变频器和PLC在中央空调水系统和风机中的应用_图文

1、、城建水业通用机械） 浙江工商职业技术学院（浙江）李方园摘要】大多数中央空调的系统设计以最大冷负荷为最大功率驱动。这样就造成实际需要冷负荷与最大功率输出之间的矛盾，从而带来了巨大的能源浪费。介绍了一种新颖的控制方式，它采用国际上最为流行成熟的交流调速技术、控制技术，能对中央空调的水系统和风机实现全自动闭环控制。关键词】变频器中央空调循环水风机一前言大部分建筑物在一年当中，只有几十天时间里中央空调才处于最大负荷。中央空调冷负荷，始终处于动态变化之中，如每天早晚、季节交替，每年轮回及环境等等都实时影响中央空调冷负荷。据实际调查，大多数建筑物每年至少其冷负荷在嘲范围内波动。而大多数中央空调，因系统设

2、计多数以最大冷负荷为最大功率驱动。这样就造成实际需要冷负荷与最大功率输出之间的矛盾，从而带来了巨大的能源浪费，给使用方造成巨额电费支出，增加经营者的成本，降低经营竞争力，本文将介绍一种新颖的控制方式。它采用国际上最为流行成熟的交流调速技术、控制技术，能对中央空调的水系统和风机实现全自动闭环控制。中央空调水循环系统的变频控制设计图所示为中央空调水循环控制原理。在中央空调系统中。主要分为冷冻主机、冷冻水（热水）循环系统冷却水循环系统，智能控制装置主要控制的对象为冷冻水（热水）回路和冷却水回路。匕图中央空调水循环控镧原理，智能控制装置，矗冷却水泵冷却塔主机热交换嚣冷冻水循环的控制冷冻水系统由冷冻泵及

3、冷冻水管道组成，从冷水机组流出的冷冻水由冷冻水泵加压送入冷冻水管道，在个房间内进行热交换，带走房间内热量，从而使房间内的温度下降。冷冻水泵的控制方式为：最高层（或最不利端）压力控制在高层的中央空调系统中，由于各层的空调机想对应于热负载的变动开闭冷水进口阀，以此调节室温。由于冷冻水的流量经常发生变化，引起最高层水压的较大变化，为了解决该问题，需要控制冷水泵的出水阀，以保持最高层水压大致恒定，但大多数应用场合，都是保持出水阀门开度一定，任随压力变化。如果这样，会导致压力损失大，效率低。此时若采用转速控制，以保持最佳压力，可防止压力损失并较大幅度提高效率并取得好的节能效果。冷却水循环的控制冷却系统由

4、冷却泵及冷却水管道及冷却塔组成。冷水机组进行热交换，是水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再降了温的冷却水，送回到冷水机组。如此不断循环，带走冷水机组释放的热量冷却水泵的控制方式为：恒温差控制。由于冷却塔的水温是随环境温度而变化的，其单侧水温不能准确地反映冷冻机组产生热量的多少。所以，对于冷却水泵，以进水和回水的温差作为控制依据，实现进水和回水间的恒温差控制是比较合理的。温差大，说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水的循环速度，反之则应该降低转速。中央空调水系统的变频控

5、制原理中央空调水循环系统的变频控制原理如图所示，包括人机界面、的模块和模拟量模块。其中人机界面负责数据设定（压差或温差设定），数据显示（温度，温差，压力，开关量电动机开关量输出圈中央空调水循环控制图温温度度城建水业通用机械罨、压差），状态设定和显示，以及维修说明书等帮助画面。模块负责包括内置的顺序程序控制。模拟量模块为入出，输入量为温度或压力和（表示进水回路，表示出水回路），输出量为电动机转速信号（控制变频器的信号）。（）人机界面系统采用人机界面，是以文字或指示灯等形式监视内部寄存器或继电器的数值及状态，而使操作人员能够自如地控制机器设备，是一款性价比高的产品。（）模拟量和控制采用内置的）功能

