基于PLC控制的中央空調節能改造
1 引言
中央(yang)空(kong)(kong)調系統(tong)是現代(dai)大型建筑(zhu)物不可(ke)缺少(shao)的(de)配套設施之一,電(dian)能的(de)消耗非常(chang)大,約占建筑(zhu)物總電(dian)能消耗的(de)50%。由于中央(yang)空(kong)(kong)調系統(tong)都(dou)是按最大負(fu)(fu)載(zai)(zai)并增加一定余量設計,而(er)實際上(shang)在(zai)一年中,滿負(fu)(fu)載(zai)(zai)下運(yun)行的(de)時候比較(jiao)少(shao),幾(ji)乎絕大部分時間負(fu)(fu)載(zai)(zai)都(dou)在(zai)70%以(yi)下。通常(chang)中央(yang)空(kong)(kong)調系統(tong)中冷(leng)凍(dong)主機(ji)的(de)負(fu)(fu)荷能隨季節(jie)、氣溫變化自(zi)動(dong)調節(jie)負(fu)(fu)載(zai)(zai),而(er)與冷(leng)凍(dong)主機(ji)相匹配的(de)冷(leng)凍(dong)泵(beng)(beng)、冷(leng)卻泵(beng)(beng)卻不能自(zi)動(dong)調節(jie)負(fu)(fu)載(zai)(zai),只要(yao)啟(qi)動(dong)中央(yang)空(kong)(kong)調主機(ji),水泵(beng)(beng)在(zai)工(gong)頻下運(yun)行,也就是一直在(zai)滿負(fu)(fu)荷狀(zhuang)態下工(gong)作,導致電(dian)能的(de)嚴重浪費(fei)。利用變頻調速(su)技術可(ke)大大降(jiang)低(di)(di)水泵(beng)(beng)電(dian)機(ji)運(yun)行頻率,從而(er)降(jiang)低(di)(di)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su),使(shi)循(xun)環水流量恰到好處地根據(ju)空(kong)(kong)調房(fang)間的(de)需要(yao)與制(zhi)冷(leng)量實時匹配,從而(er)輕(qing)而(er)易舉地將部分電(dian)能節(jie)約下來。
2 中央空調的構成及原理
中央空調(diao)系(xi)統(tong)(tong)(tong)主要有制(zhi)冷機(ji)組(zu)、冷凍循環水系(xi)統(tong)(tong)(tong)、冷卻循環水系(xi)統(tong)(tong)(tong)、風(feng)機(ji)盤管(guan)系(xi)統(tong)(tong)(tong)。
2.1 制冷(leng)主機
通(tong)往各個(ge)房(fang)間的循環水(shui)由制冷(leng)(leng)(leng)(leng)機組進行內(nei)部(bu)(bu)熱(re)(re)交換(huan)(huan)提(ti)(ti)供(gong),使冷(leng)(leng)(leng)(leng)凍水(shui)降溫(wen)為5 ℃~7 ℃,并通(tong)過(guo)(guo)冷(leng)(leng)(leng)(leng)凍水(shui)循環系統向各個(ge)房(fang)間提(ti)(ti)供(gong)外部(bu)(bu)熱(re)(re)交換(huan)(huan)源(yuan),內(nei)部(bu)(bu)熱(re)(re)交換(huan)(huan)產生(sheng)的熱(re)(re)量由冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)水(shui)循環系統通(tong)過(guo)(guo)冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)塔向空氣(qi)中排放(fang),制冷(leng)(leng)(leng)(leng)機組也稱為“制冷(leng)(leng)(leng)(leng)源(yuan)”。
2.2 冷凍水(shui)循(xun)環(huan)系統(tong)
由冷凍(dong)(dong)泵與冷凍(dong)(dong)管(guan)道(dao)(dao)組(zu)(zu)成,從制冷機(ji)組(zu)(zu)流出的(de)(de)冷凍(dong)(dong)水由冷凍(dong)(dong)泵加壓送入冷凍(dong)(dong)管(guan)道(dao)(dao),在(zai)各個房(fang)(fang)間內(nei)進行熱交換(huan),帶走房(fang)(fang)間的(de)(de)熱量(liang),使房(fang)(fang)間內(nei)的(de)(de)溫度(du)降低。
2.3 冷(leng)卻水循環系統
