plc与变频器在中央空调系统节能改造中的应用

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1、PLC与变频器在中央空调系统节能改造中的应用广州开发区机关事务管理局广东广州510000摘要：如今随着节能减排的发展口号不断普及，中央空调的节能改造得到了重视。木文主要针对PLC与变频器在中央空调系统节能改造中的应用展开了探讨，对变频节能改造和系统节能改造作了系统的分析，以期能为中央空调的节能改造提供参考借鉴。关键词：中央空调系统；PLC;变频器；节能改造；应用0引言中央空调耗电量在建筑耗电量中占较大的比重，因此对中央空调进行节能改造具有着重要意义。而在实际的改造过程中，PLC与变频器的应用，可以提高中央空调的自动化程度和保障中央空调

2、的稳定运行。基于此，木文就PLC与变频器在中央空调系统节能改造中的应用进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。1原中央空调系统概况1.1系统组成某商贸大厦中央空调机组系统，主要由冷冻水循环系统、冷却水循环系统及主机3部分组成。其主要设备为200kW水冷冷水机组，单机制冷量400USRT、25kW冷冻水泵2台、35kW冷却泵2台，电动机均采用星形-三角形减压启动。冷却塔3座，每座配有风机1台，电动机额定功率为5.0kW,采用直接启动。1.2系统运行状况这栋建筑冷冻泵电动机和冷却泵整年都以恒定速度运行，冷却水和冷冻水回出水温差大约

3、是2°C,釆取继电-接触器控制。原系统的最大负荷是按最不好的情况（即气温最酷热、负荷最大的条件）来制定的，并留有一定的余地，但实际上系统很少在这种极限条件下运行，1年中只有几十天时间中央空调处于最大负荷。这样中央空调系统大部分时间都是运行在部分负荷状态下，也会增加系统的电能消耗。由于原系统采用传统的继电-接触器控制，水泵在启动和停止时，会出现水锤现象，对管网产生较人的冲击，容易对管道、阀门等造成破坏，额外增加了设备维修量和费用。2变频节能改造措施2.1水泵变频调速的节能原理由流体力学可知，水泵的流量Q与其转速n成正比，扬程H(输出压力

4、)与其转速n的二次方成正比，输出功率P与其转速n的三次方成正比。由电机学可知，电动机的转速与电源的频率成正比，在不考虑机械传动部分能量损耗的条件下，可以推出水泵的输出功率P与电源频率f的三次方成正比。因此，降低电源频率，水泵的输出功率将快速下降。如将水泵电动机的电源频率由50Hz调为40Hz,理论上，频率40Hz与频率50Hz的输出功率之比为(40/50)3=0.512,则水泵的节电率为[1-(40/50)3]×100%=48.8%o2.2节能改造措施中央空调各循环水系统的冋水与出水的温度之差，反映了整个系统需要进行的热交

5、换量。因此，根据冋水与出水的温差来控制循环水的流量，从而控制热交换的速度，是首选的节能控制方法。利用PLC、变频器和温度模块组成温差闭环的自动控制系统，跟随冋水与出水温差的变化，自动调节水泵的输出流量,实现节能的0的。2.2.1冷却水循环系统的定温差控制由于系统中冷却泵功率为35kW，约占主机功率的30%，冷却水循环系统同吋受室外环境温度和室内热负荷两个因素影响，循环水管道单侧的水温不能准确反映该系统的热交换量。因此，以出水与冋水之间的温差作为控制室内温度是较为合理的节能方式。在外界环境温度不变的情况下，温差大，说明室内热负荷较大，应

6、提高冷却泵的转速，增加冷却水循环的速度，反之，温差小则减小冷却泵转速。2.2.2冷冻泵水循环系统的控制冷冻水的出水温度主要由主机的制冷效果决定的，通常比较稳定，所以冷冻冋水温度可以准确地反映室内的热负荷情况。因此，对于冷冻水循环系统的节能改造，可以采用冋水温度作为控制指标，通过变频器对冷冻泵流量的自动调节来实现对室内温度的控制。3系统节能改造设计为了用户直观方便地使用，采用PLC、变频器、触摸屏组成的控制系统结构如图1所示。2台冷却泵Ml、M2和2台冷冻水泵M3、M4的转速控制采用变频节能改造方案。正常情况下，系统运行在变频节能状态，

7、其上限运行频率为50Hz,下限运行频率为40Hz;当变频节能系统出现故障吋，可以启动原水泵的控制冋路使电动机投入工频运行；在变频节能状态下可以自动调节频率，也可以手动调节频率，每次的调节量为0.5Hz。冷冻水泵（或冷却泵）之间可以进行手动轮换。图1控制系统的功能结构图下面仅以冷却泵为例介绍其节能改造的设计。3.1系统硬件设计方案冷却泵Ml主电路原理图如图2所示。接触器KM2为Ml的变频接触器，当KM2接通后，Ml进入变频节能运行状态，接触器KM1为Ml的工频接触器，通过KM1可启动原水泵的控制电路使其投入工频运行；而冷却泵M2主电路原

8、理图与Ml相似，接触器KM4、KM3依次为冷却泵M2变频接触器、工频接触器，两台冷却泵的变频接触器通过PLC控制，工频接触器通过继电-接触器系统控制，变频接触器和工频接触器之间采用电气联锁保护。图2冷却泵主电路原理图控制