變頻器和PLC在中央空調水系統(tǒng)和風機中的應用_圖文

1、、城建水業(yè)通用機械） 浙江工商職業(yè)技術學院（浙江）李方園摘要】大多數(shù)中央空調的系統(tǒng)設計以最大冷負荷為最大功率驅動。這樣就造成實際需要冷負荷與最大功率輸出之間的矛盾，從而帶來了巨大的能源浪費。介紹了一種新穎的控制方式，它采用國際上最為流行成熟的交流調速技術、控制技術，能對中央空調的水系統(tǒng)和風機實現(xiàn)全自動閉環(huán)控制。關鍵詞】變頻器中央空調循環(huán)水風機一前言大部分建筑物在一年當中，只有幾十天時間里中央空調才處于最大負荷。中央空調冷負荷，始終處于動態(tài)變化之中，如每天早晚、季節(jié)交替，每年輪回及環(huán)境等等都實時影響中央空調冷負荷。據(jù)實際調查，大多數(shù)建筑物每年至少其冷負荷在嘲范圍內波動。而大多數(shù)中央空調，因系統(tǒng)設

2、計多數(shù)以最大冷負荷為最大功率驅動。這樣就造成實際需要冷負荷與最大功率輸出之間的矛盾，從而帶來了巨大的能源浪費，給使用方造成巨額電費支出，增加經營者的成本，降低經營競爭力，本文將介紹一種新穎的控制方式。它采用國際上最為流行成熟的交流調速技術、控制技術，能對中央空調的水系統(tǒng)和風機實現(xiàn)全自動閉環(huán)控制。中央空調水循環(huán)系統(tǒng)的變頻控制設計圖所示為中央空調水循環(huán)控制原理。在中央空調系統(tǒng)中。主要分為冷凍主機、冷凍水（熱水）循環(huán)系統(tǒng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，智能控制裝置主要控制的對象為冷凍水（熱水）回路和冷卻水回路。匕圖中央空調水循環(huán)控鑭原理，智能控制裝置，矗冷卻水泵冷卻塔主機熱交換囂冷凍水循環(huán)的控制冷凍水系統(tǒng)由冷凍泵及

3、冷凍水管道組成，從冷水機組流出的冷凍水由冷凍水泵加壓送入冷凍水管道，在個房間內進行熱交換，帶走房間內熱量，從而使房間內的溫度下降。冷凍水泵的控制方式為：最高層（或最不利端）壓力控制在高層的中央空調系統(tǒng)中，由于各層的空調機想對應于熱負載的變動開閉冷水進口閥，以此調節(jié)室溫。由于冷凍水的流量經常發(fā)生變化，引起最高層水壓的較大變化，為了解決該問題，需要控制冷水泵的出水閥，以保持最高層水壓大致恒定，但大多數(shù)應用場合，都是保持出水閥門開度一定，任隨壓力變化。如果這樣，會導致壓力損失大，效率低。此時若采用轉速控制，以保持最佳壓力，可防止壓力損失并較大幅度提高效率并取得好的節(jié)能效果。冷卻水循環(huán)的控制冷卻系統(tǒng)由

4、冷卻泵及冷卻水管道及冷卻塔組成。冷水機組進行熱交換，是水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換，然后再降了溫的冷卻水，送回到冷水機組。如此不斷循環(huán)，帶走冷水機組釋放的熱量冷卻水泵的控制方式為：恒溫差控制。由于冷卻塔的水溫是隨環(huán)境溫度而變化的，其單側水溫不能準確地反映冷凍機組產生熱量的多少。所以，對于冷卻水泵，以進水和回水的溫差作為控制依據(jù)，實現(xiàn)進水和回水間的恒溫差控制是比較合理的。溫差大，說明冷凍機組產生的熱量大，應提高冷卻泵的轉速，增大冷卻水的循環(huán)速度，反之則應該降低轉速。中央空調水系統(tǒng)的變頻控

5、制原理中央空調水循環(huán)系統(tǒng)的變頻控制原理如圖所示，包括人機界面、的模塊和模擬量模塊。其中人機界面負責數(shù)據(jù)設定（壓差或溫差設定），數(shù)據(jù)顯示（溫度，溫差，壓力，開關量電動機開關量輸出圈中央空調水循環(huán)控制圖溫溫度度城建水業(yè)通用機械罨、壓差），狀態(tài)設定和顯示，以及維修說明書等幫助畫面。模塊負責包括內置的順序程序控制。模擬量模塊為入出，輸入量為溫度或壓力和（表示進水回路，表示出水回路），輸出量為電動機轉速信號（控制變頻器的信號）。（）人機界面系統(tǒng)采用人機界面，是以文字或指示燈等形式監(jiān)視內部寄存器或繼電器的數(shù)值及狀態(tài)，而使操作人員能夠自如地控制機器設備，是一款性價比高的產品。（）模擬量和控制采用內置的）功能

