全水中央空調系統的節能技術分析與探討

章恩華 沈民峰 章彬彬

摘 要：隨著我國社會經濟不斷發展，煙廠生產環境也在不斷提高，當今全水中央空調（下文簡稱"中央空調"）在煙廠生產中的應用愈加廣泛。煙廠對恒溫恒濕要求高，針對中央空調實際使用情況，本文提出一種中央空調節能系統，采用PLC技術實現自動調控，加強中央空調運行的節能性。

關鍵詞：中央空調；節能技術；變頻器；PLC

引言

PLC控制器中的冷凍水變頻流量控制技術，可以實現空調運行變頻調控，這樣即可對水泵轉速進行調節，加強熱交換速度的的控制，這樣就實現了中央空調系統的恒溫運行，避免在運行中造成過量的消耗。

1、PLC技術以及中央空調

1.1PLC技術概述

PLC（ProgrammableLogicController，PLC）技術也稱之為可編程邏輯控制器，該項技術主要是采用了一類可編程存儲器，應用在內部存儲程序當中，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向生產區域的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。該項技術克服了繼電接觸系統中的機械接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性差等特點，全面發揮樂江微處理器的優勢，特別是在PLC程序編程當中，不需要具備專業的的語言知識，而是采用繼電器梯形圖作為簡單的指令，即可完成系統編程，應用十分便捷。

1.2中央空調節能設計原則

從目前發展現狀來看，中央空調更多是用作于對建筑內空氣的處理和凈化，讓空氣的濕度和溫度達到指定標準，滿足人們的舒適度需求。因此在空調系統運行中，要結合天氣和氣候狀況，對室內空氣的溫度、濕度、流速進行調節，在這些功能實現過程中，要對空氣進行加熱、冷卻、過濾。所以在系統構成當中要對整個冷卻、熱水系統進行調節和控制。

中央空調指令系統提出了對空調溫度、濕度的控制要求后，相關指令會直接傳輸到調節器當中，之后調節器會對設備運行形態進行重新定義，把所得出的比例值傳遞給執行器，在接收到相關指令后，執行器會根據指令標準與要求進行調整，從而對空氣中的各項指標進行調節。在此過程中，中央空調的冷卻機組和加熱機組會一直處在待機狀態，結合件那執行器指令動作對空調運行情況進行調節和調整，從而達到固定標準的目的。

2、基于PLC技術的中央空調節能系統節能設計

2.1硬件設備

基于PLC技術作為構成的中央空調節能系統，可以采用一次泵系統形式，其中包括2臺冷水機組，設置單機制冷量為400USRT，冷凍水泵的電動機功率為300KW和55KW，一個為主機、一個為備用機；采用2臺75KW的冷卻水泵，一個為主機、一個為備用機；3臺冷卻塔，額定功率為5.5KW，額定電流為13A。此節能系統主要是在一臺水泵或電機產生故障時，會立即啟動備用電機，從而保障整個中央空調系統可以正常運行，保證系統運行穩定性，不會影響到空調系統正常工作、生產。

在空氣調節機組中，表面冷卻器不具備加濕功能，為增加空氣的含濕量，以確保規定的相對濕度指標，需要對空氣進行加濕處理。采用各種形式的加濕裝置，構成組合式空氣調節機組的加濕段。本系統采用噴蒸汽加濕，為空調工程中常用的立式干蒸汽加濕器。

2.2中央空調控制系統節能技術與設計方案

（1）中央空調水系統

為了能夠保障空調系統中的循環水流量與負荷波動相互匹配，需要在空調水系統中加入變頻器進行水量控制，這樣即可減少中央空調在實際運行中的耗能。想要加強中央空調控制系統的節能性，需要重點關注冷卻水、凍水泵、冷卻風機的變頻控制，避免電能過量消耗。兩臺冷卻水泵為M1和M2，兩臺冷凍水泵分別為M3和M4，并在其中增設變頻調速器（見圖1）。通常情況下，PLC系統會讓空調控制系統默認為變頻調速形態，運行頻率在40Hz左右（30-50Hz屬合理范圍）。如果本系統在實際運行中部分部件出現了故障情況，在生產區域可以通過啟動原水泵控制回路讓電機轉變成工頻運行形態。本中央空調中的冷卻塔而定功率為5.5KW，功耗相對較低，所以可以不采用變頻控制方案。