6、，所谓）控制，就是使一个过程按预设值（）保持其为稳定状态的控制过程，通过设定值和过程反馈值进行比较，当两项值有差别时，控制器输出执行值来减少这种差异。包括三个控制量比例、积分微分。由中央空调水循环系统的控制图可以看出，本智能控制设备采用恒压差或恒温差控制，模拟信号输入和输出通过模块，设定数据通过操作，具体示意如图模快模拟量模快图控制示意（）变频器选型由于本系统采用的控制功能，所以对变频器的选型并无特殊要求，只需选用通用变频器，如公司的。节能预估根据流体力学原理，流量与转速丹的一次方成正比，管压与转速的二次方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。当所需流量减少，离心泵转速降低时，其功率按转速的三次

7、方下降。如所需流量的，则转速也下降为额定转速的，而轴功率降；当所需流量为而额定流量的时，而轴功率降。、吼城建水业通用机械当然，转速降低时，效率也会有所下降，同时还应考虑控制装置的附加损耗等影响。即使如此，这种节电效果也非常可观。通过实践证明，凤机水泵类，节能。综合实际运行效果，对冷冻泵拖动系统、冷却泵拖动系统、风机（包括室内风机和冷却塔风机）拖动系统实施智能变频柜后的基本节能效果为，最小节能，最大达。三，中央空调变频风机的几种控制方式目前的中央空调系统中，变频风机正在被广泛使，用，其有如下突出的优点：节能潜力大，控制灵活，可避免冷冻水、冷凝水上顶棚的麻烦等。然而变频风机系统需要精心设计，精心施

8、工，精心调试和精心管理，否则有可能产生诸如新风不足，气流组织不好，房间负压或正压过大，噪声偏大，系统运行不稳定，节能效果不明显等一系列问题。这里介绍在中央空调中变频风机的几种控制方式的原理和适用场合。变频风机的静压控制方式送风机的空气处理装置是采用冷热水来调节空气温度的热交换器，冷、热水是通过冷热源装置对水进行加温或冷却而得到的。大型商场人员较集中且面积较大的场所常使用此类装置。图所示给出了一个空气处理装置中送风机的静压控制系统。在第一个空气末端装置的处设置静压：传感器，通过改变送风机人口的导叶或风机转速的办法来控制系统静压。如果送风干管不只一条，则需设置多个静压传感器，通过比较，用静压要求最

9、低的传感器控；制风机。风管静压的设定值（主送风管道末端最后一个口支管前的静压）一般取之间。若各通风口挡板开启数增加，则静压值比给定值低，控制风机转速增加，加大送风量。若各通风挡板开启数减少，静压值上升，控制风机转速下降，送风量减少，静压又降低，从而形成了一个静压控制的闭环。在静旺控制算法中，通常采用两种方式，即定静压控制法和变静压控制法。定静压控制法是系统控制器根据设于主风道处的静压传感器检测值与设定值的偏差，变频调节送风机转速，以维持风道内静压一定。变静压控制法即利用数据通信技术，系统控制器综合各末端的阀位信号，来判断系统送风量盈亏，并变频调节送风机转速，满足末端送风量需要。由于变静压控制法

10、在部分负荷下风机输出静压低，末端风阀开度大，噪声低，风机节能效果好，同时又能充分保证每个末端的风量需要。控制管道静压的好处是有利于系统稳定运行并排除各末端装置在调节过程中的相互影响。此种静压控制方式特别适合干上下楼或被隔开的各个房间内用一台空气处理装置和公用管道进行空气调节的场合，如在商务大厦的标准办公层得到了广泛的应用。变频风机的恒温控制方式在室内空调要求有诸如舒适性等要求较高而空间又不是太过于大的空调区域内，可以使用恒温控制。恒温控制中必须注意以下几个方面：温控系统的热容量比较大，控制指令发出后，不是瞬间响应响应速度慢；外界条件如气温、日照等对温控系统的影响很大，因为控制对象为气体，温度检

