【正文】 就需要有較好的自動控制模塊?，F(xiàn)在，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)與 PLC 自動控制系統(tǒng)可以大幅度節(jié)約電能和提高系統(tǒng)的自動化程度，并使系統(tǒng)具有運行可靠、結(jié)構(gòu)簡 化、維護維修 方便等優(yōu)點 。中央空調(diào)冷負(fù)荷，始終處于動態(tài)變化之中，如每天早晚，每季交替，每年輪回，環(huán)境及人文，實時影響中央空調(diào)冷負(fù)荷。 本課題以中央空調(diào)冷卻水控制系統(tǒng)的工作機理和工作特點為依據(jù)，實時跟蹤制冷機的排熱需求和冷卻塔排熱能力的動態(tài)變化，建立系統(tǒng)節(jié)能的復(fù)合控制方案。因此空調(diào)系統(tǒng)采用變水量控制可以節(jié)約大量泵輸送能耗，中央空調(diào)的節(jié)能改造顯得尤為重要。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 2 綜上，為了節(jié)約能源和費用，中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造是勢在必行 。冷卻水在通過冷凍主機后，吸收了冷凍主機釋放的熱量使自身溫度升高。最大限度地降低冷卻水泵的能耗。當(dāng)頻率上限信號又動作時， 2 號泵轉(zhuǎn)換為工頻運行，起動 3 號泵作變頻運行，不斷地如此循環(huán)轉(zhuǎn)換。例如，變頻與工頻接觸器應(yīng)設(shè)置電氣和機械兩種互鎖；水泵電動機主電路應(yīng)接有各種保護中央空調(diào)冷卻水循環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計 （混合控制） 3 裝置等。與一般空調(diào)相比．變頻空調(diào)有著高性能運 轉(zhuǎn)、舒適靜音、節(jié)能環(huán)保、能耗低的顯著特點，改善了人們的生活質(zhì)量，提高了人們的生活水平。燃?xì)饪照{(diào)的優(yōu)勢被全球能源專家和空調(diào)專家一致認(rèn)同。太陽能空調(diào)技術(shù)也隨之出現(xiàn)。典型特征是，功能僅限制于制冷制熱，技術(shù)含量低；接下來是純空調(diào)時代。作為家電產(chǎn)品的空調(diào)器也必將隨之步入網(wǎng)絡(luò)信息時代。 大金集團以歐洲、亞洲、中國、日本、美國為中心，積極有力展開全球化事業(yè)。 我國中央空調(diào)仍處于起步階段，目前其銷售對象主要集中在城市高收入消費群體和房地產(chǎn)開發(fā)商，由于其生產(chǎn)及安裝 成本 較高，大范圍普及尚需時日，這對爭先上馬該項目的企業(yè)不能不說是個考驗。由此可見，對能源的有效利用在我國已經(jīng)非常迫切。我國在用電機拖動系統(tǒng)的總體裝備水平僅相當(dāng)于發(fā)達國家 50 年代水平。 全數(shù)字化控制系統(tǒng) 中央空調(diào)冷卻水循環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計 （混合控制） 5 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，無論是生產(chǎn)還是生活當(dāng)中，人民對數(shù)字化信息的依賴程度越來越高。 PWM 技術(shù) PWM 控制是交流調(diào)速系統(tǒng)的控制核心，任何控制算法的最終實現(xiàn)幾乎都是以各種 PWM 控制方式完成的。其中，空間矢量 PWM 技術(shù)以其電壓利用率高、控制算法簡單、電流諧波小等特點在交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了越來越多的應(yīng)用。 目前，研究較多的大功率逆變電路有： A、 多電平電壓型逆變器 ； B、 變壓器耦合的多脈沖逆變器 ； C、 交交變頻器 ； D、廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 6 雙饋交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 。 中央空調(diào)冷卻水循環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計 （混合控制） 7 2 中央空調(diào)系統(tǒng)簡介 中央空調(diào)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用領(lǐng)域，在賓館、酒店、寫字樓、商場、住院部大樓、工業(yè)廠房中的中央空調(diào)系統(tǒng)，其制冷壓縮機組、冷凍循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機系統(tǒng)等的容量大多是按照建筑物最大制冷、制熱負(fù)載選定的，且再留有充足裕量。