PLC與變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造技術(shù)中

攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要緒論我國是一個人均能源相對貧乏的國家，人均能源占有量不足世界水平的一半，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國已成為世界第二耗能大國，但能源使用效率普通偏低,造成電能浪費現(xiàn)象十分嚴(yán)重。盡管我國電網(wǎng)總裝機容量和發(fā)電量快速擴容，但仍趕不上用電量增加的速度，供電形勢嚴(yán)峻，節(jié)能節(jié)電已迫在眉睫。中央空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代大型樓宇建筑物中最大的耗電設(shè)備，每年的電費中空調(diào)耗電占60%左右，故對其進行節(jié)能改造具有重要意義。由于設(shè)計時，中央空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣最熱、負(fù)荷最大的情況進行設(shè)計，并且要留10%~20%設(shè)計裕量，然而實際上絕大部分時間空調(diào)是不會運行在滿負(fù)荷狀態(tài)下，故存在較大的富余，所以節(jié)能的潛力就較大。隨著變頻技術(shù)的日益成熟，把PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換和溫度模塊、變頻器、溫度傳感器等有機結(jié)合起來，共同構(gòu)成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)來自動調(diào)節(jié)水泵的輸出量，為達到節(jié)能目的提供了可靠的技術(shù)條件。本文分為七個模塊：問題的提出及節(jié)能改造可行性分析、節(jié)能改造的具體方案、變頻器和PLC結(jié)合節(jié)能技術(shù)框圖及改造原理分析、變頻器的選型、PLC硬件與軟件設(shè)計、設(shè)備調(diào)試及可能遇到的問題、結(jié)論。其中難點是節(jié)能改造的具體方案、變頻器和PLC結(jié)合節(jié)能技術(shù)框圖及改造原理分析、PLC硬件和軟件設(shè)計和設(shè)備調(diào)試及可能遇到的問題和解決辦法。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)2問題的提出及節(jié)能改造可行性分析問題的提出及節(jié)能改造可行性分析原系統(tǒng)簡介及存在問題某商務(wù)酒店是一間四星級酒店。因酒店是一個比較特殊的場所，對客人的舒適度要求比較高，且酒店大部分空間都是全封密的，所以無論是冬天還是夏天，無論是節(jié)日還是假日，一年365天都必須供應(yīng)冷氣。由于中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時必須按天氣最熱、負(fù)荷最大時設(shè)計，且留有10%-20%左右的設(shè)計余量。其中可以根據(jù)冷凍主機負(fù)載變化隨之選擇加載或減載，但是，冷卻水泵和冷凍水泵不能隨負(fù)載變化作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，所以很大的電能被浪費。水泵系統(tǒng)的的壓差與流量是靠旁通和閥門調(diào)節(jié)來完成，因此，較大截流損失和高壓力、低溫差、大流量的現(xiàn)象存在是不可避免地，不僅浪費大量電能，而且還致使中央空調(diào)末端達不到合理效果。解決這些問題就需要使水泵隨著負(fù)載的變化調(diào)節(jié)水流量并關(guān)閉旁通。此商務(wù)酒店的中央空調(diào)系統(tǒng)改造前的主要設(shè)備和控制方式：450冷噸冷氣主機2臺，型號為特靈二極式離心機，平時一備一用,高峰時兩臺并聯(lián)運行；冷凍水泵和冷卻水泵各有3臺，型號均為TS-200-150315，揚程32米，配用功率37KW。均采用兩用一備的方式運行。冷卻塔3臺，風(fēng)扇電機7.5KW，并聯(lián)運行。節(jié)能改造的可行性分析改造方案主要有：方案一：通過關(guān)小水閥門來控制流量經(jīng)測試達不到節(jié)能效果，且控制不好會引起冷凍水未端壓力偏低，造成高層用戶溫度過高，也常引起冷卻水流量偏小，造成冷卻水散熱不夠，溫度偏高。方案二：根據(jù)制冷主機負(fù)載較輕時實行間歇停機經(jīng)測試再次起動主機時，主機負(fù)荷較大，實際上并不省電，且易造成空調(diào)時冷時熱，令人產(chǎn)生不適感。方案三：采用人工根據(jù)負(fù)荷輕重調(diào)整變頻器的頻率這種方法人為因素較大，雖然投資較小，但達不到最大節(jié)能效果。方案四：把PLC、變頻器、溫度傳感器、溫度模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊等有機結(jié)合構(gòu)成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)水泵的運行頻率是根據(jù)負(fù)載輕重自動來調(diào)整的，人為操作錯誤的因素被排除了。