基于PLC的中央空调设计

第六章 节能设备调试

准备工作做好之后，就可以按照如下步骤调试：

1、安装柜调试

将控制柜安装在控制室，同时接好马达，传感器等的连接线；接线完毕后用万用表测试是否有短路现象，如果有则要排除问题出在哪里，如果没有问题则用兆欧表测量绝缘是否完好；确定绝缘没有问题后，将电源接入控制柜并送电。 2、手动运行调试

待电源送入控制柜后，首先开启控制电源，将写好的程序写入PLC主机，并在触摸屏上设定好参数，并把手自动切换开关打到手动挡，然后通过触摸屏测试水泵和风机是否反转，如果有则任意调换两相变频器输出端电源线；然后确认PLC主机和电量表通讯是否正常， PLC主机和远程监控室电脑通讯是否正常，如果异常则找出问题之所在。 3、自动运行调试

手动测试完毕后，进入自动运行测试，在触摸屏上设定自动启动和停止时间参数，看到了时间是否会自动启动以及停止；然后模拟变频器故障，确认PLC是否会发出报警信号，如果没有报警信号则要找出问题出在哪里。

4、传感器调试

用温度计检测各点温度，并核对温度传感器测量的温度是否和温度计测量的温度一直，如果不一致，则要校正温度，温度校正可以通过设置温度偏移量来实现；用压力计检测末端压力，并核对压力传感器测量的压力是否和压力计测量的压力一致，如果不一致则要校正压力。 5、PID控制调试

检测变频器频率是否根据实际温差与设定温差的变化而变化，如果变化，查看是否按照预定轨迹变化，如冷冻泵频率增加，实际温差是否会逐渐接近设定温差。

6、手动运行调试

以上几项都检测无误后，则设备可以投入试运行状态。在设备运行的头几天，一定要经常查看设备运行是否正常，是否会按照PLC程序运行。

第七章 总结

在科技日新月异的今天，积极推广高新技术的应用，使其转化为生产力，是我们工程技术人员应尽的社会责任。对落后的设备生产工艺进行技术革新，不仅可以提高生产质量、生产效率，创造可观的经济效益。对节能、环保等社会效益同样有着重要的意义。本设计就是针对节能而设计的，通过用PLC结合变频器和各个模块的相互作用，使得各用电设备能够理想的运行，不必空转浪费能源。虽然一次性投资较大，但从长远的经济利益来看是值得的。这里我们也借鉴了一些酒店改造的经验和实际效果，进一步验正了利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等组成的温差闭环自动控制系统，对中央空调系统的节能改造是可行的。可以达到我们当初设计的预期效果。

中央空调的节能控制使得电能和水能源得到了节省，室内的温度的变化不会很明显，当温差达到一定温度时，控制器就控制变频器调节循环水泵和风冷泵，使温差减小，使人在屋内有舒适的感觉。一年四季感觉一样舒服，夏天冷冬天热，将在更广阔的领域应用。

第八章 致谢

在一个学期的论文设计中，遇到了好多的困难，新软件学起来很困难，在同学的帮助下，在老师的教导下一步一步地我学会了应用，但学会了软件的应用，还不会编写程序，在这样的压力下到网络上，图书馆里收集相关资料，通过一个月的时间学习收集终于有了一点设计的思路了，大致的提纲罗列出来了，但真正的要往下写的时候却又很多很多的问题，一次次的向指导老师询问，还不时的向了解相关内容的同学学习了解，绘制图画，编写程序时，经常会出现一些失误，自己又没有发现，在同学之间进行互相参阅时给予纠正。

在此我向我的指导老师刘老师，帮助我的同学朋友给以诚挚的谢意，谢谢她们对我的关照。也谢谢学校提供的学习上的帮助，资料上的提供支持。

摘要

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，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。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，几乎长期在100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。

随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，达到节能目的提供了可靠的技术条件。 关键词：PLC 变频器 中央空调 节能改造 温度控制

ABSTRACT

The central air-conditioning system is one of modern large-scale building

essential supporting facilities, the electrical power consumption is huge, about 50% of the total power consumption of building. Because all the central air-conditioning

systems is designed based on its maximum loading. In fact, the system only has to run about ten days even 10 hours under the condition of maximum loading. It runs with 70% maximum loading most of the time. Usually the frozen host of system could adjust its loading automatically according to the change of temperature. But the refrigeration pump and cooling pump couldn’t adjust automatically and almost run with maximum loading for a long term and that is a waste of energy and also worsens running environment and running quality of central air-conditioning.