由(you)(you)冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻泵、冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻管道(dao)、冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻塔(ta)等組(zu)成。制冷(leng)(leng)(leng)(leng)機組(zu)進(jin)行熱交換,使冷(leng)(leng)(leng)(leng)凍水降溫的(de)同時,必將釋放(fang)大(da)量熱量,該部(bu)分熱量由(you)(you)冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻水吸收,冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻泵將升了溫的(de)冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻水壓(ya)入水塔(ta),使之(zhi)在冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻塔(ta)中與大(da)氣(qi)進(jin)行熱交換,然后將降了溫的(de)冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻水送回到(dao)制冷(leng)(leng)(leng)(leng)機組(zu),如此(ci)反復循環。
2.4 風機盤(pan)管系統
用(yong)于(yu)將由冷凍水(shui)冷卻了(le)的冷空(kong)氣(qi)吹入房間。
3 制冷主機、冷凍泵和冷卻泵的控制系統
3.1 硬件配(pei)置(zhi)及控制(zhi)系統
如(ru)圖1所示,選用奧(ao)越(yue)信200系列PLC作為主(zhu)控單元,OYES主(zhu)機模(mo)塊CPU226C(繼(ji)電(dian)器型(xing)),奧(ao)越(yue)信模(mo)擬量模(mo)塊EM232兩只,人機界面(mian),oyes開關電(dian)源各一只,奧(ao)越(yue)信溫度測量模(mo)塊熱電(dian)阻(zu)模(mo)塊EM231三只。
圖(tu)1硬件配置及系統控制示意圖(tu)
3.2 主機系統控制(zhi)要(yao)求
1)根據當(dang)前出水溫(wen)度及設定值(zhi)對(dui)系統(tong)采(cai)取(qu)加載(zai)、卸載(zai)和保持相應控制(zhi)措施;
2)具有故(gu)(gu)(gu)障檢測與報警功能,能查詢當前故(gu)(gu)(gu)障和歷史故(gu)(gu)(gu)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(bao)護功能(neng)齊全。
3.3 冷凍水系統(tong)控(kong)制
將實(shi)(shi)(shi)際回(hui)水(shui)溫(wen)(wen)(wen)度減(jian)(jian)去實(shi)(shi)(shi)際出水(shui)溫(wen)(wen)(wen)度,并與實(shi)(shi)(shi)際溫(wen)(wen)(wen)差(cha)做比較進行PID控制。冷(leng)(leng)(leng)凍(dong)(dong)水(shui)系統邏輯(ji)控制:PLC主機首先控制冷(leng)(leng)(leng)凍(dong)(dong)水(shui)出水(shui)和回(hui)水(shui)閥門,延時(shi)5秒鐘啟動冷(leng)(leng)(leng)凍(dong)(dong)水(shui)循環泵(beng)(beng),冷(leng)(leng)(leng)凍(dong)(dong)水(shui)泵(beng)(beng)由變頻(pin)器(qi)控制運行(主電路分(fen)開,變頻(pin)器(qi)頻(pin)率(lv)信(xin)號一樣),變頻(pin)器(qi)頻(pin)率(lv)由模擬(ni)量EM232模塊輸(shu)出電流(liu)信(xin)號控制。當(dang)(dang)設(she)定(ding)溫(wen)(wen)(wen)差(cha)大于實(shi)(shi)(shi)際溫(wen)(wen)(wen)差(cha)時(shi),表(biao)明實(shi)(shi)(shi)際供冷(leng)(leng)(leng)量不(bu)足以(yi)滿足空調(diao)房(fang)間需(xu)(xu)(xu)要(yao),需(xu)(xu)(xu)要(yao)增(zeng)加冷(leng)(leng)(leng)量,PLC控制模擬(ni)量輸(shu)出電流(liu)增(zeng)加,從(cong)而(er)提高(gao)冷(leng)(leng)(leng)凍(dong)(dong)泵(beng)(beng)轉(zhuan)速以(yi)使(shi)實(shi)(shi)(shi)際供冷(leng)(leng)(leng)量增(zeng)加,則實(shi)(shi)(shi)際溫(wen