并通過循環(huán)水系統(tǒng)向各個空調(diào)點提供外部熱交換源。 “外部熱交換 ”系統(tǒng)：主要由兩個循環(huán)水系統(tǒng)組成： A、冷凍水循環(huán)系統(tǒng) 由冷凍泵及冷凍管道組成。 冷卻風(fēng)機 A、室內(nèi)風(fēng)機：安裝于所有需要降溫的房間內(nèi)，用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內(nèi)的熱交換； B、冷卻塔風(fēng)機 用于降低冷卻塔中的水溫，加速將 “回水 ”帶回的熱量散發(fā)到大氣中去。 中央空調(diào)冷卻水循環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計 （混合控制） 9 冷卻循環(huán)水系統(tǒng)將常溫水通過冷 卻水泵泵入冷凝器熱交換盤管后，再將這已變熱的冷卻水送到冷卻塔上， 由冷卻塔對其進行自然冷卻或通過冷卻塔風(fēng)機對其進行噴淋式強迫風(fēng)冷，與大氣之間進行充分熱交換，使冷卻水變回常溫，以便再循環(huán)使用。末端使用情況的變化是十分正常的、不可避免的，不變是不現(xiàn)實的。 定流量控制方式的特征是系統(tǒng)的循環(huán)水量保持定值不變，當(dāng)負(fù)荷變化時，通過改變供水或回水溫度來匹配。 （ 3） 在工頻狀態(tài)下啟停大功率水泵，沖擊電流大，不利于電網(wǎng)的安全運行，且水泵等機電設(shè)備長期在工頻額定 狀態(tài)下高速運行，機械磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致設(shè)備故障增加和使用壽命縮短。如：空調(diào)負(fù) 荷減少時，減少投入運行的主機臺數(shù)和水泵臺數(shù)，或者使主機間斷工作，這可以收到一定節(jié)能效果，但這種人工步進式的調(diào)節(jié)非常粗糙，實時性差，且受設(shè)備配置的限制和人的因素影響較大。 —— PID 調(diào)節(jié)中最重要的工程參數(shù)比例系數(shù) KP、積分時間常數(shù) TI 和微分時間常數(shù)Td，一旦選定之后，如果人不去調(diào)節(jié)，它是固定不變的，不可能跟隨受控參量的變化而自動調(diào)整。 這兩個條件是保護用戶的根本利益所在，如果不能滿足這兩個前提條件，所實現(xiàn)的“節(jié)能 ”，則是以犧牲用戶的利益（即系統(tǒng)的 安全性及空調(diào)效果）為代價的。 智能模糊控制的一個基本思想就是按照中央空調(diào)主機所要求的最佳運行參數(shù)去控制中央空調(diào)系統(tǒng)的運行，根據(jù)系統(tǒng)的運行工況及制冷工質(zhì)參數(shù)的變化，通過模糊控制器動態(tài)調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)運行參數(shù)，確?？照{(diào)主機始終處于優(yōu)化的最佳工作點上，使主機始終保持具有高的熱轉(zhuǎn)換效率，有 效地解決了傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)在低負(fù)荷狀態(tài)下熱轉(zhuǎn)換效率下降的難題，提高了系統(tǒng)的能源利用率。 如圖 冷凍主機在進行熱交換、使水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量。流進冷凍主機的冷卻水簡 稱為 “進水 ”，從冷凍主機流回冷卻塔的冷卻水簡稱為 “回水 ”。但為達到此目 的，需采 圖 冷卻水循環(huán)控制系統(tǒng) 取以下措施 :增加冷凝器的換熱面積和冷卻水的水量 。提高冷凝器冷卻水側(cè)的放熱系數(shù)，是實際和有效的，而 提高放熱系的有效途徑是減小水側(cè)的污垢熱阻，對冷卻水補水進行有效的處理 . 冷卻水的水質(zhì) 目前，由于空調(diào)冷卻系統(tǒng)大多數(shù)為敞開式循環(huán)系統(tǒng)，它效果好，造價低，在工程中得到廣泛應(yīng)用，但是經(jīng)蒸發(fā)冷卻后濃縮，水中的 C,Mg,Cl,Si 等離子，溶解固體，懸浮物中央空調(diào)冷卻水循環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計 （混合控制） 13 相應(yīng)增加，由于空氣中和水?；佑|，溶氧量增加， CO 大量散失，游離的 CO 含量降低，碳酸鈣濃度降低，如不加強管理，空氣中污染物如灰塵、雜物進人系統(tǒng)，會繁殖徽生物綠澡及粘泥，此時污垢和粘泥可引起垢下腐蝕，而腐蝕產(chǎn)品又形成污垢，最后造成設(shè)備及管道演蝕穿孔而被停 機，冷卻水的水指標(biāo)。