雖然這種方案一次投入成本昂貴，但從長遠利益考慮是可行的，而且它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會，已經(jīng)證實是一種可行的高效節(jié)能方法。經(jīng)過四種方案的可行性分析，方案四對該商務(wù)酒店的冷凍、冷卻泵進行節(jié)能改造是可行的也是最合適的。中央空調(diào)的組成及工作原理中央空調(diào)主要由冷凍主機、冷卻水塔、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻風(fēng)機等部分組成，其系統(tǒng)組成框圖如圖2.1。圖2.1中央空調(diào)系統(tǒng)組成方框圖（1）冷凍主機冷凍主機也稱為制冷裝置，是中央空調(diào)的制冷源，通往各個房間的循環(huán)水由冷凍主機進行“內(nèi)部熱交換”，降溫為“冷凍水”。（2）冷卻水塔冷凍主機在制冷過程中必然會釋放熱量，使機組發(fā)熱。冷卻塔的作用是為冷凍主機提供“冷卻水”。冷卻水盤旋流過冷凍主機后，把所產(chǎn)生的熱量從冷凍主機帶走，這樣就使冷凍主機溫度降低。（3）冷凍水循環(huán)系統(tǒng)冷凍泵和冷凍水管組成冷凍水循環(huán)系統(tǒng)。冷凍泵加壓把從冷凍主機流出的冷凍水注入冷凍水管道，冷凍水流經(jīng)房間內(nèi)所有盤管，吸收房間內(nèi)熱量，降低溫度。同時，冷凍水吸收了房間內(nèi)的熱量，進而冷凍水溫度升高。溫度升高了的冷凍水經(jīng)冷凍主機后又成為冷凍水，如此循環(huán)往復(fù)。這里，冷凍主機是冷凍水的“源”；從冷凍主機流出的水稱為“出水”；“回水”則是經(jīng)各樓層房間后流回冷凍主機的水。（4）冷卻水循環(huán)系統(tǒng)由冷卻塔、冷卻泵及冷卻水管道組成。冷卻水在吸收冷凍主機釋放的熱量后，必將使自身的溫度升高。冷卻水升溫后被冷卻泵將壓入冷卻塔，在冷卻塔中使之與空氣進行熱交換，然后降溫的冷卻水又被送回冷凍機組。這樣不斷循環(huán)來降低冷凍主機釋放的熱量。冷凍主機是冷卻水的冷卻對象，是“負(fù)載”，則“進水”是流進冷凍主機的冷卻水；“回水”是從冷凍主機流回冷卻塔的冷卻水。回水的溫度高于進水的溫度，形成溫差。（5）冷卻風(fēng)機有兩種不同用途的冷卻風(fēng)機：1）每個需要降溫的空調(diào)房間內(nèi)都安裝了盤管風(fēng)機，熱空氣由冷凍水盤管冷卻了經(jīng)由它吹入每個房間，使空調(diào)房間內(nèi)的熱量交換速度加快。2）冷卻塔風(fēng)機的作用是降低塔中水的溫度，使“回水”中的熱量加速散發(fā)到室外去?？梢钥闯?，中央空調(diào)系統(tǒng)工作過程是不斷地進行熱量轉(zhuǎn)換。在這里，能量的主要傳遞者是冷卻水和冷凍水循環(huán)系統(tǒng)。因此，中央空調(diào)控制系統(tǒng)的重要組成部便是分對冷卻水和冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制。兩個循環(huán)水系統(tǒng)的控制方法基本相同。泵的特性分析與節(jié)能原理一般水泵采用的是Y-Δ啟動方式，電動機的啟動電流均為其額定電流的3~4倍，一臺110KW的電動機其啟動電流將達到600A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電動機的使用壽命大大下降，同時，啟動時的機械沖擊和停泵時水錘現(xiàn)象，容易對機械零件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費用。泵是一種平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，泵的轉(zhuǎn)速與流量其成正比（2.1）泵的轉(zhuǎn)速的平方與其揚程成正比（2.2）泵的轉(zhuǎn)速的立方與其軸功率成正比（2.3）式中—改變后的流量；—改變前的流量；—改變后的轉(zhuǎn)速；—改變前的轉(zhuǎn)速；—改變后的揚程；—改變前的揚程；—改變后的功率；—改變前的功率。以上式表明，當(dāng)泵被電動機驅(qū)動時，可得出電動機軸功率P(KW)：（2.4）式（2.4）中：P—電動機軸功率（KW）；Q—液體流量（）；—密度（）；—傳動的效率；—泵效率；H—全揚程（m）。根據(jù)式（2.4）得出流量調(diào)節(jié)方法如圖2.2，當(dāng)閥門被全部打開，供水系統(tǒng)阻力特性則是曲線1；當(dāng)額定電動機轉(zhuǎn)速時，則泵揚程特性是曲線2。這時A點為供水系統(tǒng)工作點：流量QA，揚程HA；由（2.2）式可知面積OHAAQA與電動機軸功率成正比。如果要把流量減少成QB，主要有兩種調(diào)節(jié)方式：（1）轉(zhuǎn)速不變，關(guān)小閥門，這時如阻力特性（曲線3）所示，B點為工作點：流量QB，揚程HB，面積OHBBQB與電動機軸功率成正比。（2）降低轉(zhuǎn)速，不改變閥門開度，這時如揚程特性曲線（曲線4）所示，C點為工作點：流量還是QB，但揚程為HC，面積OHCCQB與電動機軸功率成正比。對比上面兩種方式，采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法調(diào)節(jié)流量是顯而易見的，這將大為減小電動機所用的功率，這種方法能夠顯著節(jié)約能源。