電工技師論文45980

精品文庫國家職業(yè)資格全省統(tǒng)一鑒定維修電工技師論文（國家職業(yè)資格二級）論文題目：PLC和變頻器在中央空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能應用姓 名：張華生 身份證號準考證號： 所在省市：廣東省廣州市 所在單位：廣州市微至物業(yè)管理有限公司2017年12月5一、 摘要本文介紹了我公司中央空調(diào)系統(tǒng)原控制方式是傳統(tǒng)的接觸器和繼電器控制，不能跟隨外界的氣候和溫度及負載變化而作出對空調(diào)主機全自動調(diào)節(jié)控制，特別是在部分負荷時固定冷卻水流量或采用截止閥對水流量進行調(diào)節(jié)時將嚴重影響中央空調(diào)系統(tǒng)的運行質(zhì)量及其能源的浪費，后來領導要求對其各個空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)進行改造，本文著重探討運用PLC和變頻技術對中央空調(diào)冷卻水采用變水量節(jié)能控制方案以及利用變頻技術改變水泵電機轉速來調(diào)節(jié)流量和壓力的變化取代閥門控制流量，促進整個中央空調(diào)各個循環(huán)系統(tǒng)的得到優(yōu)化，達到了全自動智能控制中央空調(diào)系統(tǒng)的目的，能取得了良好的效果及經(jīng)濟效益。 二、 關鍵詞PLC、變頻器、中央空調(diào)、系統(tǒng)改造三、 主要內(nèi)容中央空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代社會企業(yè)特別是現(xiàn)代物業(yè)大廈，賓館商場不可缺少的配套設施之一，它能給人們帶來四季如春，溫馨舒適的每一天，它是企業(yè)比較重要的動能設備之一，由于中央空調(diào)功率大，電能消耗非常大，加上設計上存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，使得中央空調(diào)所用電費成為企業(yè)一項巨大的開支，能耗約占企業(yè)動能設備總用電量消耗的40-50%。由于因為季節(jié)和晝夜的變化，賓館酒樓客人入住率的變化及娛樂場所開放時間變化，這樣大廈所需要冷量具有很明顯的需求變化，而傳統(tǒng)中央空調(diào)并不能監(jiān)測環(huán)境的變化而調(diào)節(jié)自身的能耗， 在實際工作中發(fā)現(xiàn)，中央空調(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)中冷水機組在滿負荷情況下運行的時間并不多，而絕大部分時間的負荷都是在55%75%之間運行。通常冷水機組的負荷使用量都是能根據(jù)末端負載的使用量和使用條件對冷水機組進行負載自動調(diào)節(jié)，但在中央空調(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)中與冷水機組配套使用的冷水循環(huán)泵、冷卻循環(huán)泵卻不能自動調(diào)節(jié)其負載，只要中央空調(diào)系統(tǒng)運行，其長期處在100%負載下運行，對中央空調(diào)系統(tǒng)的運行環(huán)境和運行質(zhì)量造成不良影響，同時也造成了能量的極大浪費。隨著PLC、變頻技術的日益成熟，有效利用PLC、變頻器、數(shù)模轉換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等器件的有效結合，可以很好的構成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)水泵的輸出功率和流量，達到既可以自動控制水泵又節(jié)能的目的。四、改造前：廣州市華以泰國際大廈概況廣州市華以泰國際大廈空氣-水系統(tǒng)的中央空調(diào)在2008年安裝投入使用，空調(diào)運行方案采用并聯(lián)供冷模式。華以泰國際大廈是一座三十層綜合大樓，地下室設備層至天面118米，空調(diào)面積大約30000。采用全集中供冷。