【正文】 第六章 冷凍泵及冷卻泵的變頻控制第一節(jié) 變頻控制概述一、變頻主電路的控制原理假設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的冷凍泵、冷卻泵均采用兩用一備的運(yùn)行方式，對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵均采用 “一控一”的變頻控制方式，確保每臺(tái)水泵只能由一臺(tái)變頻器拖動(dòng)，避免多臺(tái)變頻器同時(shí)拖動(dòng)同一臺(tái)水泵造成交流短路事故；并且每臺(tái)變頻器任何時(shí)間只能拖動(dòng)一臺(tái)水泵，避免一臺(tái)變頻器同時(shí)拖動(dòng)多臺(tái)水泵而過載。在35℃～30℃溫度區(qū)間實(shí)行溫度PID變風(fēng)量調(diào)節(jié)。PID控制具有很多優(yōu)點(diǎn)：1．算法簡(jiǎn)單，使用方便，容易通過簡(jiǎn)單的硬件和軟件式實(shí)現(xiàn)；2．適應(yīng)性強(qiáng)，可以廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)；3．魯棒性強(qiáng)，它的控制品質(zhì)直到現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的基本控制方式之一。太小，則增加計(jì)算工作量，影響控制的及時(shí)性。（3）選定合適的積分常數(shù)，直到得到較好的過程曲線。如果控制參數(shù)設(shè)置得當(dāng)，執(zhí)行條件ON，本指令執(zhí)行，進(jìn)位位PCY得電,可用它觀測(cè)本指令是否執(zhí)行。其主要特征如下:(1)對(duì)下載程序進(jìn)行自動(dòng)傳送檢測(cè)。二、PT與PLC聯(lián)機(jī)調(diào)試在進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)首先要對(duì)可編程終端和PLC作相應(yīng)的設(shè)置。鍵每按一下，設(shè)置選項(xiàng)按下列順序改變一次。⑵、監(jiān)視畫面：包括總的工藝流程動(dòng)態(tài)監(jiān)控和局部動(dòng)態(tài)監(jiān)控，指示燈給出運(yùn)行模式及其報(bào)警信號(hào)，并在工藝檢測(cè)點(diǎn)，通過虛擬儀表顯示溫度、溫差、壓差、頻率的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。按下對(duì)應(yīng)與設(shè)置為NT鏈接方式(1：1)端口的觸摸開關(guān)（通信口A方法或通信口B方法），顯示設(shè)置選項(xiàng)“NT鏈接 (1：1)”。顯示歷史記錄數(shù)據(jù)初始化、報(bào)警歷史記錄數(shù)據(jù)初始化、內(nèi)存表初始化以及內(nèi)存開關(guān)初始化的步驟與畫面數(shù)據(jù)初始化步驟相同。第七章 觸摸屏在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用第一節(jié) 觸摸屏的選擇 采用觸摸屏替代操作面板，可減少了各種開關(guān)(如按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān))設(shè)備，使故障率大為降低，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。圖544 PID控制的算法框圖2．用PID指令實(shí)現(xiàn)目前，OMRON公司的多數(shù)PLC都有PID指令。PID控制參數(shù)確定的大體步驟是：（1）選定合適的采樣周期T對(duì)溫度控制系統(tǒng)，一般為10～20s。參數(shù)M，偏差為零時(shí)的控制值，即系統(tǒng)平衡時(shí)所要求的控制輸出。當(dāng)To≥T1且T232℃時(shí)，首先應(yīng)適當(dāng)增加風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率(但一般不作增加開啟風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)的處理)，隨著冷卻水流量的增加該狀態(tài)將會(huì)自動(dòng)遷移到T0T1且T2≤32℃狀態(tài)，冷卻塔風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)作變風(fēng)量調(diào)節(jié)運(yùn)行。有上述可知，在整個(gè)工作過程中變頻器只對(duì)三臺(tái)泵中的一臺(tái)進(jìn)行變頻控制。操作面板上可以進(jìn)行手操。故障連鎖功能是由中間繼電器的常開接點(diǎn)和工頻接觸器的常開接點(diǎn)組合產(chǎn)生的。第三節(jié) 中央空調(diào)系統(tǒng)的集中控制一、中央空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成觸 摸 屏本系統(tǒng)運(yùn)行工作過程如圖531所示：圖531 中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)原理圖輸入、輸出點(diǎn)數(shù)分別是為了滿足中央空調(diào)空調(diào)工藝要求，整個(gè)控制系統(tǒng)需要可編程序控制器的輸人、輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)。冷水機(jī)組由壓縮機(jī)、冷凝器與蒸發(fā)器組成。變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)： 1. 采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。為此，矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。PLC可以采用一種面向控制過程的梯形圖語言，它與繼電器原理圖非常接近，易學(xué)易懂，電氣工人可以在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。工作過程如右圖所示。由于可編程控制器具有接口簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、使用靈活、可靠性高、通用性強(qiáng)且編程簡(jiǎn)單、易于掌握等特點(diǎn)，其發(fā)展非常迅速，已成為當(dāng)今實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的主要手段之一。該中央空調(diào)系統(tǒng)的工作過程是一個(gè)不斷進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換及熱交換的過程。（3）個(gè)性化設(shè)計(jì) 戶式中央空調(diào)系統(tǒng)是小型化的中央空調(diào)系統(tǒng)，可以滿足用戶多居室的需求，以家庭為單元，可適應(yīng)用戶的個(gè)性化需求，不受其他用戶影響。