談PLC與變頻技術(shù)在中央空調(diào)水系統(tǒng)中的節(jié)能改造.doc

談PLC與變頻技術(shù)在中央空調(diào)水系統(tǒng)中的節(jié)能改造摘要：清遠(yuǎn)市某公司的生產(chǎn)車間和辦公室共用一臺(tái)美國(guó)1997年產(chǎn)的麥克維爾PE079離心式中央空調(diào)，其主機(jī)功能完善，但水系統(tǒng)沒(méi)有用變頻技術(shù)控制,而是采用傳統(tǒng)的控制方式,結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅該空調(diào)的用電就達(dá)到全公司用電量的30%以上，成本奇高。為降低成本和減少故障，公司2001年下決心組織相關(guān)工程技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行改造,2003年獲得改造成功。 關(guān)鍵詞：離心式中央空調(diào)PLC變頻技術(shù)改造 一、中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理 中央空調(diào)系統(tǒng)主要由制冷機(jī)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)和散熱水塔組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示： 制冷機(jī)通過(guò)壓縮機(jī)將制冷劑壓縮成液態(tài)后送蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風(fēng)機(jī)中的冷卻盤管中，由風(fēng)機(jī)吹送冷風(fēng)達(dá)到降溫的目的。經(jīng)蒸發(fā)后制冷劑在冷凝器中釋放出熱量，與冷卻循環(huán)水進(jìn)行熱交換，由冷卻水泵將帶來(lái)熱量的冷卻水泵到散熱水塔上由水塔風(fēng)扇對(duì)其進(jìn)行噴淋冷卻，與大氣之間進(jìn)行熱交換，將熱量散發(fā)到大氣中去。 二、該公司中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題 該公司中央空調(diào)水系統(tǒng)的冷水機(jī)的功率是203.6KW，冷卻水泵和冷凍水泵的電機(jī)各是18.5KW，水塔風(fēng)機(jī)是7.5KW。絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)，實(shí)際需要的冷負(fù)荷低于設(shè)計(jì)值，冷凍水泵、冷卻水泵和水塔風(fēng)機(jī)由工頻控制，處于100%的滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，能源浪費(fèi)非常嚴(yán)重。 三、中央空調(diào)水系統(tǒng)改造的原理 冷凍水泵、冷卻水泵和水塔風(fēng)機(jī)都是傳送流體的裝置，這類負(fù)載消耗的能量與流速的立方成正比，推算可得到能量消耗與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，具體的關(guān)系表達(dá)式： 即TL=TO+KTnL2；PL=TLnL/9550；PL=PO+KPnL3。 式中TL水泵和風(fēng)機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩（N）；TO空載轉(zhuǎn)矩（）；KT轉(zhuǎn)矩比例常數(shù)；nL負(fù)載的轉(zhuǎn)速（r/min）；PL負(fù)載功率；PO空載功率或損耗功率（KW）； KP比例常數(shù)。 如果忽略空載功率，當(dāng)頻率為50Hz時(shí)，n=k050轉(zhuǎn)/分，功率PL1=KP(k050)3；當(dāng)頻率為45Hz時(shí)，n=k045轉(zhuǎn)/分，功率PL2=KP(k045)3。 PL2/PL21=KP(k045)3/KP(k050)3100%=72.9%，由此可見(jiàn)，當(dāng)電源頻率從50Hz降為45Hz時(shí)，就可節(jié)約電能達(dá)27.1%。 四、中央空調(diào)水系統(tǒng)改造方法 根據(jù)上面的原理，在原中央空調(diào)水系統(tǒng)中增加PLC控制器、變頻器、壓差控制器、溫差控制器、傳感器等控制冷卻水泵、冷凍水泵、水塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖2所示。 