技师论文

应用于中央空调节能改造中的PLC

摘要：针对大部分中央空调系统由于冷冻泵、冷却泵不能自动调节负载而长期满负荷运转造成能量极大浪费的现象，本文利用变频器、PLC等器件构成温差闭环自动控制系统，此系统通过自动调节水泵的输出流量，提高了冷冻机组的工作效率和系统的自动化水平，既降低了电能消耗又优化了系统的运行环境和运行质量。

关键词：PLC 变频器中央空调节能改造

一、前言

中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。

随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，为中央空调的长期运行达到节能目的提供了可靠的技术条件。

二、问题的提出

1、原系统简介

某中央空调系统的主要设备和控制方式：450吨冷气主机2台，型号为特灵二极式离心机，2台并联运行；冷冻水泵和冷却水泵各有3台，型号均为TS-200-150315，扬程32米，配用功率37 KW，均采用两用一备的方式运行；冷却塔3台，风扇电机5.5KW，并联运行。

2、原系统的运行及存在问题

老式中央空调是用阀门、自动阀调节管路流量，不仅增大了系统节流损失，而且对空调的调节是阶段性的，造成整个空调系统工作在波动状态。另外，由于冷冻泵输送的冷量不能跟随系统实际负荷变化，使其热力工况的平衡只能由人工调整冷冻主机出水温度和大流量小温差来掩盖。这样，不仅浪费能量，也恶化了系统的运行环境、运行质量。

为了解决以上问题，我们打算利用变频器、PLC、数模转换模块、、温度模块、温度传感器等器件的有机结合，构成的温差闭环自动调速系统，自动调节水泵的输出流量，以达到节能的目的。

三、节能改造的可行性分析

改造方案是通过变频器、PLC、数模转换模块、温度模块和温度传感器等构成温差闭环自动控制，根据负载轻重自动调整水泵的运行频率，排除了人为操作错误的因素，同时根据冷却水温度的高低，自动切投冷却塔散热风机，以达到节能效果。以下是分析过程：

1、系统的工作过程

中央空调系统的工作过程是一个不断进行能量转换以及热交换的过程。其理想运行状态是：在冷冻水循环系统中，在冷冻泵的作用下冷冻水流经冷冻主机，在蒸发器进行热交换，吸热降温后被送到终端盘管风机或空调风机，

经表冷器吸收空调室内空气的热量升温后，再由冷冻泵送到主机蒸发器形成闭合循环。在冷却水循环系统中，冷却水在冷却泵的作用下流经冷冻机，在冷凝器吸热升温后被送到冷却塔，经风扇散热后再由冷却泵送到主机，形成循环。在这个过程里，冷冻水、冷却水作为能量传递的载体，从冷冻泵、冷却泵处得到的动能不停地循环在各自的管道系统里，不断地将室内的热量经冷冻机的作用，由冷却塔排除。 用户回水出水出水

冷却水系统

回水冷冻水系统

冷凝器

蒸发器

冷却塔

压力表

手柄式蝶阀温度计水泵

形过滤器防震器

中央空调系统结构图

2、泵的特性分析与节能原理

1）泵的特性分析 泵是一种平方转矩负载，其流量Q 、扬程H 及泵的

轴功率与转速n 的关系如下：

)/(),/(),/(3231212221212121n n T T n n H H n n Q Q N N === （1）

上式表明，泵的流量与其转速成正比，泵的扬程与其转速的平方成正比，泵的轴功率与其转速的立方成正比。当电动机驱动泵时，电动机的轴的功率P （KW ），可按下式计算：

p=ρQh/ηc ηF ×10-2 （2）

式中 P ——电动机的轴功率（KW ）

Q ——流量（m 3/s ）

Ρ——液体的密度（kg/m 3）

ηc ——传动装置效率

ηF ——泵的效率

H ——全扬程（m ）

2）节能分析

如图曲线1是当阀门全部打开时，供水系统的阻力特性；曲线2是额定转速时，泵的扬程特性。这时供水系统的工作点为A 点：流量Q A 、扬程H A 。由前式2可知电动机轴功率与面积OQ A AH A 成正比。若要将流量减少为Q B ，主要的调节方法有两种：

⑴转速不变，将阀关小。这时阻力特性如曲线3所示，工作点移到B 点：流量Q B 、扬程H A 。电动机的轴功率与面积OQ B BH B 成正比。

⑵阀门开度不变，降低转速。这时，扬程特性曲线如曲线4所示，工作移至C 点，流量仍为Q B ，但扬程为H C 。电动机的轴功率与面积QQ B CH C 成正比。

对比这两种方法，可以十分明显看出，采用调节转速的方法调节流量，电动机所用的功率将大为减小，是一种能够显著节能的方法。

3、冷却塔的控制

以前的冷却塔是人为的根据冷却水温度选择冷却塔开启的台数，非常容易造成能源的浪费现象，现在根据冷却水的温度，由温度传感器传送信号至PLC，由PLC经计算后对冷却塔风机依次开启，以28℃为基数，温度每上升2℃，开启两台散热风机，每下降2℃，延时5分钟后停止2台风机，以达到节能效果。

四、节能改造的具体方案

1、主电路的控制设计

根据具体情况，同时考虑到成本控制，原有的电器设备尽可能的利用。冷冻水泵及冷却水泵均采用两用一备的方式运行，因备用泵转换时间与空调主机转换时间一致，均为一个月转换一次，切换频率不高，所以冷冻水泵和冷却水泵电动机的主备切换控制仍然利用原有电气设备，通过接触器、启动按钮、转换开关进行电气和机械互锁。确保每台水泵只能由一台变频器拖动，避免两台变频器同时拖动同一台水泵造成交流短路事故。并且每台变频器同