另外，由于空調(diào)冷卻水系統(tǒng)比較簡單，設(shè)計人員對其重視不夠，并且，冷卻水的處理是給排水專業(yè)和暖通專業(yè)均相關(guān)的專業(yè)，而冷卻水系統(tǒng)多是由暖通專業(yè)人員搞，所以，難免造成先天設(shè)計不盡合理 .在設(shè)計過程中針對空調(diào)冷卻水系統(tǒng)易結(jié)垢腐蝕和菌藻滋生的特點，其處理方法也與冷凍水系統(tǒng)有所不同。所以，冷卻水系統(tǒng)應(yīng)注意下列幾個問題 : A. 冷卻塔并聯(lián)使用時管道阻力平衡，冷卻塔與泵的距離不能太遠； B. 選擇冷卻塔時首先應(yīng)注意產(chǎn)品樣本給出的性能參數(shù)與該產(chǎn)品實際性能的差距； C. 冷卻塔一般安裝在高層建筑的裙房屋面； D. 選擇冷卻水泵時要根據(jù)冷卻水系統(tǒng)的循環(huán)阻力，輸水高差及自由水頭決定，不宜富裕 過多； E. 關(guān)于冷卻水系統(tǒng)的集水池，以往在設(shè)計冷卻水設(shè)備時，其集水池的容積大多按冷卻水量的 10%設(shè)置 (見空調(diào)制冷手冊 )； 冷卻水系統(tǒng)變頻控制的必要性 大型中央空調(diào)系統(tǒng)，通常按最大負(fù)荷來設(shè)計，但是，系統(tǒng)大部分時間是在部分負(fù)荷廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 14 下工作。 在實際設(shè)計選擇水泵時，我們常常將流量、揚程計算值分別附加 10％－ 20％，如果再考慮上計算過程的保守，就導(dǎo)致經(jīng)常發(fā)生系統(tǒng)流量揚程高于系統(tǒng)需求值，需要用閥門來調(diào)節(jié)，造成很大浪費。 中央空調(diào)冷卻水循環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計 （混合控制） 15 3 變頻調(diào)速系統(tǒng) 概述 （ frequency changer / frequency converter） 是一種用來改變交流電頻率的電氣設(shè)備。 變頻器通常包含 3 個組成部分 ： 整流器 （ rectifier）和 逆變器 （ Inverter） ,還有直流部分 (DC )。不同的變頻器能夠處理的電源功率是不一樣的，從幾瓦到幾兆瓦 都有。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的 “整流器 ”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的平波回路 ”，以及將直流功率變換為交流功率的 “逆變器 ”。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。 （ 1）運算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率 （ 2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。 （ 5）保護電路 :檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。 II. 電流匹配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機的額定電流相符。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型。 變頻器的 節(jié)能 原理 變頻器是輸出頻率可變的交流電力拖動設(shè)備。通 過在水泵上加裝變頻器，可實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制，使系統(tǒng)工作平緩穩(wěn)定，并通過變頻節(jié)能收回投資。 變頻器在中央空調(diào)變頻調(diào)速中的應(yīng)用 在中央空調(diào)系統(tǒng)中加裝變頻器時要考慮 的問題完全不同于工業(yè)應(yīng)用，一般來說，在裝有中央空調(diào)的高檔公共設(shè)施里有大型電子敏感設(shè)備，如計算機系統(tǒng)、電視接收系統(tǒng)和電信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 以三晶 SAJ8000G 為例，在機場、廣電大樓、醫(yī)院、地鐵等高檔場合得到廣泛應(yīng)用。如果用閥門、自動閥調(diào)節(jié)，不僅會增大系統(tǒng)節(jié)流損失，而且調(diào)節(jié)是階段性的，會造成整個空調(diào)系統(tǒng)工作在波動狀態(tài)，而通過在冷卻泵、冷凍泵上加裝變頻器則可一勞永逸地解決該問題，還可實現(xiàn)自動控制，并可通過變頻節(jié)能收回投資。現(xiàn)采用在蒸發(fā)器的出水管和回水管上裝有檢測溫度的變送器?