11、测传感器的安装位置非常重要。本控制方式利用了变频器内置的算法进行温度控制，当通过传感器采集的被测温度偏离所希望的给定值时，程序可根据测量信号与给定值的偏差进行比围中央空调送风机的压，控制例（）、积分（）微分（）运算，从而输出某个适当的控制信号给执行机构（即变频器），提高或降低转速，促使测量值室温恢复到给定值，达到自动控制的效果，如图所示。比例运算是指输出控制量与偏差的比例关系。积分运算的目的是消除静差。只要偏差存在，积分作用将控制量向使偏差消除的方向移动。比例作用和积分作用是对控制结果的修正动作，响应较慢。微分作用是为了消除其缺点而补充的。微分作用根据偏差产生的速度对输出量进行修正，使控制过程

12、尽快恢复到原来的控制状态，微分时间是表示微分作用强度的单位。恒温控制中必须要注意的正作用和反作用，也就是说在夏季（使用冷气）和冬季（使用暖气）是不一样的。在使用冷气中，如果检测到的温度高于设定温度时，变频器就必须加大输出频率；而在使用暖气中，如果检测到温度高于设定温度时，变频器就必须降低输出频率。因此，必须在控制系统增设夏季冬季切换开关以保证控制的准确性。空气风图变频风机的恒温控制变频风机的多段速变风量控制方式在大型的空调大楼中，由于所需要的空气量是随着楼内人数及昼夜大气温度的变化而不同，所以相应地对风量进行调节可以减少输入风扇的电能并调整主机的热负载。人少时，如周末、星期日、节假日，空气需求

13、量少。所以考虑这些具体情况来改变吸气扇转速，控制进风量，可减少吸气扇电动机的能耗，同时还可以减轻输入暖气时锅炉的热负载和输入冷气时制冷机的热负载。图所示为某大楼在不同的工作时段内（平时、周六、周日或节假日）的风量需求量，该风量必须根据二氧化碳浓度等环境标准来确定最少必需量。由于通常在设计中都留有一定的余量因此可以按高速时、中速时、低速时的进风量来进行多段速控制。城建水业透雨机械啪、衙该控制方式是基于对风量需求进行经验估算的基础上进行的程序控制。如在某地铁线的车站内安装有个体积小巧的可开启表冷器和台变频风机，整个系统由电脑控制。工作人员首先按照地铁客流峰谷表编好调温程序，控制风机转速：高峰时车站

14、温度高，变频风机吹出较大风量，人少时车站里温度相对较低，风机风量较小，从而站台的温度可控制在，站厅温度控制在，乘客舒适度大为提高。田变频风机的多段速控制四结束语通过对中央空调水系统和风机采用变频器和控制后，就可以采用恒参数（压力、压差、温度及温差等）进行工作，当参数减小或增加时，通过降低或增加水泵转速减小或增加供水（或风）量，以保持空调管网参数恒定，从而达到高效节能目的。参考文献【】李方园变额器行业应用实践【】北京：中国电力出版社，【】李方园变频器应用技术【】北京：科学出版社，【】叶大法，杨国荣，董涛双风道变风量空调系统设计【】暖通空调，）（收稿日期：）卯蛐基嘲歧基一鹾 变频器和PLC在中央空

15、调水系统和风机中的应用作者：李方园， Li Fangyuan作者单位：浙江工商职业技术学院,浙江,315012刊名：通用机械英文刊名：GENERAL MACHINERY年，卷(期：2009，(3被引用次数：0次参考文献(3条1. 李方园 变频器行业应用实践 20062. 李方园 变频器应用技术 20083. 叶大法. 杨国荣. 董涛 双风道变风量空调系统设计 2008(01相似文献(10条1.期刊论文 韩岳平. 黄立新. HAN Yue-ping. HUANG Li-xin Danfoss FC300变频器与S7-300 PLC 的数据通信 -自动化技术与应用2010,29(5为厂实现Siem