6、，所謂）控制，就是使一個過程按預設值（）保持其為穩(wěn)定狀態(tài)的控制過程，通過設定值和過程反饋值進行比較，當兩項值有差別時，控制器輸出執(zhí)行值來減少這種差異。包括三個控制量比例、積分微分。由中央空調水循環(huán)系統(tǒng)的控制圖可以看出，本智能控制設備采用恒壓差或恒溫差控制，模擬信號輸入和輸出通過模塊，設定數(shù)據(jù)通過操作，具體示意如圖?？炷M量模快圖控制示意（）變頻器選型由于本系統(tǒng)采用的控制功能，所以對變頻器的選型并無特殊要求，只需選用通用變頻器，如公司的。節(jié)能預估根據(jù)流體力學原理，流量與轉速丹的一次方成正比，管壓與轉速的二次方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比。當所需流量減少，離心泵轉速降低時，其功率按轉速的三次

7、方下降。如所需流量的，則轉速也下降為額定轉速的，而軸功率降；當所需流量為而額定流量的時，而軸功率降。、吼城建水業(yè)通用機械當然，轉速降低時，效率也會有所下降，同時還應考慮控制裝置的附加損耗等影響。即使如此，這種節(jié)電效果也非常可觀。通過實踐證明，鳳機水泵類，節(jié)能。綜合實際運行效果，對冷凍泵拖動系統(tǒng)、冷卻泵拖動系統(tǒng)、風機（包括室內風機和冷卻塔風機）拖動系統(tǒng)實施智能變頻柜后的基本節(jié)能效果為，最小節(jié)能，最大達。三，中央空調變頻風機的幾種控制方式目前的中央空調系統(tǒng)中，變頻風機正在被廣泛使，用，其有如下突出的優(yōu)點：節(jié)能潛力大，控制靈活，可避免冷凍水、冷凝水上頂棚的麻煩等。然而變頻風機系統(tǒng)需要精心設計，精心施

8、工，精心調試和精心管理，否則有可能產生諸如新風不足，氣流組織不好，房間負壓或正壓過大，噪聲偏大，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，節(jié)能效果不明顯等一系列問題。這里介紹在中央空調中變頻風機的幾種控制方式的原理和適用場合。變頻風機的靜壓控制方式送風機的空氣處理裝置是采用冷熱水來調節(jié)空氣溫度的熱交換器，冷、熱水是通過冷熱源裝置對水進行加溫或冷卻而得到的。大型商場人員較集中且面積較大的場所常使用此類裝置。圖所示給出了一個空氣處理裝置中送風機的靜壓控制系統(tǒng)。在第一個空氣末端裝置的處設置靜壓：傳感器，通過改變送風機人口的導葉或風機轉速的辦法來控制系統(tǒng)靜壓。如果送風干管不只一條，則需設置多個靜壓傳感器，通過比較，用靜壓要求最

9、低的傳感器控；制風機。風管靜壓的設定值（主送風管道末端最后一個口支管前的靜壓）一般取之間。若各通風口擋板開啟數(shù)增加，則靜壓值比給定值低，控制風機轉速增加，加大送風量。若各通風擋板開啟數(shù)減少，靜壓值上升，控制風機轉速下降，送風量減少，靜壓又降低，從而形成了一個靜壓控制的閉環(huán)。在靜旺控制算法中，通常采用兩種方式，即定靜壓控制法和變靜壓控制法。定靜壓控制法是系統(tǒng)控制器根據(jù)設于主風道處的靜壓傳感器檢測值與設定值的偏差，變頻調節(jié)送風機轉速，以維持風道內靜壓一定。變靜壓控制法即利用數(shù)據(jù)通信技術，系統(tǒng)控制器綜合各末端的閥位信號，來判斷系統(tǒng)送風量盈虧，并變頻調節(jié)送風機轉速，滿足末端送風量需要。由于變靜壓控制法

10、在部分負荷下風機輸出靜壓低，末端風閥開度大，噪聲低，風機節(jié)能效果好，同時又能充分保證每個末端的風量需要?？刂乒艿漓o壓的好處是有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行并排除各末端裝置在調節(jié)過程中的相互影響。此種靜壓控制方式特別適合干上下樓或被隔開的各個房間內用一臺空氣處理裝置和公用管道進行空氣調節(jié)的場合，如在商務大廈的標準辦公層得到了廣泛的應用。變頻風機的恒溫控制方式在室內空調要求有諸如舒適性等要求較高而空間又不是太過于大的空調區(qū)域內，可以使用恒溫控制。恒溫控制中必須注意以下幾個方面：溫控系統(tǒng)的熱容量比較大，控制指令發(fā)出后，不是瞬間響應響應速度慢；外界條件如氣溫、日照等對溫控系統(tǒng)的影響很大，因為控制對象為氣體，溫度檢

