻率由模擬量EM232模塊輸出電流信號控制。當設定溫差大于實際溫差時，表明實際供冷量不足以滿足空調房間需要，需要增加冷量，PLC控制模擬量輸出電流增加，從而提高冷凍泵轉速以使實際供冷量增加，則實際溫差會逐漸減小直至接近設定溫差；當設定溫差小于實際溫差時，表明實際供冷量有富余超過空調房間的需要，需要減小冷量，PLC控制輸出電流減小，從而降低冷凍泵轉速以使實際供冷量減小，則實際溫差會逐漸減小直至接近設定溫差[3]。

3.4 冷卻水系統控制冷卻水系統邏輯控制原理同冷凍水系統控制。

3.5 主要功能

1）空調用戶可通過人機界面設定制冷出水溫度，查看機組實際運行狀態，包括壓機的實際負荷，空調泵、冷卻泵運行狀態等。

2）通過EM231RTD實時監測實際的蒸發器出水/進水溫度，冷凝器出水/進水溫度，壓機的排氣溫度。

3）程序根據實際的出水溫度和設定溫度，通過比較計算決定主機系統在加載區或卸載區和保持區。根據冷凍水出水和回水溫差實際值和設定值的差值，適時調節冷凍泵的速度；根據冷卻水出水和回水的溫度差值，適時調節冷卻泵的速度。

4）保護功能：程序適時監測各保護點的輸入狀態，空調泵、冷卻泵的過載保護和水流開關異常時，停止機組運行。

4 結語

1）新的控制方案已于2006年底在某旅游學院投入使用，通過節能前和節能后的實際消耗電能進行比較，大約節能40%左右，投入運行一年左右即收回成本，達到大幅的節電效果。

2）對電機實現了軟起動、軟制動，大大降低起動電流，避免對電機和電網的沖擊。

3）具有過流、過壓、短路、缺相等多種保護功能，增強對電機及所帶負載的保護功能。

4）能檢測負載輕微的變化，并迅速調整輸出功率，顯示在操作屏上。

5）利用PLC實現各種邏輯控制、變頻器起動控制及手動／自動、工頻／變頻轉換和故障自動切換等功能。

6）使室溫維持恒定，讓人感到舒適。

參考文獻

[1]馮垛生,張淼.變頻器的應用與維護[M].廣州:華南理工大學出版社,2001,9:208-210

[2]李道霖.電氣控制與PLC原理及應用(西門子系列)[M].北京:電子工業出版社,2004,8:73-75

[3]丁莉.變流與調速技術應用[M].北京:化學工業出版社,2006,7:119-124