由異步電動機原理可知(2.5)式（2.5）中：s—轉(zhuǎn)差率；p—電機磁極對數(shù)；f—頻率；n—轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。由式（2.5）可見，有3種方法調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，改變轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù)以及頻率。對比這三種調(diào)速方法，其中變頻調(diào)速性能最好，大范圍調(diào)速，高效率運行，靜態(tài)穩(wěn)定性好。因此最方便有效的方法是改變頻率而改變轉(zhuǎn)速。根據(jù)以上分析,結(jié)合酒店中央空調(diào)的運行特征，利用變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度模塊和溫度傳感器等組成溫差閉環(huán)自動控制，對中央空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)進行節(jié)能改造是切實可行，較完善的高效節(jié)能方案。圖2.2流量調(diào)節(jié)攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)3節(jié)能改造的具體方案節(jié)能改造的具體方案改造需增加的設(shè)備及選型考慮到設(shè)備的運行穩(wěn)定性及性價比，以及水泵電機的匹配。選用三菱FR-F540-37K-CH變頻器；PLC所需I/O點數(shù)為：輸入24點、輸出14點，考慮到輸入輸出需留一定的備用量，以及系統(tǒng)的可靠性和價格因素，選用FX2N-64MR三菱PLC；溫度傳感器模塊FX2N-4AD-PT，該模塊是溫度傳感器專用的模擬量輸入A/D轉(zhuǎn)換模塊，有4路模擬信號輸入通道（CH1、CH2、CH3、CH4），接收冷凍水泵和冷卻水泵進出水溫度傳感器輸出的模擬量信號；溫度傳感器選用PT-1003850RPM/℃電壓型溫度傳感器，其額定溫度輸入范圍-100℃—600℃，電壓輸出0—10V，對應(yīng)的模擬數(shù)字輸出-1000—6000；模擬量輸出模塊型號為FX2N-4DA，是4通道D/A轉(zhuǎn)換模塊，每個通道可單獨設(shè)置電壓或電流輸出，是一種具有高精確度的輸出模塊。綜合以上要求確定設(shè)備清單如表3.1。表3.1改造需增加的設(shè)備及型號名稱數(shù)量型號PLC1FX2N-64MR變頻器4FR-F540-37K-CH溫度傳感器輸入模塊1FX2N-4AD-PT溫度傳感器4PT-1003850RPM/℃模擬量輸出模塊1FX2N-4DA轉(zhuǎn)換開關(guān)2250V/5A啟動按鈕18250V/5A停止按鈕2250V/5A變頻器的控制方式由于中央空調(diào)系統(tǒng)通常分為冷凍水和冷卻水兩個循環(huán)系統(tǒng)，可分別對水泵系統(tǒng)系統(tǒng)采用變頻器進行節(jié)能改造。變頻器的啟停及頻率自動調(diào)節(jié)由PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器、溫度模塊進行溫差閉環(huán)控制，手動/自動切換和手動頻率上升、下降由PLC控制。（1）冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)控制原理如圖3.1所示。通過溫度傳感器，把冷凍機的出水溫度和回水溫度送入溫差控制模塊，就可以得到溫差值，然后溫差值被溫度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換成控制信號傳并送到PLC，變頻器的輸出頻率由PLC來控制，從而控制冷凍泵轉(zhuǎn)速，進而控制“出水”的流量，達到調(diào)節(jié)熱量交換速度的效果。溫差小，則說明空調(diào)室內(nèi)溫度很低，系統(tǒng)所承載負(fù)荷就小，應(yīng)減緩冷凍泵電機的轉(zhuǎn)速，降低冷凍水的流量和循環(huán)速度，這樣熱量交換速度就減緩了；反之，溫差大，說明空調(diào)室內(nèi)溫度很高，系統(tǒng)所承載的負(fù)荷就大，則加快冷凍泵電機的轉(zhuǎn)速，提高冷凍水的流量和循環(huán)速度，這樣熱量交換的速度就加快了，達到了節(jié)約電能的目的。制冷模式下冷凍水泵系統(tǒng)冷凍回水溫度大于設(shè)定溫度時頻率應(yīng)上調(diào)；但在制熱模式下，它與制冷模式有些不同，冷凍回水溫度小于設(shè)定溫度時頻率應(yīng)上調(diào)，當(dāng)溫度傳感器檢測到的冷凍水回水溫度越高，變頻器的輸出頻率越低。圖3.1冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)控制原理（2）冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)控制原理如圖3.2所示。當(dāng)冷凍機組運行時，冷凝器的熱交換是由冷卻水流到冷卻塔達到散熱降溫目的，冷卻泵再將冷卻水送到冷凝器進行不斷循環(huán)。當(dāng)進水、出水溫差較大時，冷凍機機組所承載負(fù)荷大，則應(yīng)提高冷卻水泵電機的轉(zhuǎn)速，使冷卻水的循環(huán)流量加大；溫差小，冷凍機組所承載負(fù)荷小，則該降低冷卻泵電機的轉(zhuǎn)速，使冷卻水的循環(huán)流量減少，達到節(jié)約電能的目的。