原中央空調(diào)水系統(tǒng)是采用傳統(tǒng)的繼電接觸器控制的星-三角降壓起動(dòng)電路，主電路如圖3所示，控制電路如圖4所示。改造后主電路還保留原來(lái)的星-三角降壓起動(dòng)主電路，并增加了一路變頻器控制電機(jī)，正常情況下是在變頻器控制電機(jī)，在節(jié)能模式下運(yùn)行，當(dāng)變頻器控制電機(jī)這一路有故障時(shí)，可以切回星-三角降壓起動(dòng)運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的安全性。整個(gè)控制功能的實(shí)現(xiàn)以PLC、變頻器和傳感信號(hào)處理器為主。 五、改用PLC控制的I/O分配表如表1所示，I/O接線圖如圖5所示。 表1、PLCI/O分配表 六、水系統(tǒng)PLC控制程序設(shè)計(jì) 1、水系統(tǒng)變頻器或星-三角運(yùn)行選擇。 2、冷凍泵手動(dòng)運(yùn)行控制或主機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制選擇。 3、冷凍泵星三角運(yùn)行。 4、冷凍泵變頻器控制。5、冷卻泵手動(dòng)運(yùn)行控制或主機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制選擇。 6、冷卻泵星-三角運(yùn)行 7、冷卻泵變頻器控制。 8、水塔風(fēng)機(jī)手動(dòng)運(yùn)行控制或主機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制選擇。 9、水塔風(fēng)機(jī)星-三角運(yùn)行 10、水塔風(fēng)機(jī)變頻器控制。 七、變頻器接線及參數(shù)設(shè)定 1、變頻器接線如圖8所示。 2、變頻器參數(shù)設(shè)置： 冷凍水泵電機(jī)變頻器a參數(shù)設(shè)置： Pr.1上限頻率：49.5Hz；Pr.2下限頻率：35Hz；Pr.7加速時(shí)間：6s；Pr.8減速時(shí)間：8s；Pr.14適用負(fù)荷選擇：1；Pr.20加/減速參考頻率：50Hz；Pr.21加/減速時(shí)間單位：0；Pr.60智能模式選擇：4；Pr.71適用電機(jī)：6；Pr.7305V/010V選擇：0；Pr.78逆轉(zhuǎn)防止選擇：1；Pr.79操作模式：2；（在設(shè)置上述參數(shù)前Pr.79先設(shè)置1）；Pr.251輸出欠相保護(hù)選擇：1。 冷卻水泵電機(jī)變頻器b參數(shù)設(shè)置： Pr.1上限頻率：49.5Hz；Pr.2下限頻率：35Hz；Pr.7加速時(shí)間：6s；Pr.8減速時(shí)間：8s；Pr.14適用負(fù)荷選擇：1；Pr.20加/減速參考頻率：50Hz；Pr.21加/減速時(shí)間單位：0；Pr.60智能模式選擇：4；Pr.71適用電機(jī)：6；Pr.7305V/010V選擇：0；Pr.78逆轉(zhuǎn)防止選擇：1；Pr.79操作模式：2；（在設(shè)置上述參數(shù)前Pr.79先設(shè)置1）；Pr.251輸出欠相保護(hù)選擇：1。 水塔風(fēng)機(jī)變頻器c參數(shù)設(shè)置： Pr.1上限頻率：49.5Hz；Pr.2下限頻率：25Hz；Pr.7加速時(shí)間：3s；Pr.8減速時(shí)間：8s；Pr.14適用負(fù)荷選擇：1；Pr.20加/減速參考頻率：50Hz；Pr.21加/減速時(shí)間單位：0；Pr.60智能模式選擇：4；Pr.71適用電機(jī)：6；Pr7305V/010V選擇：0；Pr.78逆轉(zhuǎn)防止選擇：1；Pr.79操作模式：2；（在設(shè)置上述參數(shù)前Pr.79先設(shè)置1）；Pr.251輸出欠相保護(hù)選擇：1。 八、結(jié)束語(yǔ) 筆者與兩名同事有幸參與了該中央空調(diào)水系統(tǒng)的改造,收獲頗豐。此次技術(shù)改造先后共投入6萬(wàn)余元資金，但經(jīng)過(guò)與往年對(duì)比，不足一年即節(jié)約出了成本。由于采取了降速運(yùn)行和軟啟動(dòng)，不僅減少了振動(dòng)、噪音和磨損，延長(zhǎng)了設(shè)備維修周期和使用壽命，提高了設(shè)備的MTBF（平均故障維修時(shí)間）值，而