，F(xiàn)采用溫度變送器， PID 調(diào)節(jié)器， PLC 變頻器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，冷凝器出水溫度控制在 T2， (例如 38C)，使冷卻水泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)于熱負(fù)載的變化而變化。 中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計通常按建筑物所在地的極端氣候條件來計算其最大冷負(fù)荷（或最大熱負(fù)荷），并由此確定空調(diào)主機的裝機容量及空調(diào)水系統(tǒng)的供水流量。而且，空調(diào)水系統(tǒng)的水泵、風(fēng)機等機電設(shè)備， 長期處在工頻額定狀態(tài)下高速運行，機械磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致設(shè)備故障增加和使用壽命縮短。 在中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水泵和冷卻水泵的容量是根據(jù)建筑物最大設(shè)計熱負(fù)荷選定的，且留有 1020%的設(shè)計余量。可以看出，中央空調(diào)系統(tǒng)的工作過程是一個不斷地進行熱交換的能量轉(zhuǎn)換過程。根據(jù)國內(nèi)外最新資料介紹，并多處通過對在中央空調(diào)水泵系統(tǒng)進行閉環(huán)控制改造的成功范例進行考察， 如圖 所示， 現(xiàn)在水泵系統(tǒng)節(jié)能改造的方案大都采用變頻器來實現(xiàn)。 冷卻水系統(tǒng)的閉環(huán)控制 目前，在冷卻水系統(tǒng)進行改造的方案最為常見，節(jié)電效果也較為顯著。 圖 系統(tǒng)控制閉環(huán)回路 具體控制方式： 溫度控制 當(dāng)回水溫度較低時，冷卻泵以下限轉(zhuǎn)速運行；當(dāng)回水溫度升高時，冷卻泵的轉(zhuǎn)速也逐漸提高；而當(dāng)回水溫度升高到某個設(shè)定值（如 37 攝氏度）時，應(yīng)采取下一步措施：或增加冷卻泵的運行臺數(shù)，或增加水塔冷卻風(fēng)機的運行臺數(shù)。 圖 溫差控制系統(tǒng) 這樣能夠根據(jù)系統(tǒng)實時需要，提供合適的流量，不會造成電能浪費。實踐表明，根據(jù)進水溫度來隨時調(diào)整溫差的大小是可取的。 PLC 對 接收的信號 進行判斷 ，發(fā)出指令使變頻器做出相應(yīng)的動作 ，從而實現(xiàn)系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場溫度和負(fù)載的變化，使三臺冷卻 水泵依次循環(huán)在工頻和變頻之間進行轉(zhuǎn)換，最終達到系統(tǒng)節(jié)能控制的目的。 中央空調(diào)冷卻水循環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計 （混合控制） 25 硬件設(shè)計 系 統(tǒng)硬件構(gòu)成及其工作原理 圖 系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖 系統(tǒng)的硬件主要包括有： 冷卻水泵 （三臺） 、 變頻器、 PLC、溫度傳感器、 PID控制器。 M 1 變 頻 運 行△ T 3oCM 1 轉(zhuǎn) 為 工 頻 運 行 ， M 2 變 頻 運 行△ T 3oCM 1 停 機 ， M 2 繼 續(xù) 變 頻 運 行△ T 3oCM 2 轉(zhuǎn) 為 工 頻 運 行 ， M 3 變 頻 運 行△ T 3oCM 2 停 機 ， M 3 繼 續(xù) 變 頻 運 行△ T 3oCM 3 轉(zhuǎn) 為 工 頻 運 行 ， M 1 變 頻 運 行△ T 3oC 圖 (a) 電機動作循環(huán)圖 （ T132oC） （ 2） 當(dāng)進水溫度 32oC T124 oC， 進出水溫差 △ T 目標(biāo)值設(shè)為 oC， 4 按照圖 (b)電機動作循環(huán)圖作出相應(yīng)的動作。 （ 1） FX2N32001 技術(shù)參數(shù)：控制點數(shù)： 16 至 256 點（主單元： 32） ， 輸入 16 漏型 ； 輸出 16 繼電器 ； 輔助繼電器： 3072 點 ； 計時器： 256 點 ； 計數(shù)器： 235 點 ； 數(shù)據(jù)寄存器： 8000 點 ； 超高速的運算速度 ( s/步 ) ， 內(nèi)置 8000 步 RAM 可擴充至 16000步 ， 可使用 FX 系列組件 ， 可 8 臺主機聯(lián)機 ； 擬輸入模塊： FX2N4DA （ 2） FX2N32001特點 ： 12位的高精度模擬輸入 ， 4通道的