圖3.2冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)控制原理主要控制電路設(shè)計根據(jù)具體的實際情況，同時考慮到經(jīng)濟成本控制，原有的電器設(shè)備盡可能的利用。所以確定了PLC與變頻器結(jié)合控制電路見圖3.3三菱FR-F540-37K-CH變頻器構(gòu)成的冷凍水循環(huán)系統(tǒng)變頻調(diào)速控制電路如圖3.4，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)變頻調(diào)速控制電路如圖3.5。圖3.4和圖3.5中均有有3臺水泵、、，每次只運行兩臺，一臺備用，10天輪換一次。3臺水泵的切換方式如下：1）先啟動1號水泵（M1）拖動，實行恒溫度（差）控制。2）當(dāng)1號水泵工作頻率達到50HZ時，馬上將它切換到工頻電源；同時將給定變頻器頻率迅速降至0HZ，使變頻器與2號水泵（M2拖動）相接，并且啟動，進行恒溫（差）控制。3）當(dāng)2號水泵工作頻率也達到50HZ時，馬上也將它切換到工頻電源；同時將給定變頻器的頻率迅速降至0HZ，進行恒溫（差）控制。當(dāng)冷卻或冷凍進（回）水溫差超出上限溫度時，1號水泵工頻全速運行，2號水泵切換到變頻狀態(tài)高速運行，冷卻或冷凍進（回）水溫差小于下限溫度時，斷開1號水泵，使2號水泵變頻低速運行。4）若有一臺水泵出現(xiàn)故障，則3號水泵（M3拖動）立即投入使用。圖3.3PLC與變頻器連接控制電路圖3.4冷凍水循環(huán)系統(tǒng)變頻調(diào)速控制電路圖3.5冷卻水循環(huán)系統(tǒng)變頻調(diào)速控制電路攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)4變頻節(jié)能技術(shù)框圖及改造原理分析變頻節(jié)能技術(shù)框圖及改造原理分析變頻器就是利用電力半導(dǎo)體器件的通、斷作用將固定頻率、電壓的交流電變換為頻率、電壓都連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置。隨著微電子技術(shù)，電力電子技術(shù)，全數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的應(yīng)用越來越廣泛。變頻器能均勻的改變電源的頻率，進而使交流電動機的轉(zhuǎn)速平滑的改變，并且變頻器又有調(diào)頻調(diào)壓功能，因此在各種異步電動機調(diào)速系統(tǒng)中性能最好，效率最高。變頻器分為間接變頻和直接變頻，變頻水泵采用間接變頻方式。間接變頻裝置的特點是將工頻交流電源通過整流器變成直流，再經(jīng)過逆變器將直流變成頻率可控的交流電。變頻器用軟啟動方式降低了啟動時電流對供電設(shè)備的沖擊，減少了振動及噪音。圖4.1為變頻節(jié)能系統(tǒng)示意圖圖4.1變頻節(jié)能示意圖對冷凍泵進行變頻改造PLC控制器通過溫度傳感器及溫度模塊把冷凍機的出水溫度和回水溫度讀入控制器內(nèi)存，并得到溫差值；然后根據(jù)冷凍機的出水與回水的溫差值來改變變頻器的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)冷卻出水的流量，達到控制熱交換的速度的目的；進出水溫差大，室內(nèi)溫度高系統(tǒng)所承載負(fù)荷大，則該提高冷凍泵電機的轉(zhuǎn)速，使冷凍水的流量和循環(huán)速度加快，熱交換的速度也相應(yīng)加快；反之進出水溫差小，室內(nèi)溫度底系統(tǒng)所承載負(fù)荷小，則該降低冷凍泵電機的轉(zhuǎn)速，使冷凍水的流量、循環(huán)速度和熱交換速度減緩，從而節(jié)約電能。對冷卻泵進行變頻改造當(dāng)冷凍機組運行時，冷凝器的熱交換是由冷卻水流到冷卻塔達到散熱降溫目的，冷卻泵再將冷卻水送到冷凝器進行不斷循環(huán)。當(dāng)進水、出水溫差較大時，冷凍機機組所承載負(fù)荷大，則應(yīng)提高冷卻水泵電機的轉(zhuǎn)速，使冷卻水的循環(huán)流量加大；溫差小，冷凍機組所承載負(fù)荷小，則該降低冷卻泵電機的轉(zhuǎn)速，使冷卻水的循環(huán)流量減少，達到節(jié)約電能的目的。三菱FR-F540-37K-CH變頻器主要參數(shù)的設(shè)定Pr.160:0允許所有參數(shù)的讀/寫Pr.1:50.00變頻器的上限頻率為50HzPr.2:30.00變頻器的下限頻率為30HzPr.7:30.0變頻器的加速時間為30sPr.8:30.0變頻器的減速時間為30sPr.9:65.00變頻器的電子熱保護為65APr.52:14變頻器DU面板的第三監(jiān)視功能為變頻器的輸出功率Pr.60:4智能模式選擇為節(jié)能模塊Pr.73:0設(shè)定端子2－5間的頻率設(shè)定為電壓信號0～10VPr.79:2變頻器的操作模式為外部運行攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)5變頻器的選型變頻器的選型交流變頻器是微計算機及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。