With the fast maturity of Frequency Conversion Technology, using organic combination of inverter, PLC, digital analog conversion module, temperature sensor and temperature module to thermoelectric closed-loop automatic control technology which can adjust output flow rate automatically to save energy.

Key words: PLC, Inverter, Central air conditioning, Energy saving reconstruction, Temperature control

第一章 绪论

中央空调系统已广泛应用于工业与民用领域，在宾馆、酒店、写字楼、商场、住院部大楼、工业厂房中的中央空调系统，其制冷压缩机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统等的容量大多是按照建筑物最大制冷、制热负荷选定的，且再留有充足余量。在没有使用具备负载随动调节特性的控制系统中，无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，能量的浪费是显而易见的。近年来由于电价的不断上涨，造成中央空调系统运行费用急剧上升，致使它在整个大厦营运成本费用中占据越来越大的比例，加之目前各生产、服务业竞争激烈，多数企业利润空间不够理想。因此电能费用的控制显然已经成为经营管理者所关注的问题所在。随着负荷变化而自动调节变化的变流量变频空调水系统和自适应智能负荷调节的压缩机系统应运而生，并逐渐显示其巨大的优越性，而且得到越来越多的被广泛推广与应用。随着PLC技术和变频器的发展，采用变频调速技术不仅能使空调系统发挥更加理想的工作状态，还能节省不必要的电能和水资源的浪费。

通过各个系统的出回水温度测定传送给PLC的PID，再由PID计算出温差来控制各变频器的频率，从而来调节电动机的运转速率。在冷冻循环水体统中，冷冻泵与盘管风机的协调运行使得房间内的温度不会有太大的偏差，让室内的人有舒适感，冷的水温在冷冻泵的作用下在循环系统中流动，当流过房间时吸热温度升高，高温水流经盘管时由风机降一部分温度，随后流回蒸发器与冷凝剂换热降温，温差大电动机运转加快，加速降温。在冷却循环水系统中，冷却泵与冷却塔风机的协调运行使得冷却水的温度很快降下来，与冷冻水换热，保证房间的适宜温度。

第二章 工艺流程图和节能示意图

2.1中央空调系统的工艺流程

中央空调系统一般主要由制冷压缩机系统、冷媒(冷冻和冷热)循环水系统、冷却循环水系统、盘管风机系统、冷却塔风机系统等组成。其工艺结构流程图如图1所示，在图1中制冷压缩机组通过压缩机将制冷剂(冷媒介质如r134a、r22等)压缩成液态后送蒸发器中，冷冻循环水系统通过冷冻水泵将常温水泵入蒸发器盘管中与冷媒进行间接热交换，这样原来的常温水就变成了低温冷冻水，冷冻水被送到各风机风口的冷却盘管中吸收盘管周围的空气热量，产生的低温空气由盘管风机吹送到各个房间，从而达到降温的目的。冷媒在蒸发器中被充分压缩并伴随热量吸收过程完成后，再被送到冷凝器中去恢复常压状态，以便冷媒在冷凝器中释放热量，其释放的热量正是通过循环冷却水系统的冷却水带走。冷却循环水系统将常温水通过冷却水泵泵入冷凝器热交换盘管后，再将这已变热的冷却水送到冷却塔上，由冷却塔对其进行自然冷却或通过冷却塔风机对其进行喷淋式强迫风冷，与大气之间进行充分热交换，使冷却水变回常温，以便再循环使用。在冬季需要制热时，中央空调系统仅需要通过冷热水泵(在夏季称为冷冻水泵)将常温水泵入蒸汽热交换器的盘管，通过与蒸汽的充分热交换后再将热水送到各楼层的风机盘管中，即可实现向用户提供供暖热风。

