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PLC、變頻器在北海賓館空調(diào)冷凍泵、冷卻泵控制系統(tǒng)改造中應(yīng)用

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摘要：　　本文介紹了利用可編程控制器、變頻器改造賓館空調(diào)冷凍泵、冷卻泵控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了技術(shù)升級、確保設(shè)備低耗運行，并提高了電氣控制系統(tǒng)運行的可靠性

詳細介紹

摘要：
　　本文介紹了利用可編程控制器、變頻器改造賓館空調(diào)冷凍泵、冷卻泵控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了技術(shù)升級、確保設(shè)備低耗運行，并提高了電氣控制系統(tǒng)運行的可靠性。

關(guān)鍵詞：
　　賓館 空調(diào) 控制系統(tǒng) PLC 變頻器 改造

1 引言
　　汽包水位 給水流量 蒸汽流量 三沖量 自動控制系統(tǒng) 燃燒過程控制在賓館里，空調(diào)是不可決少的，耗電非常大，空調(diào)主要是用來實現(xiàn)室內(nèi)的恒溫，空調(diào)主要由制冷機、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機盤管系統(tǒng)、風(fēng)機和冷卻塔等組成?？照{(diào)工作原理圖如圖1所示。通常冷凍水泵的容量是按溫度、滿住率，并在此基礎(chǔ)上留有10-20%的余量設(shè)計，在一年四季中，水泵系統(tǒng)長期在固定的水流量工作，由于季節(jié)、晝夜及住房率變化大，空調(diào)實際的熱負載在絕大部分時間內(nèi)遠比設(shè)計負載低。與決定水泵流量和壓力的設(shè)計負載（負荷率99%）相比，一年中負荷率在50%以下的運行時間將近一半，一般冷凍水設(shè)計溫度為5---7℃，而事實上在全年決大部分時間冷凍水的溫度僅為2---4℃，即水泵卻是全功率運行，增加了管道能量損失，浪費了水泵運行的輸送能量。這就存在能量的無效使用，而通過變頻調(diào)速技術(shù)就能實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)流量并顯著節(jié)能的效果，用PLC改造傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的則使運行可靠性大大加強。


2 變頻調(diào)速功能

2.1 變頻器節(jié)能原理：
　　變頻器是輸出頻率可改變的交流電力拖動設(shè)備。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給 電機定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流元件整流，變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電，以此為電源再供給電機使用。
　　由水泵的工作原理可知：風(fēng)機、水泵特性：Q∝n H∝n2 P∝n3
即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。
根據(jù)公式：轉(zhuǎn)速

　　其中f為電源頻率，我國工頻為50HZ，P為極對數(shù)，S為轉(zhuǎn)差率，那么調(diào)節(jié)電動機電源頻率就可調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速也就是調(diào)節(jié)它的負載轉(zhuǎn)速，那么，根據(jù)風(fēng)機、水泵特性可知，調(diào)節(jié)風(fēng)機水泵的轉(zhuǎn)速可以達到調(diào)節(jié)流（風(fēng)）量的目的，同時，顯著調(diào)節(jié)軸功率。通過在水泵加裝變頻器，，則可實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制，可使系統(tǒng)工作平緩穩(wěn)定。并通過變頻節(jié)能收回投資。如圖2所示，圖中陰影部分為同一臺水泵的工頻運行狀態(tài)與變頻運行狀態(tài)在隨著流量變化所耗的功率差。因此，隨熱負載而改變水量的變流量空調(diào)水系統(tǒng)顯示了巨大的*性。

2.2 變頻技術(shù)應(yīng)用：
　　空調(diào)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)，電機可在很寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，可將所有節(jié)流閥去掉，使管道暢通，可免去節(jié)流損耗。通過改變電機轉(zhuǎn)速而改變水的流速，從而改變水流量，達 到制冷機正常工作要求和平衡熱負荷所需冷量要求，達到節(jié)能目的。采用變頻調(diào)速技術(shù)的關(guān)鍵是電機轉(zhuǎn)速的可調(diào)和可控。電機的變頻調(diào)速系統(tǒng)是由PLC控制器進行切換和控制的。


3 PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)工作原理：
　　3.1 采用性能可靠的松下系列PLC為控制核心，所有輸入信號起停，保護都通過光電隔離輸入到PLC的輸入口，利用專用編程軟件，根據(jù)控制要求對PLC進行梯形圖編程，PLC輸出控制變頻器的起停。采用PLC控制后，可取消全部時間繼電器和中間繼電器，所有邏輯控制通過梯形圖軟編程，在不用改變控制線路的情況下，可隨時按控制要求修改程序，實現(xiàn)新的控制方案，靈活性相當(dāng)高；并具有強大的通訊接口，可與上位電腦相連，，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，為將來聯(lián)網(wǎng)控制留 有接口，具有良好的擴展性，能與其他控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。變頻器調(diào)速控制電路簡單， 克服傳統(tǒng)線路易出故障的缺點，降低了事故發(fā)生。

3.2 根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的實際情況，設(shè)計應(yīng)包括以下幾點：
（1）冷卻系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)各裝1臺變頻器。
（2）可根據(jù)一天內(nèi)不同階段的冷量要求，設(shè)置不同要求運行。
（3）常用與備用可切換。
（4）變頻控制與原控制間可換，確保設(shè)備正常運行。

3.3 控制系統(tǒng)的主電路圖


3.4 冷凍泵、冷卻泵PLC的控制系統(tǒng)圖
　　PLC軟件采用梯形圖語言，實現(xiàn)各種邏輯控制、變頻器啟動控制及手動/自動，工頻/變頻轉(zhuǎn)換和故障自動切換等功能。
（1）I/O接口圖

（2）系統(tǒng)軟件編程圖


4、結(jié)束語
　　（1）新的控制方案已于2004年底在北海公路賓館投入使用，達到大幅度節(jié)電效果，具體比較如下：

　　在冷凍泵、冷卻泵上應(yīng)用變頻器，一般都有40%的節(jié)電率。
　　每天節(jié)約的電費=電機功率×每天運行時間×節(jié)電率×電價
=（45KW+55KW）×24小時×40%×0.81/度
　　而改造費大約十萬元，投資回收期=100000÷583≈170（天）
　　通過以上分析計算，改造后系統(tǒng)經(jīng)濟效益可觀，符合《中華人民共和國節(jié)約能源法》。
　　（2）對電機實現(xiàn)了軟起動、軟制動，大大降低了起動電流、避免了對電機和電網(wǎng)的沖擊；
　?。?）電機運行噪音減小、溫升降低、震動減少、負載運行順滑平衡；
　?。?）大幅度改善電機的功率因素；
　　（5）具有過流、過壓、短路、缺相等多種保護功能，增強了對電機及所帶負載的保護功能。
　?。?）在任意一設(shè)定的頻率下，電機都能以效率運行；
　?。?）能檢測負載輕微的變化，并迅速調(diào)整輸出功率，顯示在操作屏上；
　　（8）利用PLC 實現(xiàn)各種邏輯控制、變頻器啟動控制及手動/自動，工頻/變頻轉(zhuǎn)換和故障自動切換等功能，是系統(tǒng)控制靈活方便，功能齊全。


參 考 文 獻
[1] 日本日立變頻技術(shù)手冊
[2] 松下PLC編程技術(shù)手冊

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