微計算機是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。大家都知道，不變的是從發(fā)電廠送出來的交流電頻率，在我們國內(nèi)是50Hz/s。而異步電動機的轉(zhuǎn)速為：式中—異步電機的轉(zhuǎn)差率，，一般小于3%。而AC電動機同步轉(zhuǎn)速為：式中—同步轉(zhuǎn)速，r/min；—定子頻率，Hz；—電機磁極對數(shù)。均與送入電機的電流頻率/成正比例或接近于正比例。改變頻率可以方便地改變電機的運行速度，也就是說變頻對于交流電機的調(diào)運來說是十分合適的。變頻器的基本結(jié)構(gòu)從頻率變換的形式來說．變頻器的兩種形式為交-交和交-直-交。能將工頻交流電直接變換成電壓、頻率都可控的交流電是交-交變頻器，又叫直接式變頻器。而先把工頻交流電通過整流變成直流電則是交-直-交變頻器。然后再把直流電變換成電壓、頻率都可控的交流電．又稱間接式變頻器。市售通用變頻器多是交-直-交變頻器，其基本結(jié)構(gòu)圖如圖5.1所示：圖5.1交-直-交變頻器的基本結(jié)構(gòu)圖5.1交-直-交變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻器由主回路，包括逆變器、整流器、控制回路和中間直流環(huán)節(jié)組成，現(xiàn)將各部分的功能分述如下：(1)整流器。整流器是電網(wǎng)側(cè)的變流器，其作用就是把三相(單相也可以)交流電整流成直流。(2)直流中間電路。直流中間電路的作用是對整流電路的輸出進行平滑，以保證逆變電路及控制電源得到質(zhì)量較高的直流電源。因為逆變器負(fù)載很多是異步電動機，是感性負(fù)載。無論電動機處于發(fā)電或電動制動狀態(tài)，它的功率因數(shù)總不可能是1。所以，在電動機和中間直流環(huán)節(jié)之間一定會交換無功功率。(3)逆變器。負(fù)載側(cè)的變流器為逆變器。在控制電路的控制下把直流平滑輸出電路的直流電源轉(zhuǎn)換為電壓及頻率都能任意調(diào)節(jié)的交流電源是靠逆變器完成的。(4)控制電路。由主控制電路、門極驅(qū)動電路、保護電路、信號檢測電路及外部接口電路等組成變頻器的控制電路。整流器的電壓控制及完成各種保護功能和逆變器的開關(guān)控制都由它來完成。變頻器的核心是控制電路．變頻搏的性能由其性能的優(yōu)劣來決定。一般三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成．直流中間電路的儲能元件在整電路是電壓源時是大容量的電解電容，在整流電路是電流源時是大容量的電感。為了電動機制動的需要，中間電路中有時還包括制動電阻及一些輔助電路。逆變電路最常見的結(jié)構(gòu)形式是利用6個半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成的三橋式逆變電路。有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流輸出?，F(xiàn)代變頻器控制電路的核心器件是微型計算機，全數(shù)字化控制為變頻器的優(yōu)良性能提供了硬件保障。圖5.2和圖5.3為變頻器主電路基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖5.2電壓型變頻器圖5.3電流型變頻器變頻器的分類及工作原理變頻器的較詳細(xì)的工作原理還與變頻器的工作方式有關(guān)，通用變頻器按工作方式分類如下：（1）控制。頻率與電壓變化成比例的控制是控制。由于電動機是通用變頻器的主要負(fù)載，要考慮恒定的電動機磁場，電壓調(diào)節(jié)的同時都要伴隨著變頻。忽略了電動機漏阻抗的作用就導(dǎo)致控制在低頻段工作特性不理想。因而實際變頻器中采用控制，普通功能變頻器才采用控制方式。（2）轉(zhuǎn)差頻率控制。在控制上加上轉(zhuǎn)差控制就是轉(zhuǎn)差頻率控制。在電動機轉(zhuǎn)速看來，此控制方式以電動機運行速度加上電動機的轉(zhuǎn)差頻率來確定變頻器的輸出頻率。更特別的是，當(dāng)=常數(shù)時，對電機轉(zhuǎn)矩的控制可以通過對轉(zhuǎn)差率的控制來實現(xiàn)。（3）矢量控制。此控制是由直流電動機（調(diào)試性能優(yōu)良）轉(zhuǎn)矩電流及磁場電流可分別控制而得到設(shè)計方式。此控制用矢量分解法將交流電動機的定子電流分解，得到電流的轉(zhuǎn)矩分量及磁場分量，提高變頻器對交流電動機力矩和轉(zhuǎn)速控制的性能和精度就是利用分別控制它們來實現(xiàn)的。各類變頻器對負(fù)載的適應(yīng)性則是通用變頻器按照其工作方式分類的主要工程意義。普通功能型變頻器適用于泵類負(fù)載及要求不高的反抗性負(fù)載，而高功能變頻器可適用于位能性負(fù)載。變頻器的選型三菱FR-F540-37K-CH變頻器是新一代通用型變頻器/風(fēng)機、水泵專用型變頻器系列產(chǎn)品，最大化的滿足了客戶的需求，并順應(yīng)了國際變頻器行業(yè)的發(fā)展趨勢。FR-F540系列產(chǎn)品，在FR-F540系列產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，取其精華，改其不足。