基于PLC控制的中央空调节能改造

摘要 介绍PLC、变频器改造中央空调冷冻泵、冷却泵控制系统的方法。变频技术应用于中央空调系统，实现中央空调的技术升级，确保设备低耗运行，提高电气控制系统运行的可靠性。

关键词 PLC 变频器；中央空调系统；节能改造；温度控制

中图分类号：TB657.2 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2009）06-0089-02

1 引言

中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行的时候比较少，几乎绝大部分时间负载都在70%以下。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节、气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，只要启动中央空调主机，水泵在工频下运行，也就是一直在满负荷状态下工作，导致电能的严重浪费。利用变频调速技术可大大降低水泵电机运行频率，从而降低电机转速，使循环水流量恰到好处地根据空调房间的需要与制冷量实时匹配，从而轻而易举地将部分电能节约下来[1]。

2 中央空调的构成及原理

中央空调系统主要有制冷机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、风机盘管系统。

2.1 制冷主机通往各个房间的循环水由制冷机组进行内部热交换提供，使冷冻水降温为5 ℃～7 ℃，并通过冷冻水循环系统向各个房间提供外部热交换源，内部热交换产生的热量由冷却水循环系统通过冷却塔向空气中排放，制冷机组也称为“制冷源”。

2.2 冷冻水循环系统由冷冻泵与冷冻管道组成，从制冷机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻管道，在各个房间内进行热交换，带走房间的热量，使房间内的温度降低。

2.3 冷却水循环系统由冷却泵、冷却管道、冷却塔等组成。制冷机组进行热交换，使冷冻水降温的同时，必将释放大量热量，该部分热量由冷却水吸收，冷却泵将升了温的冷却水压入水塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后将降了温的冷却水送回到制冷机组，如此反复循环。

2.4 风机盘管系统用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间。

本文主要讲述冷却水、冷冻水系统的变频调速技术改造。

3 制冷主机、冷冻泵和冷却泵的控制系统

3.1 硬件配置及控制系统如图1所示，选用西门子S7-200PLC作为主控单元，主机模块CPU226（继电器型），模拟量模块EM232两只，人机界面HITECH PSW6600S-S，开关电源各一只，热电阻模块EM231RTD三只[2]。

3.2 主机系统控制要求1）根据当前出水温度及设定值对系统采取加载、卸载和保持相应控制措施；2）具有故障检测与报警功能，能查询当前故障和历史故障记录；3）定时控制功能，能自动开关机组；4）系统和压机的保护功能齐全。

3.3 冷冻水系统控制将实际回水温度减去实际出水温度，并与实际温差做比较进行PID控制。冷冻水系统逻辑控制：PLC主机首先控制冷冻水出水和回水阀门，延时5秒钟启动冷冻水循环泵，冷冻水泵由变频器控制运行（主电路分开，变频器频率信号一样），变频器频率由模拟量EM232模块输出电流信号控制。当设定温差大于实际温差时，表明实际供冷量不足以满足空调房间需要，需要增加冷量，PLC控制模拟量输出电流增加，从而提高冷冻泵转速以使实际供冷量增加，则实际温差会逐渐减小直至接近设定温差；当设定温差小于实际温差时，表明实际供冷量有富余超过空调房间的需要，需要减小冷量，PLC控制输出电流减小，从而降低冷冻泵转速以使实际供冷量减小，则实际温差会逐渐减小直至接近设定温差[3]。

3.4 冷却水系统控制冷却水系统逻辑控制原理同冷冻水系统控制。

3.5 主要功能

1）空调用户可通过人机界面设定制冷出水温度，查看机组实际运行状态，包括压机的实际负荷，空调泵、冷却泵运行状态等。

2）通过EM231RTD实时监测实际的蒸发器出水/进水温度，冷凝器出水/进水温度，压机的排气温度。

3）程序根据实际的出水温度和设定温度，通过比较计算决定主机系统在加载区或卸载区和保持区。根据冷冻水出水和回水温差实际值和设定值的差值，适时调节冷冻泵的速度；根据冷却水出水和回水的温度差值，适时调节冷却泵的速度。

4）保护功能：程序适时监测各保护点的输入状态，空调泵、冷却泵的过载保护和水流开关异常时，停止机组运行。

4 结语

1）新的控制方案已于2006年底在某旅游学院投入使用，通过节能前和节能后的实际消耗电能进行比较，大约节能40%左右，投入运行一年左右即收回成本，达到大幅的节电效果。

2）对电机实现了软起动、软制动，大大降低起动电流，避免对电机和电网的冲击。

3）具有过流、过压、短路、缺相等多种保护功能，增强对电机及所带负载的保护功能。

4）能检测负载轻微的变化，并迅速调整输出功率，显示在操作屏上。

5）利用PLC实现各种逻辑控制、变频器起动控制及手动／自动、工频／变频转换和故障自动切换等功能。

6）使室温维持恒定，让人感到舒适。

参考文献

[1]冯垛生,张淼.变频器的应用与维护[M].广州:华南理工大学出版社,2001,9:208-210

[2]李道霖.电气控制与PLC原理及应用(西门子系列)[M].北京:电子工业出版社,2004,8:73-75

[3]丁莉.变流与调速技术应用[M].北京:化学工业出版社,2006,7:119-124