世纪长秋PLC、变频器在北海宾馆中央空调冷冻泵、冷却泵控制系统改造中应用

摘要：
　　本文介绍了利用可编程控制器、变频器改造宾馆中央空调冷冻泵、冷却泵控制系统，实现了技术升级、确保设备低耗运行，并提高了电气控制系统运行的可靠性。

关键词：
　　宾馆 中央空调 控制系统 PLC 变频器 改造

1 引言

　　汽包水位 给水流量 蒸汽流量 三冲量 自动控制系统 燃烧过程控制在宾馆里，中央空调是不可决少的，耗电非常大，空调主要是用来实现室内的恒温，中央空调主要由制冷机、冷却水循环系统、风机盘管系统、风机和冷却塔等组成。中央空调工作原理图如图1所示。通常冷冻水泵的容量是按最高温度、满住率，并在此基础上留有10-20%的余量设计，在一年四季中，水泵系统长期在固定的最大水流量工作，由于季节、昼夜及住房率变化大，空调实际的热负载在绝大部分时间内远比设计负载低。与决定水泵流量和压力的最大设计负载（负荷率100%）相比，一年中负荷率在50%以下的运行时间将近一半，一般冷冻水设计温度为5---7℃，而事实上在全年决大部分时间冷冻水的温度仅为2---4℃，即水泵却是全功率运行，增加了管道能量损失，浪费了水泵运行的输送能量。这就存在能量的无效使用，而通过变频调速技术就能实现自动调节流量并显著节能的效果，用PLC改造传统电气控制系统的则使运行可靠性大大加强。

2 变频调速功能

2.1 变频器节能原理：
　　变频器是输出频率可改变的交流电力拖动设备。变频器调速的主要工作原理是将供给 电机定子的三相交流工频电经大功率整流元件整流，变成直流，再将直流电用正弦波脉宽调节技术逆变为频率可调、幅度也随之改变的三相交流电，以此为电源再供给电机使用。
　　由水泵的工作原理可知：风机、水泵特性：Q∝n H∝n2 P∝n3
即流量与转速成正比，压力与转速平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。
根据公式：转速

　　其中f为电源频率，我国工频为50HZ，P为极对数，S为转差率，那么调节电动机电源频率就可调节电动机转速，调节电机转速也就是调节它的负载转速，那么，根据风机、水泵特性可知，调节风机水泵的转速可以达到调节流（风）量的目的，同时，显著调节轴功率。通过在水泵加装变频器，，则可实现自动调节控制，可使系统工作平缓稳定。并通过变频节能收回投资。如图2所示，图中阴影部分为同一台水泵的工频运行状态与变频运行状态在随着流量变化所耗的功率差。因此，随热负载而改变水量的变流量空调水系统显示了巨大的优越性。

2.2 变频技术应用：
　　中央空调系统采用变频调速技术，电机可在很宽范围内平滑调速，可将所有节流阀去掉，使管道畅通，可免去节流损耗。通过改变电机转速而改变水的流速，从而改变水流量，达 到制冷机正常工作要求和平衡热负荷所需冷量要求，达到节能目的。采用变频调速技术的关键是电机转速的可调和可控。电机的变频调速系统是由PLC控制器进行切换和控制的。

3 PLC控制变频调速系统工作原理：

　　3.1 采用性能可靠的松下系列PLC为控制核心，所有输入信号起停，保护都通过光电隔离输入到PLC的输入口，利用专用编程软件，根据控制要求对PLC进行梯形图编程，PLC输出控制变频器的起停。采用PLC控制后，可取消全部时间继电器和中间继电器，所有逻辑控制通过梯形图软编程，在不用改变控制线路的情况下，可随时按控制要求修改程序，实现新的控制方案，灵活性相当高；并具有强大的通讯接口，可与上位电脑相连，，实现远程监控，为将来联网控制留 有接口，具有良好的扩展性，能与其他控制系统协调工作。变频器调速控制电路简单， 克服传统线路易出故障的缺点，降低了事故发生。

3.2 根据空调系统的实际情况，设计应包括以下几点：
（1）冷却系统、冷冻系统各装1台变频器。
（2）可根据一天内不同阶段的冷量要求，设置不同要求运行。
（3）常用与备用可切换。
（4）变频控制与原控制间可换，确保设备正常运行。

3.3 控制系统的主电路图

3.4 冷冻泵、冷却泵PLC的控制系统图

　　PLC软件采用梯形图语言，实现各种逻辑控制、变频器启动控制及手动/自动，工频/变频转换和故障自动切换等功能。
（1）I/O接口图

（2）系统软件编程图

4、结束语

　　（1）新的控制方案已于2004年底在北海公路宾馆投入使用，达到大幅度节电效果，具体比较如下：

在冷冻泵、冷却泵上应用变频器，一般都有40%的节电率。
　　每天节约的电费=电机功率×每天运行时间×节电率×电价
=（45KW+55KW）×24小时×40%×0.81/度
　　而改造费大约十万元，投资回收期=100000÷583≈170（天）
　　通过以上分析计算，改造后系统经济效益可观，符合《中华人民共和国节约能源法》。
　　（2）对电机实现了软起动、软制动，大大降低了起动电流、避免了对电机和电网的冲击；
　　（3）电机运行噪音减小、温升降低、震动减少、负载运行顺滑平衡；
　　（4）大幅度改善电机的功率因素；
　　（5）具有过流、过压、短路、缺相等多种保护功能，增强了对电机及所带负载的保护功能。
　　（6）在任意一设定的频率下，电机都能以最佳效率运行；
　　（7）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；
　　（8）利用PLC 实现各种逻辑控制、变频器启动控制及手动/自动，工频/变频转换和故障自动切换等功能，是系统控制灵活方便，功能齐全。

参 考 文 献
[1] 日本日立变频技术手册
[2] 松下PLC编程技术手册