图1 中央空调系统工艺结构流程图

理解中央空调系统工艺流程对于节能改造的实现至关重要，从因果关系角度上看，冷冻水系统、冷却水系统、冷却塔风机系统均是主压缩机系统的从动系统。当主压缩机系统的负荷发生变化时，对冷冻水、冷却水的需求量和冷却塔需求的

冷却风量也发生相应的变化，正因如此，我们才有节能改造的必要前提条件，才有实现“按需分配”控制方案的可能。

中央空调的冷冻水和冷却水是2个独立的系统，冷冻水系统是指在机组和末端封盘之间循环的水系统，进出水温为12-7度，水温较低；冷却水系统是指在机组和室外散热设备之间循环的水系统，进出水温为37-32度，水温较高，冷却水的散热通用散热设备的有冷却塔、室外冷凝器、地下水等。

空调冷冻水是与蒸发器相连空调系统中的水，而冷却水是通过冷凝器与冷却塔相连的水系统。

通俗点说，冷冻水就是在进入建筑物室内的水，用这些水带走房间的热量到机房。但是冷冻水是循环的，它从室内带的热量，又需要其他物质给交换带走，这个物质就是冷却水。

冷冻水／冷却水／冷凝水可以放在一起理解，水系统中主机与末端是通过冷冻水换热，主机与冷却塔经过冷却水换热，末端空气处理设备在得到冷冻水的冷热量后与室内空气换热会产生凝结水

冷冻水是只通过制冷机使其温度下降后再流向冷却工艺的循环水，主要用于中央空调和工厂中需低温冷却的系统。就冷却系统的构成而言，冷冻水分为密闭式和非密闭式，非密闭式又分为部分敞开式和喷淋式两种类型。中央空调冷冻水系统多为密闭式；工厂中冷冻水系统多为敞开式，如天津大沽化工厂某分厂7℃水；带有喷淋装置的冷冻水系统主要见于需进行空气洗涤和控制空气湿度的地方，如纺织厂、电子元器件制造车间等。上述几种不同形式的冷冻水系统，有着许多共同的特点。 2.1.1冷冻水的特点

浓缩倍数基本保持不变。密闭式冷冻水系统在循环过程中，由于不与空气接触，没有蒸发，所以水量基本上没有损失。部分敞开式冷冻水系统仅是冷水池敞口部分暴露于空气之中，与空气之间的交换量很少，可以忽略不计，故在循环过程中几乎没有水量损失。带有喷淋装置的冷冻水系统，夏季在循环过程中有特殊的吸湿现象，即在循环过程中没有水量损失，反而因空气中的水蒸气进入系统而使系统中的离子浓度低于补充水。由于这种现象在某些地区引起冷冻水变化较大，也是药量损失的主要因素，应引起重视，采取相应措施。而在冬季由于对空气起增湿作用冷冻水有一定的浓缩。 2.1.2冷却水

1、冷却水温度对冷水机组制冷量的影响

我们都知遭 :从运行费来讲，在制冷主机制冷量一定的情况下，冷凝温度越低，制冷系数越大，耗能量就越小。据测算，冷凝温度每增加1℃，单位制冷量

的耗功率约增加3%-4%.所以，从这一角度来讲，保持冷凝温度稳定对提高冷水机组的制冷量是有益的。但为达到此目的，需采取以下措施:增加冷凝器的换热面积和冷却水的水量;或提高冷凝器的传热系数，但是，对于一个空调冷却系统来说，增加冷凝器的面积几乎是不可能的。增加冷却水的水量势必增加水在冷凝器内的流速，这将影响制冷机的寿命，同时还增加了冷却水泵的耗电和管材浪费等一系列问题，而且效果也不尽理想。增大冷却塔的型号，考虑一定量的富余系数尚可，但如果盲目加大冷却塔的型号，以追求降低冷却水温也是得不偿失的，而且，冷却水温度还受当地气象参数的限制。提高冷凝器冷却水侧的放热系数，是实际和有效的，而提高放热系的有效途径是减小水侧的污垢热阻，对冷却水补水进行有效的处理. 2、 冷却水的补水问题