11、測傳感器的安裝位置非常重要。本控制方式利用了變頻器內置的算法進行溫度控制，當通過傳感器采集的被測溫度偏離所希望的給定值時，程序可根據(jù)測量信號與給定值的偏差進行比圍中央空調送風機的壓，控制例（）、積分（）微分（）運算，從而輸出某個適當?shù)目刂菩盘柦o執(zhí)行機構（即變頻器），提高或降低轉速，促使測量值室溫恢復到給定值，達到自動控制的效果，如圖所示。比例運算是指輸出控制量與偏差的比例關系。積分運算的目的是消除靜差。只要偏差存在，積分作用將控制量向使偏差消除的方向移動。比例作用和積分作用是對控制結果的修正動作，響應較慢。微分作用是為了消除其缺點而補充的。微分作用根據(jù)偏差產生的速度對輸出量進行修正，使控制過程

12、盡快恢復到原來的控制狀態(tài)，微分時間是表示微分作用強度的單位。恒溫控制中必須要注意的正作用和反作用，也就是說在夏季（使用冷氣）和冬季（使用暖氣）是不一樣的。在使用冷氣中，如果檢測到的溫度高于設定溫度時，變頻器就必須加大輸出頻率；而在使用暖氣中，如果檢測到溫度高于設定溫度時，變頻器就必須降低輸出頻率。因此，必須在控制系統(tǒng)增設夏季冬季切換開關以保證控制的準確性?？諝怙L圖變頻風機的恒溫控制變頻風機的多段速變風量控制方式在大型的空調大樓中，由于所需要的空氣量是隨著樓內人數(shù)及晝夜大氣溫度的變化而不同，所以相應地對風量進行調節(jié)可以減少輸入風扇的電能并調整主機的熱負載。人少時，如周末、星期日、節(jié)假日，空氣需求

13、量少。所以考慮這些具體情況來改變吸氣扇轉速，控制進風量，可減少吸氣扇電動機的能耗，同時還可以減輕輸入暖氣時鍋爐的熱負載和輸入冷氣時制冷機的熱負載。圖所示為某大樓在不同的工作時段內（平時、周六、周日或節(jié)假日）的風量需求量，該風量必須根據(jù)二氧化碳濃度等環(huán)境標準來確定最少必需量。由于通常在設計中都留有一定的余量因此可以按高速時、中速時、低速時的進風量來進行多段速控制。城建水業(yè)透雨機械啪、衙該控制方式是基于對風量需求進行經驗估算的基礎上進行的程序控制。如在某地鐵線的車站內安裝有個體積小巧的可開啟表冷器和臺變頻風機，整個系統(tǒng)由電腦控制。工作人員首先按照地鐵客流峰谷表編好調溫程序，控制風機轉速：高峰時車站

14、溫度高，變頻風機吹出較大風量，人少時車站里溫度相對較低，風機風量較小，從而站臺的溫度可控制在，站廳溫度控制在，乘客舒適度大為提高。田變頻風機的多段速控制四結束語通過對中央空調水系統(tǒng)和風機采用變頻器和控制后，就可以采用恒參數(shù)（壓力、壓差、溫度及溫差等）進行工作，當參數(shù)減小或增加時，通過降低或增加水泵轉速減小或增加供水（或風）量，以保持空調管網參數(shù)恒定，從而達到高效節(jié)能目的。參考文獻【】李方園變額器行業(yè)應用實踐【】北京：中國電力出版社，【】李方園變頻器應用技術【】北京：科學出版社，【】葉大法，楊國榮，董濤雙風道變風量空調系統(tǒng)設計【】暖通空調，）（收稿日期：）卯蛐基嘲歧基一鹺 變頻器和PLC在中央空

15、調水系統(tǒng)和風機中的應用作者：李方園， Li Fangyuan作者單位：浙江工商職業(yè)技術學院,浙江,315012刊名：通用機械英文刊名：GENERAL MACHINERY年，卷(期：2009，(3被引用次數(shù)：0次參考文獻(3條1. 李方園 變頻器行業(yè)應用實踐 20062. 李方園 變頻器應用技術 20083. 葉大法. 楊國榮. 董濤 雙風道變風量空調系統(tǒng)設計 2008(01相似文獻(10條1.期刊論文 韓岳平. 黃立新. HAN Yue-ping. HUANG Li-xin Danfoss FC300變頻器與S7-300 PLC 的數(shù)據(jù)通信 -自動化技術與應用2010,29(5為廠實現(xiàn)Siem

