plc和变频器在中央空调水系统中的运用

朱灵勇

（海南赛立克药业有限公司，海南海口571124）

一年中，只有少数天气极端变化时建筑物自身才对中央空调有最大负荷的需求。而早晚气温变化、季节变化等都会影响中央空调冷负荷。中央空调设计上以最大冷负荷为最大功率驱动，将导致冷负荷和最大功率输出相矛盾，造成资源浪费，电力成本消耗大。为切实稳定中央空调温度，可采用plc和变频器实现对中央空调水系统的优化设计，实现自动调节水泵的输出流量，达到节能目的。

1 中央空调系统问题

一方面，中央空调设计以夏季最大负荷量设计，仅仅留有15%余量，导致中央空调在实际使用中不能长久饱满负荷运作，虽然制冷机根据负载变化，但冷冻水泵、冷却水泵不随负载变化调整，实际工作效率较低［1］。

另一方面，中央空调水泵电动机以Y-△降压启动，其电动机实际启动电流较高，是额定电流4-7倍，在启动电流冲击影响下，对应交流接触器受到严重威胁，交流接触器和电动机自身的实际使用寿命大大下降，还会影响到对应阀门、管道等机械部件的使用寿命［2］。

2 中央空调水系统设计

冷冻水泵、冷却水泵不随负载变化，影响中央空调水系统工作效率，进而影响中央空调整体工作效率。通过plc和变频器对中央空调水系统设计，确保冷冻水泵、冷却水泵能够随空调自身负载变化而变化，合理调整水泵电动机转速，实现对水泵输出流量自动化调节，减低中央空调能源消耗，达到节能效果［3］。

2.1 系统设计原理

系统工作原理是以确保冷却塔有冷却水输送前提下，以对变频器控制，控制其输出频率，实现对冷却水流量控制，实际操作中，发现中央空调冷却水温度较低，则可以适当减少冷却水流量。若发现冷却水温度过高，则通过加大冷却水流量满足需求。可在冷冻水、冷冻水回水管道处加装温度检测传感装置，以温度传感装置对其回水温度检测，将检测信号以变送器、A/D信号转换反馈给plc系统处理，由plc系统发出指令，通过调整输出频率的方式改变冷却水泵、冷冻水泵实际转速，最终改变冷却水、冷冻水温度。

2.2 变频控制设计

图1 中央空调水系统控制原理图

在中央空调系统水系统设计中，其主要分为冷冻主机、冷冻水循环系统、冷却水循环系统等，该系统设计中通过现代化智能设诶实现对冷冻水、冷却水回路控制，减少能源浪费现象。

2.2.1 冷冻水循环控制

冷冻水循环控制由冷冻泵及冷冻水管道两部分组成，在冷水设别上流出冷冻水，经冷冻水泵加压后送入冷冻水传输管道，冷却水在管道中工作，通过热交换带走房间中热量，降低房建温度。对其冷冻水泵的控制处于系统高层，在各层空调机对应的热负载变动以开关闭水进口阀，实现对室温的科学调整。受冷冻水流量变化影响，系统高层水压变化较大，不能确保系统稳定运行。因此，要控制水系统中冷水泵出水阀，确保最高层水压的稳定性和一致性。传统系统中控制出水阀门开度一定，但是受压力变化明显，将导致压力损失较大，可能影响空调系统工作效率。可采用转速控制，确保压稳定，防止压力损失较大造成能源浪费。

2.2.2 冷却水循环控制

冷却系统主要是冷却泵、冷却水管和冷却塔。冷水机组在热交换过程中，水温冷却，释放大量热量。热量被冷却水吸收，冷却水实际温度升高，升温后的冷却水经冷却泵导入冷却塔后，冷却塔内部冷却水和大气进行热交换，之后将降温后冷却水重新投入使用，实现温度减低。冷却泵以恒温温差方式控制，而冷却塔温度受周围环境影响较大，单侧水文对冷冻机组产生热量测量不准确，因此，冷却水泵以进水、回水温差为控制依据，以恒温差实现控制较准确。若温差大，则表明冷冻机组热量大，可提高冷却泵转速，加快冷却水循环，满足需求。

2.3 硬件设计

水系统设计中温度传感器设备科采用PT100热电阻、A/D转换器、plc、D/A转换器和变频器组成。对硬件设备的购置上，尽量选择例如西门子、丹佛斯等大牌厂家进行购置。变频器的选择上，考虑到中央空调冷冻水泵、冷却水泵等实际功率，选择合适变频器容量，确保变频器额定电流大于电机额定电流，选择合适型号变频器。若冷冻水泵、冷却水泵功率15KW，可选择VLT2803变频器（丹佛斯）。Plc机器实际模拟量模块选择上，根据空调系统输出输入点数需求，选择合适型号plc（输入输出点24DI/16DO，则选择SIMATIC S7-200 plc，CPU226，CPU内置PID顺序程序控制）。

2.4 软件控制

软件采用触摸屏幕控制，以触摸屏界面实现操作，设计通讯数据，对故障内容及时报警。采用触摸屏设计可以直观记录系统运行中的数据信息变化，可以以时间顺序储存历史信息，相应操作人员点击历史信息即可获取相应数据信息。

在plc控制程序设计上，将系统初始化调整，设备未工作之前，对系统下各个部分工作环境及工作状态进行检查，确认无误后初始化，调试后使用。

软件控制上采取plc控制冷冻水泵、冷却水泵的启动及停止，冷冻水泵及冷却水泵、制冷剂主机可实现交互性互锁。在plc控制变频器运行，以温度传感器、转换器等形成整个温差闭环系统，对水泵调速，实现自动化控制。若水泵故障、变频器故障等，则通过指示灯闪烁报警，通知有关人员系统故障。在对系统调试时，注意变频器参数设置，系统控制可通过调节变频器参数实现。若调试中水压浮动较大，则调节PID指令微分参数，减小数值，直至满足需求。

3 结束语

综上所述，对plc和变频器在中央空调水系统中的运用分析，要分析传统的中央空调水系统中存在的问题，在了解问题的产生后，以plc和变频器为支持，实现对中央空调水系统的合理设计，以变频控制实现对冷冻水循环和冷却水循环系统的合理设计，在硬件上选择质量有保障的设备，在软件上以plc控制整个系统稳定运行，以自动化技术实现对水系统控制，减少不必要的资源浪费，节约大量电能资源。