性能特點：（1）外觀設(shè)計風(fēng)格：新穎且簡潔，大氣而莊重；（2）徹底改變以前機器結(jié)構(gòu)風(fēng)格，采用更適合于惡劣環(huán)境運行的獨立風(fēng)道結(jié)構(gòu)，電氣部分；（3）與主風(fēng)道隔離、防塵；防腐能力也有一定的提高；所有電路均自主研發(fā)（包含驅(qū)動板），做到完全自主知識產(chǎn)權(quán)。更加經(jīng)濟實用，亦便于自身產(chǎn)品的維護；（4）電氣性能優(yōu)越且穩(wěn)定，具有較強的抗干擾能力。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)6PLC的硬件設(shè)計PLC硬件設(shè)計PLC是一種以微處理器為核心，由自動控制技術(shù)，計算機技術(shù)半和導(dǎo)體存儲技術(shù)的成的新型控制器。PLC有以下特點：（1）通用性好，接線簡單，利用不同的模塊應(yīng)用于各工業(yè)控制系統(tǒng)。（2）功能強大，能編程實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。包含邏輯控制功能，模擬量控制，順序控制，高速計數(shù)，位置控制以及網(wǎng)絡(luò)通信等功能。（3）可靠性高，沒有機械觸點能消除了電弧損害，接觸不良現(xiàn)象等。（4）定時范圍寬，定時準(zhǔn)確。（5）體積小，耗電小。（6）擴展靈活，維修方便，可同步進行接線和編程。PLC的型號選擇機型的選擇主要考察PLC的CPU的能力、能夠支持的最大I/O點數(shù)、響應(yīng)速度及指令系統(tǒng)等指標(biāo)。選擇PLC機型不僅滿足功能要求，而且維護使用方便性、性價比、可靠性以及優(yōu)化性都必須考慮。整體式的結(jié)構(gòu)PLC用于在維修量較小的環(huán)境條件以及工藝過程較為固定的場合，而模塊式的結(jié)構(gòu)PLC則用于其余復(fù)雜多變和維修量大的的場合。在以開關(guān)量控制為主、開關(guān)量控制以及帶少量模擬量控制的工程項目中，一般無須考慮其控制速度，因此，選擇有數(shù)據(jù)傳送、D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換功能、加減運算的低檔機就可以了。實現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求是任何一種電氣控制系統(tǒng)的目的，達到提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的效果。那么，在設(shè)計PLC電氣控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循一些基本原則。①PLC的選擇前提是應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)的要求，并要重點考慮該公司售后服務(wù)的情況以及產(chǎn)品技術(shù)支持。②最大限度的滿足被控對象的開展要求。③在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)、經(jīng)濟，使用及維修方便。④保證控制系統(tǒng)的安全可靠。在考慮上述性能后，還要根據(jù)工程應(yīng)用實際考慮其它一些因素，這些因素包括：①性能價格比；②備品、備件的統(tǒng)一考慮；③技術(shù)支持等。綜合以上選擇原則此系統(tǒng)選擇的PLC是：三菱公司的FX2N-64MR。PLC的CPU選擇存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小稱為程序容量，所以存儲器容量大于程序容量。當(dāng)設(shè)計選型時，一般采用對存儲器容量的估算來代替對程序容量的估算的方法。原本沒有固定的公式來估算存儲器的內(nèi)存容量，但不同公式還是出現(xiàn)在許多文獻資料中，基本上都是按照模擬I/O點數(shù)的100倍，加上數(shù)字量I/O點數(shù)的10～15倍的總和作為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（一個字是16位），另外還要考慮總字?jǐn)?shù)的30%~50%余量?？刂破鞔鎯ζ魅萘抗浪悖靡韵碌仁綖橐粋€控制器所需存儲器大小的估計值。每個數(shù)值包括用戶相關(guān)程序的一個粗略估計?？梢愿鶕?jù)應(yīng)用的復(fù)雜程度添加存儲器。數(shù)值估算基本方法為：操作系統(tǒng)基本要求=43000字節(jié)；控制器任務(wù)*4000=A字節(jié)；數(shù)字量I/O點*400=B字節(jié)；模擬量I/O點*2600=C字節(jié)；通訊模塊*2000=D字節(jié)；控制運動軸*8000=E字節(jié)；總的字節(jié)數(shù)=43000+A+B+C+D+E；本系統(tǒng)現(xiàn)在的控制器是本題采用PLC型號為三菱公司的FX2N-64MR，它的CPU、電源、輸入輸出一體化機型，可以連接模擬量、定位、通訊、網(wǎng)絡(luò)等各種特殊擴展設(shè)備。其具體參數(shù)如下：CPU：CPU運算處理速度0.08μs/基本指令，1.52μs~100μs/應(yīng)用指令；用戶存儲器：內(nèi)置8K容量的RAM存儲器，通過安裝儲存器卡盒，最大可以擴展到16K容量；電源規(guī)格：AC100V-240V+5V；耗電量：64VA；沖擊電源：最大40A5ms以下/AC100V，最大60A5ms以下/AC200V；供電電源：24V、460mA以下；工作溫度：0-60℃（32-140℉）。