16、ens S7-300 PLC對Danfoss FC300變頻器的有效控制,需要解決Danfoss FC300變頻器與PLC的通信問題.文中通過深入分析DanfossFC300變頻器的通信協(xié)議,介紹S7-300 PLC的編程方法,提供了Danfoss FC300變頻器與PLC通信的解決方案.文中所涉及的變頻器通信問題對許多廠家具有借鑒意義.2.期刊論文 劉彥偉. 黃新建. 戴方軍. LIU Yan-wei. HUANG Xin-jian. DAI Fang-jun 臺達PLC通過RS485網絡控制變頻器在銑邊機床上的應用 -機床電器2009,36(6本文介紹了在專用臥式銑邊機床電氣系統(tǒng)設計中,臺

17、達PLC作為主站與多臺VFD-B矢量變頻器通過RS485網絡通信進行調速控制應用,充分體現(xiàn)了臺達變頻器與PLC的通信功能及便利性,說明了變頻器與PLC的結合應用是目前控制電動機調速方面既先進又經濟的一種方法.3.期刊論文 劉阿玲. Liu Aling 基于FATEK PLC與LG變頻器組合控制技術的應用 -濟南職業(yè)學院學報2008(6在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中,PLC與變頻器組合,可以方便調節(jié)電機轉速,尤其在機電運動系統(tǒng)中應用廣泛.首先討論PLC聯(lián)合變頻器控制電機的模式,分析其關鍵技術,選用FATEK PLC組合LG變頻器作為控制系統(tǒng)的中心的方案,舉例說明了系統(tǒng)實現(xiàn)方法.該電控系統(tǒng)經濟實用,也符合

18、用戶選擇控制方案價格逐漸低廉的趨勢.結語中分析了PLC與變頻器組合控制的發(fā)展方向.4.期刊論文 張士磊. 趙新蕖 基于PLC和組態(tài)軟件的變頻器監(jiān)控系統(tǒng)設計 -工礦自動化2010,36(3提出了一種基于PLC和組態(tài)軟件的變頻器監(jiān)控系統(tǒng)的設計方案.該系統(tǒng)由安裝有西門子WinCC V6.0組態(tài)軟件的監(jiān)控主機、S7-200 PLC和多臺帶有RS485通信接口的變頻器組成,S7-200 PLC一方面通過串行通信口與監(jiān)控主機通信,接收監(jiān)控部分對變頻器的參數(shù)設置和控制命令;另一方面通過RS485總線與變頻器通信,對變頻器進行啟?？刂?、頻率增加控制等操作.現(xiàn)場調試和運行表明,該系統(tǒng)實現(xiàn)了變頻器運行過程和狀態(tài)的

19、遠程監(jiān)控,有效地提高了生產過程的自動化和智能化水平.5.期刊論文 王立忠. 王廣德. 劉洪波. 魏茂彬. 叢琳. WANG Li-zhong. WANG Guangd-e. LIU Hong-bo. WEI Mao-bin. CONG Lin 變頻器與PLC通訊的設計方法 -吉林師范大學學報(自然科學版2008,29(4變頻器和可編程控制器是現(xiàn)代工業(yè)控制的主要設備之一.本文介紹一種簡便的PLC與變頻器通訊方法，包括硬件連接和變頻器參數(shù)的設置及通信協(xié)議設置.只需在PLC主機上安裝一塊RS-485通訊板或掛接一塊RS-485通訊模塊，并在PLC的面板下嵌入一塊"功能擴展存儲盒"，編寫相應的PLC梯形圖指令，即可實現(xiàn)變頻器參數(shù)的讀取、寫入、各種運行的監(jiān)視和控制，還可以與觸摸屏進行通信顯示各種信息.6.期刊論文 黃堃. HUANG Kun 一種以PLC和變頻器為核心的恒壓供水系統(tǒng)的應用 -無錫職業(yè)技術學院學報2007,6(4該文介紹了采用PLC和變頻器控制的變頻調速恒壓供水系統(tǒng),由PLC進行邏輯控制,由變頻器進行壓力調節(jié).PLC和變頻器作為控制系統(tǒng)的核心部件,經過變頻器內部的PID運算,通過PLC控制變頻與工頻的切換,實現(xiàn)閉環(huán)自動調節(jié)恒壓供水.系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定、節(jié)能、工作可靠等優(yōu)點.7.期刊論文 黃金鳳. 張進. 李占賢. 孫淑惠. HUANG Jin-feng.