4.1空調(diào)系統(tǒng)主要設備：（1）螺桿式冷水機組YKEPEPQ65CMG/XD22（1758KW）兩臺, YEWS200SA50DL（695KW）一臺；（2）末端設備336臺盤管風機；冷凍水泵KTZ200-150-320A（45KW）三臺，KTB125-100-320(22KW)二臺（3）冷卻水泵KTB150-125-410A(55KW)三臺，KTB125-100-410A,(37KW)二臺。（4）冷卻塔 KT-300(7.5KW)二臺 KT-150(4KW)一臺，進水壓頭57米）。4.2空調(diào)設備連接方式：（1）冷凍水系統(tǒng)管路冷凍水泵與冷水機組蒸發(fā)器采用壓入式連接，單級泵管路，與冷水機組一一對應配置，具有送回水干管。層間水平管有限流裝置調(diào)節(jié)層間流量。（2）冷卻水系統(tǒng)管路冷卻水泵出口接冷水機組冷凝器進水端，單級泵管路，與冷水機組冷卻塔一一對應配置，具有回水干管。冷卻塔之間設均壓管同一水位運行。4.3中央空調(diào)系統(tǒng)存在的問題中央空調(diào)系統(tǒng)在設計時都是根據(jù)建筑面積、當?shù)貧夂?、最大負載量來設計的，且預留有10%20%左右的設計余量。其中冷水機組是可以根據(jù)負載變化而隨機自動進行加載或減載操作，而冷水泵和冷卻泵卻不能隨著負載變化做出相應的調(diào)節(jié)，這樣冷水泵和冷卻泵系統(tǒng)就跟隨中央空調(diào)系統(tǒng)運行，一直處于大水流量、小溫差、滿負荷運轉的狀態(tài)下運行，造成了水泵做功的極大浪費和電能消耗。而且冷凍水、冷卻泵的啟動方式均為Y啟動，電機的啟動電流為其電機額定電流的34倍，在如此大的電流沖擊下，接觸器的使用壽命縮短，同時啟動時的機械沖擊和停泵時的水錘現(xiàn)象容易對機械部件、軸承、軸封、閥門和管道等造成損壞，從而增加維修工作量和配件費用。由于冷水泵輸送的冷量不能跟隨中央空調(diào)系統(tǒng)負載的變化而改變，其熱力工況的平衡只能由人工去調(diào)整冷水機組的出水溫度，用其大流量來掩蓋其小溫差，這樣不僅浪費大部分能量，同時也惡化了系統(tǒng)的運行環(huán)境和運行質(zhì)量，特別是在環(huán)境溫度偏低時，及一些末端設備溫控出現(xiàn)故障或靈敏度下降時，將會導致末端設備出風溫度不正常，感覺不適，嚴重干擾中央空調(diào)系統(tǒng)的運行質(zhì)量。在水系統(tǒng)方面由于定水量系統(tǒng)控制簡單，但節(jié)能效果差，多用于生產(chǎn)工藝對系統(tǒng)穩(wěn)定運行性要求高的場合；變流量系統(tǒng)節(jié)能性能好，但控制相對復雜，目前空調(diào)系統(tǒng)的負荷變化較大，多采用變流量控制。變速變水量系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術改變水泵轉速而實現(xiàn)水流量調(diào)節(jié)的水系統(tǒng)?？照{(diào)系統(tǒng)在實際使用過程中，滿載運行時間較短，負荷降低時主機能量調(diào)節(jié)自行卸載，若配套的水泵相應流量能隨之減少，水泵能耗就能大幅度降低。采用變頻調(diào)速技術，就能改變水泵轉速能實現(xiàn)水流量自動調(diào)節(jié)，取得節(jié)能的效果。變水量系統(tǒng)特點：保持供水溫度在一定范圍內(nèi)，當負荷變化時改變供水量，適應空調(diào)主機對循環(huán)水量的需要。變頻裝置閉環(huán)控制方式需要供回水溫差進行流量控制，自控系統(tǒng)比定水量控制復雜。變水量管路系統(tǒng)的揚程損耗，有可變揚程損耗和固定揚程損耗兩部分。輸配管網(wǎng)產(chǎn)生的揚程損耗是可變損耗。它隨著末端流量變化而成平方倍變化，因此管路系統(tǒng)總的揚程損耗也是隨流量而變化。通常多泵并聯(lián)運行時，水泵應采用相同型號，變水量運行需同頻控制，以減少對相鄰機組之間的影響。針對原中央空調(diào)系統(tǒng)冷卻水泵定速運行的特點，探討了控制閥門開度、切削葉輪、更換水泵、變頻控制等節(jié)能方式。節(jié)能改造選定在流量與揚程均有富余的冷卻水系統(tǒng)，采用變頻控制方式，由變頻器閉環(huán)控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)冷卻循環(huán)水的流量，在滿足空調(diào)主機系統(tǒng)冷卻需要的前提下，達到節(jié)能的目的。