（2）循環水泵主電路

在該系統當中，水泵主電路主要是采用了串聯與并聯結合的形式，冷卻泵M1和M2和一臺變頻器F1互聯；并且設置兩個旁路接觸器為KM12和KM22，變頻接觸器為KM11和KM21；冷凍水泵共采用一個變頻器F2，旁路接觸器分別為KM32和KM42，接觸器為KM31和KM41。變頻器和旁路器都通過PLC進行控制。

（3）水系統控制回路

水系統控制回路當中冷卻水和冷凍水采用了溫差控制技術，把兩個水系統的溫差控制在5℃左右（4-6℃范圍內）。PLC系統會通過設置的溫度傳感器與控制模塊，可以檢測冷凍水的出水和回水溫度，并進行檢測，通過得出的水溫檢測信息和溫度變化對變頻器轉速進行自動化調節，并調節冷凍水流量，改變熱交換速率。用傳感器測量供水/回水溫度，采用A/D轉換器將數據傳輸到PLC系統當中進行處理和計算，這樣即可對變頻器速率進行調節，也可以對水泵轉速進行控制，如圖1.

2.3 PLC的控制系統

PLC系統內部結構圖

（1）內部程序

本程序主要是采用了電壓信號變頻器，主要是用作控制水泵轉速和水溫度。采用PID控制算法控制輸出電壓，從而減少電能損耗量。如圖1所示，兩個子程序分別是F1和F2變頻器電壓控制參數，將整個主程序劃分為兩個獨立的子程序，并向控制程序當中輸入PID控制參數，服務器主要采用定時中斷方法，將時間間隔設置成10ms。整個系統程序主要加強空調使用現場各個循環泵的定時程序，控制空調系統中的溫度傳感器和變頻器，工作人員在控制終端中（觸摸屏）按下制定功能按鍵即可實現相關功能。在PLC程序編程當中，需要結合子程序運行要求進行，這樣可以更好的讓主程序調動子程序，從而實現各種控制功能，加強中央空調的節能性。

（2）觸摸屏顯示功能設計

觸摸屏是人機交互中的重要組建，組態軟件可以采用西門子winCC flexible2014，該軟件可以實現自動報警、報警信息記錄、報表打印、生成控制曲線圖等多項功能。如果生產區域在實際應用中有其他需求，可以對整個軟件進行重新設置，滿足生產區域的個性化需求。在觸摸屏設計當中，主要包括的功能模塊有：功能總畫面、系統參數設置、PID參數設置、選擇運行模式、顯示空間溫度、故障報警、一鍵恢復等功能界面。也可以直接操控冷凍水泵和冷卻水泵，可以實現水泵的啟動/停止功能、手動/自動操作模式、加速/減速功能按鍵以及自動控制開關。在數據參數顯示當中，主要有出水、進水溫度數據以及系統運行時間、進/出水溫度差、運行頻率等數據信息。在實際應用中，可以在顯示屏幕上任意切換操縱界面和監督界面。在整個人機交互界面中，除了可以實現組態功能，還能夠控制下位機運行情況，從而實現一體化控制模式。

結束語

針對中央空調在日常應用中能耗較大的問題。通過應用PLC技術進行中央空調系統節能設計，采用一用一備機組設置方法，降低空調內部設備損壞對整個系統造成的影響，加強空調運行調控，保證運行平穩，從而加強節能性，用戶可以在人機交互界面進行參數調整和設置，操作十分方便，值得進一步推廣。