)(wen)(wen)差(cha)會逐(zhu)漸(jian)減(jian)(jian)小(xiao)直至(zhi)接近設(she)定(ding)溫(wen)(wen)(wen)差(cha);當(dang)(dang)設(she)定(ding)溫(wen)(wen)(wen)差(cha)小(xiao)于實(shi)(shi)(shi)際溫(wen)(wen)(wen)差(cha)時(shi),表(biao)明實(shi)(shi)(shi)際供冷(leng)(leng)(leng)量有富余超(chao)過空調(diao)房(fang)間的需(xu)(xu)(xu)要(yao),需(xu)(xu)(xu)要(yao)減(jian)(jian)小(xiao)冷(leng)(leng)(leng)量,PLC控制輸(shu)出電流(liu)減(jian)(jian)小(xiao),從(cong)而(er)降低冷(leng)(leng)(leng)凍(dong)(dong)泵(beng)(beng)轉(zhuan)速以(yi)使(shi)實(shi)(shi)(shi)際供冷(leng)(leng)(leng)量減(jian)(jian)小(xiao),則實(shi)(shi)(shi)際溫(wen)(wen)(wen)差(cha)會逐(zhu)漸(jian)減(jian)(jian)小(xiao)直至(zhi)接近設(she)定(ding)溫(wen)(wen)(wen)差(cha)。
3.4 冷卻水(shui)系統控制
冷(leng)卻水(shui)系(xi)統(tong)邏輯控制(zhi)原理同冷(leng)凍水(shui)系(xi)統(tong)控制(zhi)。
3.5 主要功能
1)空調用戶可通過人機(ji)(ji)界面設定制冷(leng)出(chu)水溫度(du),查(cha)看機(ji)(ji)組實際(ji)運行(xing)狀態(tai),包括壓機(ji)(ji)的實際(ji)負荷,空調泵(beng)、冷(leng)卻泵(beng)運行(xing)狀態(tai)等。
2)通(tong)過EM231實時監測實際的(de)蒸發(fa)器出水(shui)(shui)(shui)/進水(shui)(shui)(shui)溫(wen)度(du),冷(leng)凝(ning)器出水(shui)(shui)(shui)/進水(shui)(shui)(shui)溫(wen)度(du),壓機的(de)排(pai)氣(qi)溫(wen)度(du)。
3)程序根據實際(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)出水溫(wen)(wen)度(du)和設(she)定(ding)溫(wen)(wen)度(du),通過比較(jiao)計算決定(ding)主(zhu)機系統在加載(zai)區或(huo)卸(xie)載(zai)區和保持(chi)區。根據冷(leng)凍水出水和回(hui)水溫(wen)(wen)差(cha)實際(ji)(ji)值(zhi)(zhi)和設(she)定(ding)值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)差(cha)值(zhi)(zhi),適(shi)時調節冷(leng)凍泵的(de)(de)(de)(de)速度(du);根據冷(leng)卻水出水和回(hui)水的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)差(cha)值(zhi)(zhi),適(shi)時調節冷(leng)卻泵的(de)(de)(de)(de)速度(du)。
4)保(bao)護功能:程序適時(shi)監測(ce)各保(bao)護點的輸(shu)入狀態(tai),空調泵、冷卻泵的過載保(bao)護和水流開(kai)關異常時(shi),停(ting)止機組(zu)運行。
4 結語
1)CPU224C主機(ji)集成14DI/10DO,并切支(zhi)持擴(kuo)展7個模(mo)塊(kuai);2個RS485通訊接(jie)口,高速的(de)運(yun)算及數據處理能力。
2)對電(dian)機實現(xian)了(le)軟起動(dong)、軟制動(dong),大大降低起動(dong)電(dian)流(liu),避(bi)免對電(dian)機和電(dian)網的沖擊(ji)。
3)具有過(guo)流、過(guo)壓、短路、缺相(xiang)等多(duo)種保護功能,增強對電機及所帶負載(zai)的保護功能。
4)能檢測(ce)負載(zai)輕微(wei)的變(bian)化,并迅(xun)速調(diao)整輸(shu)出功(gong)率(lv),顯示在操作屏上。
5)利用PLC實現各種(zhong)邏輯控(kong)(kong)制(zhi)、變(bian)(bian)頻器起動控(kong)(kong)制(zhi)及手動/自動、工頻/變(bian)(bian)頻轉換和(he)故障(zhang)自動切換等功(gong)能。
6)使室溫維(wei)持恒定,讓人感到舒(shu)適。