论基于PLC控制系统的中央空调

摘要：PLC自动控制系统工业、电气等方面得到更加广泛的应用，其节能省电，使用方便，运行安全可靠、维修简单、性比价高的优势使得它在逐步取代传统的电气电路的逻辑控制，其中PLC自动控制的变频中央空调就有很显著的特点。基于PLC自动系统控制的智能化变频中央空调在现代的大型建筑中的应用，逐步取代了传统空调，其优势促进了科技的发展，大大的提高了人们对于温度的满意度，还能节能环保，不失现代空调的首选。

关键词：PLC 控制系统 智能化 控制系统

中图分类号：TB657.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0018-02

1 概述

1.1 引言

随着社会的不断发展，人们的越来越重视生活的质量，尤其是在温度方面的要求也越来越理想化，无论是在商品琳琅的商场，还是工作舒适的办公室，无论是旅行居住的宾馆，还是创造劳动成果的工厂，理想温度适中、四季如春的环境都越来越离不开空调对于温度的调节，在这些现代化的大型建筑里更加离不开中央空调。而随着科技的发展，中央空调的智能化越来越受到人们的重视，成为一种必然的发展趋势。

中央空调的工作原理是集中制冷后，将经过处理的冷量分别发送，调节各个空调房间的温度、湿度、清洁度及流动速度，达到适中。传统的空调采用的是阀门、风门调节水量、风量，能量消耗大，温度调节理想度不高，这些都是传统空调的弊端。而智能化交流变频中央空调的诞生，能量消耗低，温度调节更适宜，人们带来极大的方便。智能化交流变频空调通过交流变频技术智能化控制调节中央空调的末端空调风机箱、冷冻水/冷却水水泵、冷却塔风机等，使空调各子系统按照负荷的具体情况智能化的调节风量、水流量等负荷工况参数，这样不仅能够改善系统的温度调节品质，超越传统阀门、风门节/回流调节方式的调节性能。智能化交流变频中央空调不仅使空调的舒适性得到改善，提高了其调节品质，还降低了电能消耗，减小了噪声影响，延长了设备寿命，因此不仅增加了经济收益，还能节约能源消耗、保护环境，创造了更多的社会效益。本文主要针对阐述基于PLC控制系统的智能化中央空调的工作原理。

1.2 交流变频智能中央空调结构系统及功能

智能化交流变频中央空调系统基本构成，由制冷系统、冷却水循环系、冷冻水循环系统、供风系统，组成。

制冷系统，是中央空调的核心，冷水机组是整个系统的“制冷源”，通过压缩机，在制冷剂的作用下，快速冷冻冷却机组提供的冷却循环水，使温度快速减低（一般在7℃），制冷后的循环水通过冷冻机组内部热交换成冷冻水，输送到各个子空调。

冷却水循环系统，由冷水机组，冷却水泵，冷却塔（散热水塔）组成。冷却水泵，为冷水机组提供“冷却水”，是冷却水系统的泵。冷却水泵带走冷水机组的热量，在冷却塔（散热水塔）中释放，再送回到冷水机组，这样进入冷水机组是冷却以后的循环水，是由冷却水泵提供的。冷却塔，是散热制冷的设备，通过空气自然散热和冷却风机组加速空气散热蒸发，使冷却泵提供的冷却水迅速降温，再回输到制冷机组。这样就保证了制冷主机的循环水是冷却水。

冷冻水系统主要有冷冻水泵、风机盘管和膨胀水箱组成。冷冻水系统是将温度更低的“冷冻水通过风机盘管输送到各个子空调，调节房间的温度、湿度等。冷冻水泵的主要作用带走制冷主机降温制冷后的冷冻水的冷量。中央空调末端的风机盘管与空气换热，盘管根据需要内部流动的热水或冷水，风机吸入室内空气，过滤后经盘管冷却或加热后送回室内，温度升高后在回到冷水机组内带走制冷剂冷量，这样就保证了冷冻水的循环，达到了有效控制调节室内温度、湿度等目的。

以上是中央空调的结构系统，及工作的原理，空调智能化的改善离不开PLC原理的应用。PLC控制系统的编程比较简单，而且指令多样，其功能性高，性比价高，其硬件设施配套齐全，运行可靠方便，安装使用与调试维护比较简单，无触点免赔险，较大强度的抗干扰硬件级软件设施使得其抗干扰能力强，最重要的是其体积小，能量消耗低，在中央空调领域日益得到广泛的应用。

1.3 PLC

PLC可编程逻辑控制器，是应用于工业创造中的数字运算操作电子装置。PLC实质上就是一部电脑，是一个计算机，其硬件和软件结构和计算机是基本一致，现在被广泛的应用于工业领域，其中中央空调的领域也是被广泛应用的。

PLC基本结构是CPU模块、I/O模块、编程器。CPU和电脑CPU功能是一致的，是整个系统的控制中心，采集信号，输入输出指令。I/O模块是指令输出和输入模块，输入模块采集信号，接受指令，输出模块输出信号，执行指令，完成整个编程的动作和目的。编程器包括系统程序和用户程序存储，用于存储系统和用户的程序和数据。

2 PLC控制的交流变频空调的系统主要功能与特点

中央空调基于PLC及变频技术是现在空调发展的趋势，由于PLC操作简单，耗能低，而变频技术能大大的改善空调的的调节系数。基于PLC原理的交流变频空调是根据外部热交换的两个循环系统回水与进水的温度差异来调节参数，控制循环水的流动速度，从而合理方便的控制每个子空调的参数，使室内温度、湿度、清洁度达到适当的平衡。