I/O模塊的選擇應(yīng)用要求必須與選擇的輸出輸入模塊統(tǒng)一。比如就輸出模塊來說，輸出模塊類型必做考慮，壽命比較短、響應(yīng)時間較長、使用電壓范圍廣、價格較低等是通常的繼電器的輸出的模塊特點，另外輸出的模塊包括模擬量輸出、直流輸出和交流輸出等；對于輸入模塊，應(yīng)用要求就應(yīng)該考慮信號的傳輸距離、隔離信號、信號的電平、信號的供電方式等；當(dāng)開關(guān)頻繁時，電感性低的功率因數(shù)的負(fù)荷場合是就該用可控硅的輸出的模塊，但其過載的能力比較差，價格比較昂貴。它們應(yīng)用要求應(yīng)沒有多大差別。要先弄清楚控制系統(tǒng)的I/O總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的30～350%留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需PLC的點數(shù)。如下表:表6.1PLCI/O分配表1#冷卻泵報警信號X01#冷卻泵運行信號X12#冷卻泵報警信號X22#冷卻泵運行信號X31#冷凍泵報警信號X41#冷凍泵運行信號X52#冷凍泵報警信號X62#冷凍泵運行信號X7冷卻泵報警復(fù)位X10冷凍泵報警復(fù)位X11冷卻泵手/自動調(diào)速切換X12冷凍泵手/自動調(diào)速切換X13冷卻泵手動頻率上升X14冷卻泵手動頻率下降X15冷凍泵手動頻率上升X16冷凍泵手動頻率下降X171#冷卻泵啟動信號X201#冷卻泵停止信號X212#冷卻泵啟動信號X222#冷卻泵停止信號X231#冷凍泵啟動信號X241#冷凍泵停止信號X252#冷凍泵啟動信號X262#冷凍泵停止信號X27冷卻泵自動調(diào)速信號Y2冷凍泵自動調(diào)速信號Y31#冷卻泵報警信號Y42#冷卻泵報警信號Y51#冷凍泵報警信號Y62#冷凍泵報警信號Y71#冷卻泵啟動Y101＃冷卻泵變頻器報警復(fù)位Y112#冷卻泵啟動Y12＃冷卻泵變頻器報警復(fù)位Y131#冷凍泵啟動Y141＃冷凍泵變頻器報警復(fù)位Y152#冷凍泵啟動Y162＃冷凍泵變頻器報警復(fù)位Y17攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)7PLC軟件設(shè)計PLC軟件設(shè)計編程軟件的選擇根據(jù)PLC的選型決定選三菱PLC編程軟件是GXDeveloper。三菱所有系列PLC程序設(shè)計軟件,Label語言程序設(shè)計、指令表、梯形圖、ST、FB及SFC都支持，結(jié)構(gòu)化程序即分部程序的編寫，程序的線上監(jiān)控、更改及調(diào)試都可進行，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可制作成標(biāo)準(zhǔn)化程序,能使用于各種同類系統(tǒng)。它運行于WindowsNT32位的操作系統(tǒng)，其性能優(yōu)越，節(jié)省項目開發(fā)的時間，提高生產(chǎn)率。主要特性有：1）通用的用戶界面和特性設(shè)置；2）靈活、易操作的編輯器；3）通用的梯形圖指令集；4）點擊可進行I/O組態(tài)；5）可靠的通信功。PLC的程序框圖PLC的任務(wù)主要是解決變頻控制時中央空調(diào)系統(tǒng)中每個水泵的切換程序、模擬量的處理功能、啟動程序等。如圖所示的是PLC總體程序控制流程圖。由于主程序運行的時候，會發(fā)現(xiàn)設(shè)定的溫度值不等于檢查到的溫度，那么就應(yīng)該利用PLC的PID調(diào)節(jié)功能使溫度在預(yù)先設(shè)定范圍之內(nèi)，然后實時調(diào)節(jié)變頻器頻率，進而控制冷卻水泵和冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，達到系統(tǒng)所承載負(fù)荷的要求。如圖7.2：圖7.2PLC的程序框圖主要模塊程序分析冷凍水出回水和冷卻水進出水的溫度檢測及溫差計算程序據(jù)計算出來的冷卻水進出水溫差和冷凍水出回水溫差，分別對冷卻泵變頻器和冷凍泵變頻器進行無級調(diào)速的自動控制如圖7.3.1，溫差變大，則變頻器的運行頻率上升（頻率上限50Hz），溫差變小，則變頻器的運行頻率下降（頻率下限為30Hz），從而達到恒溫差控制的目的，節(jié)能運行最大限度得以實現(xiàn)。圖7.3.1冷卻泵變頻器和冷凍泵變頻器進行無級調(diào)速的自動控制FX2N-4DA

4通道的D/A轉(zhuǎn)換模塊程序分析D/A轉(zhuǎn)換模塊如圖7.3.2的數(shù)字量入口地址為：CH1通道：D1100；CH2通道：D1101；CH3

通道：D1102；CH4通道：D1103；數(shù)字量的范圍為-2000～+2000，對應(yīng)的電壓輸出為-10V～+10V,變頻器輸入模擬電壓為0～+10V,對應(yīng)30Hz～50Hz的數(shù)字量為+1200～+2000，為保證2臺冷卻泵之間的變頻器運行頻率的同步一致，使用了

LDM8000

MOVD1100D1101；2臺冷凍泵也使用了LDM8000

MOVD1102D1103

