浅析中央空调中电气自动化的应用

摘要：电气自动化系统具有可控性能好、稳定性强、集成度和自动化程度高等特点，本文分析了电气自动化系统在中央空调中的应用。

关键词：电气自动化 中央空调

随着人们生活水平日益提高，中央空调使用的范围就越来越广，中央空调在给人们带来舒适的同时，很多实质性的问题也随之而来，诸如电气火灾隐患、高能耗、维护成本高等。究其原因，这都是由于对电气自动化技术应用不当而引起的。电气火灾：中央空调在长期运行过程中，电器、电线发热发烫，温度高于70%，容易引起火警，是因为电器、电线的不当选型造成的；高能耗：中央空调中常见的温度过低、温度过高、调节滞后、频繁启停等，造成了能量的极大浪费，是因为没有很好的采用高精度的自动化控制技术；维护成本高：对于拥有多台空调机组的用户来说，若采用传统的方式分别对各台机组进行人工维护管理，将耗费大量的人力物力，而采用先进的远程监控系统，就可以大大降低这一开支。

l、中央空调的低压配电

中央空调的低压配电，首先是对负荷电流进行计算，负荷电流计算的目的是为了合理地选择低压电器和电线电缆，确保电气线路和设备经济、安全地运行。

在计算好负荷电流后，就可以进行低压电器和电线电缆的选择。选择低压电器，需要满足“电器的额定电压应与所在回路标称电压相适应；电器的额定电流不应小于所在回路的计算电流和电器的额定频率应与所在回路的频率相适应”这三条规定。例如，选择低压断路器，计算电流为308A，我们应该选择额定电流框架400A的断路器。选择电线电缆，需要满足“按敷设方式及环境条件确定的电线电缆的载流量，不应小于计算电流”。根据《工业与民用配电设计手册（第三版）》中的相关规定，电线电缆的载流量是根据不同的敷设方式和环境温度来确定的。

低压电器、电线在选型时，一定要保证其具有足够的载流量，杜绝电气火灾的发生。

2、中央空调的PLC控制

中央空调控制系统主要经历了3个阶段：一、继电器控制系统；二、直接数字控制器（DDC）控制系统；三、PLC控制系统。继电器控制系统由于系统复杂，故障率高，功耗高，进而成本较高等明显的缺点已逐渐被淘汰，直接数字式控制器DDC虽然在智能化方面有了很大的发展，但由于DDC本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。相对照，PLC可控制系统以其可靠的运行性能、强大丰富的指令集、丰富的内置集成功能、强劲的通讯功能和丰富扩展模块、较强的抗干扰能力等显著的优点使其得到了在大型中央空调领域的广泛的应用。

中央空调是由一台主机通过风道过风或冷热水管或管线连接多个末端的方式来控制不同的房间以达到室内空气调节的空调。中央空调系统主要由冷冻主机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统、风机和冷却塔等组成。在中央空调系统的设计中，实施对冷冻水和冷却水的循环系统以及冷却塔的能量自动控制是中央空调系统节能改造及自动控制的重要组成部分。中央空调的变频调速是实现系统节能的最有效的方法。

2.1 PLC控制中央空调变频调速系统的设计

变频调速系统主要由变频器、PLC、主接触器、水泵机组及温度检测装置组成闭环自动控制系统。中央空调变频调速系统是利用电压信号控制变频器，进而控制水泵转速和温度。控制程序采用PID算法控制输出电压，其中定时中断0为每1O毫秒中断一次，进入INT 0。

中央空调变频调速控制系统中，选配的S7200PLC主要是由CPU226模块（24DI/16DO）、模拟量输人EM231模块（4AI）和模拟量输出EM232模块（2AO）三部分组成。PLC的主要任务是接受外部开关信号（按钮、继电器）的输入，判断当前的系统状态以及输出信号去控制接触器、继电器等器件，以完成相应的控制任务。

2.2 PID调节

在生产过程自动控制的发展历程中，PID控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式，具有算法简单、使用方便、适用性强、容易通过简单的硬件和软件方式来实现等优点，广泛地应用于各种行业。下面以中央空调冷却水系统循环控制为例简述PID调节。

首先确定一个冷却泵变频器工作的最小工作频率，然后将其设定下限频率并锁定，变频冷却水泵的频率是取冷却管进、出水温差和出水温度信号来调节，当进、出水温差大于设定值时，频率无级上调，反之，频率无级下调；同时当冷却水出水温度高于设定值时，频率优先无级上调，反之，按温差变化来调节频率。调用PID控制参数，过程变量小于设定值时，PID控制值输出，反之，备用电机工作，过温保护。

3、中央空调的远程监控

中央空调的远程监控可以有很多种，本文使用的的是现场总线控制系统（FCS），使用远程计算机直接对现场的空调设备进行监控。

计算机监控中心包括计算机、打印机、UPS、上位机软件、数据服务器等；监控中心通过网络介质（通信线）访问现场控制器，但在数据交换时，我们需要用到通信协议，在此，我们使用免费开放的通信协议Modbus或Profibus。目前，我们推荐使用Modbus通信方式，因为Modbus通信方式需要的硬件配置很简单：1套上位机软件（网络主站）、1个232/485转换器就可以与现场控制器（网络从站）建立通讯。

上位机（主站）采用组态软件，例如西门子的WINCC、亚控的组态王、昆仑通态等都可以，这些组态软件都集成了Modbus主站的功能，连接好硬件和设置好通信参数就行了。

下位机（从站）是现场中央空调控制器，如果我们采用的是PLC，基本都集成了Modbus从站的功能，在进行程序编写的时候，我们调用Modbus模块，并将需要监控的数据调进Modbus模块设定的地址就完成了。

总结

PLC控制技术的正确应用，使得中央空调实现了智能化控制、人性化控制、精密控制，提高了环境的舒适度。

参考文献

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[2] 郭永吉，王兴贵.PLC在中央空调改造系统中的应用[J].电气自动化，2007，29（5）

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