plc和變頻器在中央空調水系統中的運用

朱靈勇

（海南賽立克藥業有限公司，海南海口571124）

一年中，只有少數天氣極端變化時建筑物自身才對中央空調有最大負荷的需求。而早晚氣溫變化、季節變化等都會影響中央空調冷負荷。中央空調設計上以最大冷負荷為最大功率驅動，將導致冷負荷和最大功率輸出相矛盾，造成資源浪費，電力成本消耗大。為切實穩定中央空調溫度，可采用plc和變頻器實現對中央空調水系統的優化設計，實現自動調節水泵的輸出流量，達到節能目的。

1 中央空調系統問題

一方面，中央空調設計以夏季最大負荷量設計，僅僅留有15%余量，導致中央空調在實際使用中不能長久飽滿負荷運作，雖然制冷機根據負載變化，但冷凍水泵、冷卻水泵不隨負載變化調整，實際工作效率較低［1］。

另一方面，中央空調水泵電動機以Y-△降壓啟動，其電動機實際啟動電流較高，是額定電流4-7倍，在啟動電流沖擊影響下，對應交流接觸器受到嚴重威脅，交流接觸器和電動機自身的實際使用壽命大大下降，還會影響到對應閥門、管道等機械部件的使用壽命［2］。

2 中央空調水系統設計

冷凍水泵、冷卻水泵不隨負載變化，影響中央空調水系統工作效率，進而影響中央空調整體工作效率。通過plc和變頻器對中央空調水系統設計，確保冷凍水泵、冷卻水泵能夠隨空調自身負載變化而變化，合理調整水泵電動機轉速，實現對水泵輸出流量自動化調節，減低中央空調能源消耗，達到節能效果［3］。

2.1 系統設計原理

系統工作原理是以確保冷卻塔有冷卻水輸送前提下，以對變頻器控制，控制其輸出頻率，實現對冷卻水流量控制，實際操作中，發現中央空調冷卻水溫度較低，則可以適當減少冷卻水流量。若發現冷卻水溫度過高，則通過加大冷卻水流量滿足需求。可在冷凍水、冷凍水回水管道處加裝溫度檢測傳感裝置，以溫度傳感裝置對其回水溫度檢測，將檢測信號以變送器、A/D信號轉換反饋給plc系統處理，由plc系統發出指令，通過調整輸出頻率的方式改變冷卻水泵、冷凍水泵實際轉速，最終改變冷卻水、冷凍水溫度。

2.2 變頻控制設計

圖1 中央空調水系統控制原理圖

在中央空調系統水系統設計中，其主要分為冷凍主機、冷凍水循環系統、冷卻水循環系統等，該系統設計中通過現代化智能設誒實現對冷凍水、冷卻水回路控制，減少能源浪費現象。

2.2.1 冷凍水循環控制

冷凍水循環控制由冷凍泵及冷凍水管道兩部分組成，在冷水設別上流出冷凍水，經冷凍水泵加壓后送入冷凍水傳輸管道，冷卻水在管道中工作，通過熱交換帶走房間中熱量，降低房建溫度。對其冷凍水泵的控制處于系統高層，在各層空調機對應的熱負載變動以開關閉水進口閥，實現對室溫的科學調整。受冷凍水流量變化影響，系統高層水壓變化較大，不能確保系統穩定運行。因此，要控制水系統中冷水泵出水閥，確保最高層水壓的穩定性和一致性。傳統系統中控制出水閥門開度一定，但是受壓力變化明顯，將導致壓力損失較大，可能影響空調系統工作效率。可采用轉速控制，確保壓穩定，防止壓力損失較大造成能源浪費。

2.2.2 冷卻水循環控制

冷卻系統主要是冷卻泵、冷卻水管和冷卻塔。冷水機組在熱交換過程中，水溫冷卻，釋放大量熱量。熱量被冷卻水吸收，冷卻水實際溫度升高，升溫后的冷卻水經冷卻泵導入冷卻塔后，冷卻塔內部冷卻水和大氣進行熱交換，之后將降溫后冷卻水重新投入使用，實現溫度減低。冷卻泵以恒溫溫差方式控制，而冷卻塔溫度受周圍環境影響較大，單側水文對冷凍機組產生熱量測量不準確，因此，冷卻水泵以進水、回水溫差為控制依據，以恒溫差實現控制較準確。若溫差大，則表明冷凍機組熱量大，可提高冷卻泵轉速，加快冷卻水循環，滿足需求。

2.3 硬件設計

水系統設計中溫度傳感器設備科采用PT100熱電阻、A/D轉換器、plc、D/A轉換器和變頻器組成。對硬件設備的購置上，盡量選擇例如西門子、丹佛斯等大牌廠家進行購置。變頻器的選擇上，考慮到中央空調冷凍水泵、冷卻水泵等實際功率，選擇合適變頻器容量，確保變頻器額定電流大于電機額定電流，選擇合適型號變頻器。若冷凍水泵、冷卻水泵功率15KW，可選擇VLT2803變頻器（丹佛斯）。Plc機器實際模擬量模塊選擇上，根據空調系統輸出輸入點數需求，選擇合適型號plc（輸入輸出點24DI/16DO，則選擇SIMATIC S7-200 plc，CPU226，CPU內置PID順序程序控制）。

2.4 軟件控制

軟件采用觸摸屏幕控制，以觸摸屏界面實現操作，設計通訊數據，對故障內容及時報警。采用觸摸屏設計可以直觀記錄系統運行中的數據信息變化，可以以時間順序儲存歷史信息，相應操作人員點擊歷史信息即可獲取相應數據信息。

在plc控制程序設計上，將系統初始化調整，設備未工作之前，對系統下各個部分工作環境及工作狀態進行檢查，確認無誤后初始化，調試后使用。

軟件控制上采取plc控制冷凍水泵、冷卻水泵的啟動及停止，冷凍水泵及冷卻水泵、制冷劑主機可實現交互性互鎖。在plc控制變頻器運行，以溫度傳感器、轉換器等形成整個溫差閉環系統，對水泵調速，實現自動化控制。若水泵故障、變頻器故障等，則通過指示燈閃爍報警，通知有關人員系統故障。在對系統調試時，注意變頻器參數設置，系統控制可通過調節變頻器參數實現。若調試中水壓浮動較大，則調節PID指令微分參數，減小數值，直至滿足需求。

3 結束語

綜上所述，對plc和變頻器在中央空調水系統中的運用分析，要分析傳統的中央空調水系統中存在的問題，在了解問題的產生后，以plc和變頻器為支持，實現對中央空調水系統的合理設計，以變頻控制實現對冷凍水循環和冷卻水循環系統的合理設計，在硬件上選擇質量有保障的設備，在軟件上以plc控制整個系統穩定運行，以自動化技術實現對水系統控制，減少不必要的資源浪費，節約大量電能資源。