的指令。圖7.3.2FX2N-4DA4通道的D/A轉(zhuǎn)換模塊程序分析圖手動調(diào)速PLC程序分析圖7.3.3中X14為冷卻泵手動頻率上升，X15為冷卻泵手動頻率下降，每次頻率調(diào)整0.5Hz，所有手動頻率的上限50Hz，下限30Hz。圖7.3.3手動調(diào)速PLC程序分析手動調(diào)速和自動調(diào)速的切換程序圖7.3.4X12為冷卻泵手/自動調(diào)速切換開關(guān)；X13為冷凍泵手/自動調(diào)速切換開關(guān)。圖7.3.4手動調(diào)速和自動調(diào)速的切換程序溫差自動調(diào)速程序溫差采樣周期，因溫度變化緩慢，時間定為5秒能滿足實際需要；當(dāng)溫差小于4.8℃時，變頻器運行頻率下降，每次調(diào)整0.5Hz；當(dāng)溫差大于5.2℃時，變頻器運行頻率上升，每次調(diào)整0.5Hz；當(dāng)冷卻進出水溫差在4.8～5.2℃時不調(diào)整變頻器的運行頻率。從而保證冷卻泵進出水的溫差恒定，實現(xiàn)節(jié)能運行。其PLC梯形圖如圖7.3.5。圖7.3.5溫差自動調(diào)速程序變頻器的保護和故障復(fù)位控制變頻器的過電流電子熱保護動作時PLC能自動檢測，給出報警信號，提醒值班人員及時處理，圖7.3.6為變頻器故障后的復(fù)位PLC程序。圖7.3.6變頻器的保護和故障復(fù)位控制攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)論文8設(shè)備調(diào)試中遇到的問題和解決辦法設(shè)備調(diào)試中遇到的問題和解決辦法1、整改設(shè)備安裝完畢后，先將編好的程序?qū)懭隤LC，設(shè)定變頻器參數(shù)，檢查電器部分并逐級通電調(diào)試。2、投入試運行時，在人為地減少負(fù)荷，冷凍泵頻率自動降到30Hz時，冷凍主機故障停機，經(jīng)查是由于冷凍水水流開關(guān)動作造成，經(jīng)維修（更換）后恢復(fù)正常。3、當(dāng)僅開一臺機組，冷凍泵運行在25Hz時，（首次設(shè)定頻率下限為25Hz。）發(fā)現(xiàn)頂層部分房間的冷凍水流量偏小，溫升偏高，不能滿足冷量需求。經(jīng)現(xiàn)場分析：雖然冷凍水循環(huán)為垂直及水平同程系統(tǒng)，各樓層負(fù)載管道水阻幾乎相等，但由于管道最遠處達100多米，管道保溫也有不太理想的地方，冷凍水沿程的冷量損失較大，最后將冷凍水管道保溫重新檢修；冷凍泵頻率下限也調(diào)整至30Hz。經(jīng)維修、調(diào)整后，檢測各點工作狀況達到較理想要求。4、用高精度溫度計檢測各點溫度，以便檢驗溫度傳感器的精確度及校驗各工況狀態(tài)。將二樓西餐廳、地下一層桑拿按摩中心等負(fù)荷需求不大或裝機容量偏大的設(shè)備，手動調(diào)小閥門，避免電動閥的頻繁開?；蛟斐删植康拇罅髁啃夭?。5、冷卻水循環(huán)也遇到類似冷凍水系統(tǒng)相似的問題，首次將冷卻泵頻率下限設(shè)為25Hz，在試運行時，冷卻塔布水器不能均勻轉(zhuǎn)動布水，最后調(diào)整為30Hz，恢復(fù)正常。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)結(jié)論結(jié)論改造工程由于采用了4臺變頻器，對經(jīng)常運行的冷凍泵、冷卻泵進行一對一的技術(shù)改造，最大限度地為水泵爭取了變頻運行的時間，把節(jié)能空間爭取到最大，雖然一次性投資較大，但從長遠的經(jīng)濟利益來看是值得的。從過去運行中所取得的顯著經(jīng)濟效益及系統(tǒng)的綜合效益，也驗正了利用PLC、變頻器、溫度傳感器、溫度模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊等組成的溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，總之，中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造方案是成功的。由于冷凍泵、冷卻泵采用了變頻器軟啟停，原來Y-Δ啟動大電流對電網(wǎng)的沖擊被消除了，改善了用電環(huán)境得到；Y-Δ啟動和停止水泵產(chǎn)生的水錘現(xiàn)象對壓力表、閥門、管道等的損害被消除了；原由于直接啟停水泵造成的機械沖擊也被消除了，大大減少水泵及軸封、電機的軸承等機械磨擦，延長了部件的壽命；由于水泵大多數(shù)時間運行在額定轉(zhuǎn)速以下，大大減少了電機的溫升、震動及噪聲和原來相比，電氣故障也降低了，也相應(yīng)延長電機的使用壽命。采用的溫差閉環(huán)變頻調(diào)速使冷凍機組的工作效率提高了，自動化水平提高了。原來幾乎每天都要對冷凍機出水溫度進行調(diào)整，現(xiàn)在僅在環(huán)境溫度變化較大時進行調(diào)整冷凍機出水溫度。減少了人為因數(shù)的影響，大大優(yōu)化了系統(tǒng)的運行環(huán)境、運行質(zhì)量，酒店的空調(diào)室溫比原來更平穩(wěn)均勻了。進行技術(shù)改造后，系統(tǒng)的實際節(jié)電率與負(fù)荷狀態(tài)、天氣溫度變化等因素有一定關(guān)系。根據(jù)系統(tǒng)改造后的運行記錄（2012年1月至2013年12月），參考2011年度實際用電情況，共節(jié)約用電約22.2萬度，電