為降低改造成本，在定速變水量控制的基礎上，加入一套變頻控制裝置用閉環(huán)控制方式，在空調(diào)系統(tǒng)供冷的級差之間跟蹤調(diào)節(jié)，變水量控制能覆蓋空調(diào)運行全過程。單臺冷卻水泵節(jié)電率達20%-40%之間。在水泵與冷水機組一一對應配置分級控制的水系統(tǒng)尤為實用。經(jīng)過共同研究與探討后，向領導提出利用變頻器、PLC、數(shù)模轉換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等夠成一個利用溫差來實現(xiàn)對冷水泵、冷卻泵的自動調(diào)速系統(tǒng)，對這兩個循環(huán)系統(tǒng)進行改造，以提高循環(huán)系統(tǒng)的使用功能，也可以降低部分運行成本。在2015年初擇機在停機維護期間對其循環(huán)系統(tǒng)進行改造。五、改造后5.1改造方案：通過變頻器、PLC、數(shù)模轉換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等構成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，根據(jù)負載變化自動調(diào)整循環(huán)泵的運行頻率，可以大大降低因人為因素造成的誤操作。雖然一次投入成本較高，但這種方法在社會上已被廣泛應用，實踐證明是切實可行的方法。在中央空調(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)設計中，冷水泵和冷卻泵的裝機容量是取系統(tǒng)滿負荷再加10%20%的余量設計的。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷水泵和冷卻泵的運行成本占整個空調(diào)系統(tǒng)的10%25%左右，而在冷水機組處于低負荷運行時，其循環(huán)系統(tǒng)的運行成可以想而知就更高了，因此實施對冷水、冷卻循環(huán)系統(tǒng)的能量自動控制是中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造及自動控制的重要部分。5.2方案實施根據(jù)具體情況同時考慮到改造成本的控制，原有的電器元件盡量利用。冷水、冷卻泵都是采取兩用一備的運行方式，因主用泵都處于長期運行狀態(tài)，為了不影響其使用壽命，將備用泵與兩臺主用泵進行輪流切換運行，切換周期為半個月一次，與主機切換時間一致。利用原有電器元件，通過接觸器、按鈕、轉換開關進行相關電氣互鎖，確保每臺水泵只能由一臺變頻器控制運行，避免兩臺變頻器同時控制一臺水泵，造成短路事故，并且每臺變頻器在任何時間只能控制一臺水泵，避免一臺變頻器同時控制兩臺水泵，造成變頻器過載。六、主要設備選型61考慮到設備運行的穩(wěn)定性及性價比，以及水泵電機的匹配，選用了三菱FR-F540-55K-CH變頻器；PLC所需要IO點數(shù)為:輸入24點、輸出14點，考慮輸入輸出需要留一定的備用量，以及系統(tǒng)的可靠性和價格因素后PLC選用三菱FX2N-64MR；溫度傳感器模塊選用：FX2N-4AD-PT，該模塊是溫度傳感器專用的模擬量輸入AD轉換模塊，有4路模擬信號輸入通道（CH1、CH2、CH3、CH4），接收來自冷水泵和冷卻泵進出水溫度傳感輸出的模擬信號，溫度傳感器選用：PT-100 3850RPM電壓型溫度傳感器，其額定溫度輸入范圍是100-6000電壓輸出0-10V，對應的模擬數(shù)字輸出100-6000；模擬量輸出模塊為：FX2N-4DA，是4通道DA轉換模塊，每個通道可以單獨設置電壓或電流輸出，是一種具有高精度的輸出模塊。