16、ens S7-300 PLC对Danfoss FC300变频器的有效控制,需要解决Danfoss FC300变频器与PLC的通信问题.文中通过深入分析DanfossFC300变频器的通信协议,介绍S7-300 PLC的编程方法,提供了Danfoss FC300变频器与PLC通信的解决方案.文中所涉及的变频器通信问题对许多厂家具有借鉴意义.2.期刊论文 刘彦伟. 黄新建. 戴方军. LIU Yan-wei. HUANG Xin-jian. DAI Fang-jun 台达PLC通过RS485网络控制变频器在铣边机床上的应用 -机床电器2009,36(6本文介绍了在专用卧式铣边机床电气系统设计中,台

17、达PLC作为主站与多台VFD-B矢量变频器通过RS485网络通信进行调速控制应用,充分体现了台达变频器与PLC的通信功能及便利性,说明了变频器与PLC的结合应用是目前控制电动机调速方面既先进又经济的一种方法.3.期刊论文 刘阿玲. Liu Aling 基于FATEK PLC与LG变频器组合控制技术的应用 -济南职业学院学报2008(6在工业自动化控制系统中,PLC与变频器组合,可以方便调节电机转速,尤其在机电运动系统中应用广泛.首先讨论PLC联合变频器控制电机的模式,分析其关键技术,选用FATEK PLC组合LG变频器作为控制系统的中心的方案,举例说明了系统实现方法.该电控系统经济实用,也符合

18、用户选择控制方案价格逐渐低廉的趋势.结语中分析了PLC与变频器组合控制的发展方向.4.期刊论文 张士磊. 赵新蕖 基于PLC和组态软件的变频器监控系统设计 -工矿自动化2010,36(3提出了一种基于PLC和组态软件的变频器监控系统的设计方案.该系统由安装有西门子WinCC V6.0组态软件的监控主机、S7-200 PLC和多台带有RS485通信接口的变频器组成,S7-200 PLC一方面通过串行通信口与监控主机通信,接收监控部分对变频器的参数设置和控制命令;另一方面通过RS485总线与变频器通信,对变频器进行启停控制、频率增加控制等操作.现场调试和运行表明,该系统实现了变频器运行过程和状态的

19、远程监控,有效地提高了生产过程的自动化和智能化水平.5.期刊论文 王立忠. 王广德. 刘洪波. 魏茂彬. 丛琳. WANG Li-zhong. WANG Guangd-e. LIU Hong-bo. WEI Mao-bin. CONG Lin 变频器与PLC通讯的设计方法 -吉林师范大学学报(自然科学版2008,29(4变频器和可编程控制器是现代工业控制的主要设备之一.本文介绍一种简便的PLC与变频器通讯方法，包括硬件连接和变频器参数的设置及通信协议设置.只需在PLC主机上安装一块RS-485通讯板或挂接一块RS-485通讯模块，并在PLC的面板下嵌入一块"功能扩展存储盒"，编写相应的PLC梯形图指令，即可实现变频器参数的读取、写入、各种运行的监视和控制，还可以与触摸屏进行通信显示各种信息.6.期刊论文 黄堃. HUANG Kun 一种以PLC和变频器为核心的恒压供水系统的应用 -无锡职业技术学院学报2007,6(4该文介绍了采用PLC和变频器控制的变频调速恒压供水系统,由PLC进行逻辑控制,由变频器进行压力调节.PLC和变频器作为控制系统的核心部件,经过变频器内部的PID运算,通过PLC控制变频与工频的切换,实现闭环自动调节恒压供水.系统具有压力稳定、节能、工作可靠等优点.7.期刊论文 黄金凤. 张进. 李占贤. 孙淑惠. HUANG Jin-feng.