冷却塔水量损失，包括三部分 :蒸发损失，风吹损失和排污损失，即: Qm=Qe+ Qw+Qb

式中 :Qm为冷却塔水量损失；Qe为燕发水量损失；Qw为风吹量损失；Qb为排污水量损失。

(1) 蒸发损失 Qe= (0.001+0.00002θ) Δt Q (1)

式中 :Qe为蒸发损失量； Δt为冷却塔进出水温度差；Q为循环水量；θ为空气的干球温度。

(2) 风吹损失水量

对于有除水器的机械通风冷却塔，风吹损失量为Qw=(0.2%～0.3%)Q (2) (3) 排污和渗漏损失

该损失是比较机动的一项，它与循环冷却水质要求、处理方法、补充水的水质及循环水的 浓缩倍数有关 .浓缩倍数的计算公式: N =Cr/Cm

式中 :N为浓缩倍数；Cr为循环冷却水的含盐量；Cm为补充水的含盐量. 根据循环冷却水系统的含盐量平衡，补充水带进系统的含盐最应等于排污，风吹和渗偏水中所带走的含盐量 .

QmCm= (Qw+Qb)Cr

N =Cr/Cm=Qm/(Qw+Qb)=( Qe+ Qw+Qb)/( Qw+Qb) (3) Qm= QeN/(N 一1)

浓缩倍数为补充水含盐量和经浓缩后冷却水中的含盐量之比，《建筑给水排水设计手册》推荐 N值，一般情况下最高不超过5～6。N值过大，排污和渗漏损失大，必然造成水浪费，N值过小，补水量小，冷却水浓度大，会造成系统的污垢和腐蚀。

由式(1)可以计算出蒸发水量，再由(2)风吹损失水量，最后由式(3)计算出排污和渗漏损失水量。 3 、冷却水的水质

目前，由于空调冷却系统大多数为敞开式循环系统，它效果好，造价低，在工程中得到广泛应用，但是经蒸发冷却后浓缩，水中的 C,Mg,Cl,Si等离子，溶

冷却系统同样采用这样的方法，当温差小于4℃时，变频器运行频率下降，每次调整0.5HZ；当温差大于6℃时，变频器运行频率上升，每次调整0.5HZ；当冷冻水温差在4-6℃时不调整变频器的运行频率。从而保证冷却泵进出水温差的恒定，实现节能运行。

冷冻水出水温度传感器+-+-+-+-+-冷热水出水温度传感器传感器水回水温水温度度传感器传感器水温度冷冻（热）冷却水出冷却水回冷冻系统冷却系统末端压力末端压力传感器+-传感器+-RAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-EM235RAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-EM235

ML+M0V0I0增益偏移量配置开关ML+M0V0I0增益偏移量配置开关.M.冷冻变频器1#频率信号M..冷冻变频器2#频率信号

MMM0.

冷冷却却变变V0L+频频.I0EM232地器器.2#频1#频M1.V1.率率.I1.信信号号..盘冷.M0M管却风塔V0L+机频.I0EM232地频率.率M1.信信号V1.号.I1...+24VM

4.5系统程序流程图

启动冷冻泵冷却塔风机冷却泵盘管风机> 37冷冻水回水温度冷冻水出水温度冷却水回水温度冷却水出水温度> 25500ms采集一次温度500ms采集一次温度调用子程序> 7温差< 5调用子程序> 6温差< 4盘管风机频率上升冷冻泵频率上升维持冷冻泵频率下降盘管风机频率下降冷却塔风机频率上升冷却泵频率上升维持冷却泵频率下降冷却塔风机频率下降报警报警停止

第五章 PLC的主要程序分析

温度采样周期，因温度变化缓慢，时间定为5秒能满足实际需要；当温差小于5℃时，变频器运行频率下降，每次调整0.5HZ；当温差大于7℃时，变频器运行频率上升，每次调整0.5HZ；当冷冻水温差在5-7℃时不调整变频器的运行频率。从而保证冷冻泵进出水的温差恒定，实现节能运行。

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