2.1 中央空调使用PLC、变频的简易原理

基于PLC自动控制系统的交流变频中央空调，PLC是控制的核心，PLC输出的制冷参数指令，控制冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔的阀门调节，启停其功能，再由其发出的联频信号时刻监督控制中央空调整个系统的开启和关闭。在中央空调系统运行之前，要进行调试工作，设置变频器的最小工作频率，保证末端冷冻水供给的冷冻泵变频器的工作的最小频率。通过冷冻水出水回水传感器、冷却水出水回水传感器及末端压力传感器A/D转换成数字开关调节信号，反馈到PLC，PLC反馈控制变频器的频率增减，来调节控制冷冻水泵的制冷、制热模式；根据出水回水的温度差反馈调节冷却水泵及冷冻水泵的开关；调节控制冷却水、冷冻水变频器速度的加减等。

冷冻水泵控制原理和冷却水泵控制原理是一致的，冷冻水泵控制原理如下，

冷冻水泵控制原理，是通过冷冻机的回水和出水温度差反馈到温度模块，温度模块将温度差参数通过A/D转换器进行A/D参数转换，将温度差的A/D参数信号发送到PLC，PLC根据设定的参数及接受的温度差参数信号，进行控制调节加快或者减慢变频器的速度，从而调节冷冻水泵电机的速率，调节冷冻泵出水的流量，控制内部热交换的速度。

从冷冻水泵的工作原理上可以看出，室内的温度越高，温度差就越大，反馈的温度A/D参数PLC设计的额定参数差值越大，因此PLC控制调节变频器的速率越快，系统的负荷越大，冷冻水泵的循环水流速及流量会相应的加快加大，从而使热交换的速度增快。反之，温度差系数小，说明室内温度低，反馈的A/D参数与PLC系统设定的参数差异小，PLC自动控制减小变频器的的频率，降低冷水泵的速率，减缓减小冷冻水泵内循环水的流速和流量，减小系统负荷，减缓热交换的速度，节约电能。PLC自动控制中央空调的频率，使中央空调供需平衡的进行工作，根据温度差的变化不断的调节变频器的速率，加快或者减慢冷冻泵的循环水量，使系统负荷在供需平衡的状态下发挥最大的功能，不仅能及时调节室内变化的温度，使室内温度更加的事宜，还能大大的减少电耗，节约能量。

变频器的变频调速，与冷冻水泵的工作原理一致，冷冻水的进出水温度差越大，说明室内温度高，冷水机组的系统负荷增大，需冷却水带走的热量加大，冷却泵的转速加快，加大冷却水的循环量，反之则降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，节约电耗。在冷冻水系统主管及冷却系统的主管上安装温度变送器，进水温度和出水温度，经A/D转换器转换成数字信号输送到系统PLC控制系统上，PLC定时采集温度差信号，并自动计算出冷冻水及冷却水的出回循环水的温度差，与PLC自身设定的的参数进行比较，比较的结果经过D/A转换成信号，调节变频器的外部模拟量信号控制端，控制调节变频器的输出频率，从而控制冷冻水泵及冷却水泵的运转速度，进而调节冷冻系统及冷却系统的出回水的温度，达到自动控制室内温度湿度等的目的。

2.2 PLC控制的交流变频空调的功能设置

PLC除了能自动控制中央空调的冷冻系统、冷却系统及变频系统外，还有数据显示及储存检索的功能。

（1）数据显示功能：基于PLC自动控制系统的交流变频中央空调能够显示各个机组的运行参数，包括冷冻水出水温度、冷冻水回水温度、冷却水出水温度，冷却水回水温度、蒸汽压力、阀门开关、等详细信息，并且能够及时反馈中央空调控制的故障，及时报警，使其维修和护理工作更加的便捷。

（2）历史数据的存储及检索功能：PLC系统不仅能够存储用户设置的信息，还能存储系统的历史数据，重要信息数据的在线存储最长时间可达10年。因此，在检修维护中央空调的过程中可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式检索历史数据，从而能及时确定故障的原因。

（3）控制功能：基于PLC自动控制系统的交流变频中央空调，能够根据PLC设定的参数，根据温度模块反馈的温度差参数来进行PID的调节，从而调节中央空调的变频器，使变频器的速率加快或者减慢，以保证运行参数满足中央空调对于室内温度和湿度等需求。基于PLC自动控制的变频中央空调的系统控制方式有就地手动、软手动及自动三种模式。就地手动即就地手动操作设备来控制调节制冷机组，软手动是通过PLC对机组进行手动控制，自动则是根据设定好的控制调节编程根据温度供需平衡，自动控制开启和关闭中央空调的制冷系统、反馈系统及变频系统。采用自动程序控制方式，能最大程度的实现冷冻水、冷却水的变频控制。即节能环保，提高中央空调系统的安全性和经济性，更能为用户更加适宜的温度环境。

（4）连锁与保护功能：基于PLC自动控制的变频中央空调系统的制冷机组相关设备的启、停具有一定的连锁关系和时间顺序，该功能可以由PLC的已设定的连锁编程来完成。同时，为保证中央空调制冷机组的可靠安全运行，PLC系统对相关参数采取了一定的保护措施和存储措施，如冷却水系统与冷却塔的连锁控制、冷冻水、冷却水与机组的连锁控制等。

基于PLC自动控制系统下的变频中央空调，越来越广泛的应用到现代的大型建筑当中。智能化变频中央空调采用PLC自动控制系统，能够根据系统反馈的温度差参数与设定的参数比较运算，根据运算结果能够自动精准的调整系统的频率，冷却水和冷冻水的循环水流速度和流量。PLC使中央空调的运行更加的可靠、安全、稳定，并且性价比高，不仅实现了提高用户的经济效益，还提高了用户对于温度的满意度。因此，在空调日益成为人们不可或缺的一部分时，PLC系统控制下的变频中央空调是发展的必然趋势。

参考文献

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