62改造所需增加的設備：名稱 數(shù)量 型號PLC 1 FX2N-64MR變頻器 4 FR-F540-55K-CH溫度傳感器輸入模塊 1 FX2N-4AD-PT模擬量輸出模塊 1 FX2N-4DA溫度傳感器 4 PT-100 3850RPM轉換開關 2 250V-5A啟動按鈕 18 250V-5A停止按鈕 2 250V-5A七、變頻器系統(tǒng)示意圖：45KW變頻器45KW變頻器DA轉換模塊三菱PLC控制器冷卻進水溫度冷卻出水溫度溫度模數(shù)轉換M4冷水進水溫度冷水出水溫度M3M2M155KW變頻器55KW變頻器冷水泵變頻系統(tǒng) 冷卻泵變頻系統(tǒng)7.1對冷水泵進行變頻改造控制原理:PLC控制器通過溫度模塊及溫度傳感器將冷水機組的回水溫度和出水溫度讀入PLC，并計算出兩者溫度差值，根據(jù)冷水機組的回水與出水溫度差值來控制變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)水泵的出水流量，控制熱交換的速度，溫差大，說明大廈內(nèi)溫度高，系統(tǒng)負荷大，應該提高冷水泵的轉速，加快冷水的循環(huán)速度和流量，加快熱交換速度；反之溫差小，則說明大廈內(nèi)溫度低，系統(tǒng)負荷小，可降低冷水泵的轉速減緩冷水的循環(huán)速度和流量，減緩熱交換的速度以節(jié)約電能。7.2對冷卻泵進行變頻改造由于冷水機組運行時，其冷凝器的熱交換量是由冷卻水循環(huán)帶到冷卻塔散熱降溫，再循環(huán)回到冷凝器進行不斷循環(huán)。冷卻水進水水溫溫差大，說明冷水機組負荷大，需要冷卻帶走的熱量大，應提高冷卻泵的轉速，加大冷卻水的循環(huán)量；溫差小，則說明冷水機組負荷小，需要帶走的熱量小，可降低冷卻泵的轉速，減小冷卻水的循環(huán)量，以節(jié)約電能。73三菱FR-F540-55K-CH變頻器參數(shù)的設定Pr.1600允許所有參數(shù)的讀寫Pr.150.00變頻器上限頻率為50HzPr.230.00變頻器下限頻率為40HzPr.730.0變頻器的加速時間為30秒Pr.830.0變頻器的減速時間為30秒Pr.970.00變頻器的電子熱保護為70APr.5214變頻器PU面板的第三監(jiān)視功能為變頻器輸出功率Pr.604智能模式選擇為節(jié)能模式Pr.730設定端子25間的頻率設定為電壓信號74 IO分配表:X01#冷卻泵報警信號Y2冷卻泵自動調(diào)速信號X11#冷卻泵運行信號Y3冷水泵自動調(diào)速信號X22#冷卻泵報警信號Y4:11#冷卻泵報警信號X32#冷卻泵運行信號Y5:22#冷卻泵報警信號X41#冷水泵報警信號Y6:11#冷水泵報警信號X51#冷水泵運行信號Y7:22#冷水泵報警信號X62#冷水泵報警信號Y10:11#冷卻泵啟動X72#冷水泵運行信號Y11:11#冷卻泵變頻器報警信號復位X10冷卻泵報警復位Y12:22#冷卻泵啟動X11冷水泵報警復位Y13:22#冷卻泵變頻器報警信號復位X12冷卻泵手自動調(diào)速切換Y14:11#冷水泵啟動X13冷水泵手自動調(diào)速切換Y15:11#冷水泵變頻器報警信號復位X14冷卻泵手動頻率上升Y16:22#冷水泵啟動X15冷卻泵手動頻率下降Y17:22#冷水泵變頻器報警信號復位X16冷水泵手動頻率上升X17冷水泵手動頻率下降X201#冷卻泵啟動信號X211#冷卻泵停止信號X222#冷卻泵啟動信號X232#冷卻泵停止信號X241#冷水泵啟動信號X251#冷水泵停止信號X262#冷水泵啟動信號X272#冷水泵停止信號八、改造后調(diào)試81改造設備安裝完畢后，將編好的程序寫入PLC中，設定好變頻器參數(shù)，在設定參數(shù)時要注意PLC與變頻器間的通訊設置，如果沒有設置正確將無法完整正常通訊控制。最后檢查電器部分并按步驟通電調(diào)試。82投入時運行時，在人為減少負荷，冷水泵頻率自動降到30Hz時，冷水機組故障停機，經(jīng)檢查是由于冷水泵水流開關動作引起，造成無水流信號給冷水機組，使機組保護停機，維修水流開關后恢復正常。83當只一臺機組時，冷凍泵運行在35Hz時，（首次設定頻率下限為35Hz）發(fā)現(xiàn)大廈內(nèi)末端設備有不同水流量現(xiàn)象或高或低，不能滿足冷量需求。經(jīng)過現(xiàn)場分析，雖然冷水循環(huán)為垂直及水平同程系統(tǒng)，各負載管道水阻幾乎相等，但由于管道最遠處達150多米，部分管道保溫有破損或保溫效果不佳的地方，冷水沿程的冷量損失較大，最后將冷水管道進行保溫層修補或更換，冷水泵頻率下限調(diào)整至30Hz，經(jīng)幾次調(diào)整后，檢測各點