對(duì)于一個(gè)典型的中央空調(diào)系統(tǒng)，這三部分相互作用與傳遞，如流水作業(yè)般實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外物質(zhì)與能量的交換。故采用變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)約低負(fù)荷時(shí)主壓縮機(jī)系統(tǒng)和水泵、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的電能消耗，具有極其重要的經(jīng)濟(jì)意義。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。因此為使中央空調(diào)系統(tǒng)溫度穩(wěn)定，需要按工況變化對(duì)風(fēng)機(jī)、冷凍、冷卻泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，這都需要有較好的自動(dòng)控制模塊。顯然，中央空調(diào)系統(tǒng)即應(yīng)按照舒適節(jié)能的目標(biāo)設(shè)計(jì)。2. 確定冷凍、冷卻循環(huán)水泵采用集中控制的具體方案，實(shí)現(xiàn)PLC的功能。3．封閉式：送風(fēng)全部來自空調(diào)房間，而不補(bǔ)給新風(fēng)。（5）安裝復(fù)雜，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。室內(nèi)的風(fēng)機(jī)盤管有多種形式：明裝與暗裝、立式與臥式、吊頂式等。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。2. 程序執(zhí)行階段PLC在該階段，按先左后右、先上后下的步序，逐條執(zhí)行程序指令，并將運(yùn)算結(jié)果存入有關(guān)的輸入映像寄存器中。變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速。4．速度檢測(cè)電路:以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器(tg、plg等)的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 四、直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式 1985年，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。二、變頻調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能原理水泵電機(jī)的容量是按照最大熱交換的情況設(shè)計(jì)的，實(shí)際熱交換量遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值。 4. 在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。第二節(jié) 中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)的可行性小區(qū)中央空調(diào)系統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)包括冷卻水系統(tǒng)和冷凍水系統(tǒng)，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)通常是按最大換熱量（夏季最熱或冬季最冷時(shí)，且所有空調(diào)都打開時(shí)）再取一定的安全系數(shù)來確定的。也可以通過溫度設(shè)定，依據(jù)冷負(fù)荷的需要自動(dòng)開啟制冷系統(tǒng)。自動(dòng)調(diào)節(jié)：可根據(jù)用戶要求增加一臺(tái)55KW變頻器冷卻泵進(jìn)行節(jié)能自動(dòng)調(diào)節(jié)。圖612 冷凍水泵控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖三、對(duì)冷卻泵的變頻控制由于冷凍機(jī)組運(yùn)行時(shí)，其冷凝器的熱交換的熱交換量是冷卻水帶到冷卻塔散熱降溫，再由冷卻水泵送到冷凝器進(jìn)行不斷循環(huán)的。＜；≤32℃自動(dòng)配合減少自動(dòng)減少T。式(551)用于連續(xù)系統(tǒng)的PID控制。參數(shù)，微分常數(shù)，此值大，將增強(qiáng)微分作用；微分作用加入，使得偏差剛產(chǎn)生或增大時(shí)，增強(qiáng)控制作用，可加速縮小偏差；而偏差減少時(shí)，將減弱控制作用，可防止超調(diào)，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而且，引入微分作用后，積分時(shí)間常數(shù)可設(shè)當(dāng)減小?？照{(diào)設(shè)備和控制設(shè)備的故障自動(dòng)報(bào)警和切換，可以確保中央空調(diào)的可靠運(yùn)行。(6)固定文本可按任意字符大小為按鈕、過程畫面或過程值設(shè)定標(biāo)簽。在已做設(shè)置的串行口右面按“設(shè)置”觸摸鍵。同時(shí)波特率設(shè)置要與PT相同。PT的控制字共有4個(gè)字，在本次設(shè)計(jì)中PT的控制區(qū)設(shè)定為DM0100~DM0104；第一個(gè)字為PT開機(jī)畫面號(hào)設(shè)置字，如將0001寫入DM0100中，開機(jī)時(shí)顯示第一幅畫面。按“通信速度”觸摸鍵顯示要設(shè)置的通信速度。第二節(jié) 軟件設(shè)計(jì)一、下載應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)下載應(yīng)用程序之前應(yīng)該實(shí)現(xiàn)PT與電腦的聯(lián)機(jī)通訊。從根本上消除了電機(jī)起動(dòng)時(shí)的瞬間沖擊電流對(duì)電網(wǎng)、水泵電機(jī)和其它電器設(shè)備的沖擊。如不當(dāng)，可再作相應(yīng)調(diào)整，直到滿意為止。參數(shù)K，比例作用。如選擇的采樣周期為T，積分初值為0，離散化后的式（541）為：………………………………(542)式(552)的計(jì)算僅僅是加、減、乘、除等基本運(yùn)算?！?；≤32℃增加自動(dòng)增加增加一般不變T2≥32℃，多為冷凝器負(fù)荷的突然增加所致，需要冷卻循環(huán)水流量和冷卻塔的冷卻風(fēng)量的共同配合來調(diào)節(jié)；而To≥T1，是由于前一段時(shí)間內(nèi)冷卻塔風(fēng)機(jī)的冷卻風(fēng)量不足造成的，需要增加冷卻風(fēng)量來解決。冷卻泵控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖533所示。 冷卻泵調(diào)節(jié)原理如下：將集水器與分水器溫度取差根據(jù)不同季節(jié)對(duì)溫度的要求與設(shè)定值比較(設(shè)定值分冬季與夏季)，然后調(diào)節(jié)1號(hào)～3號(hào)冷卻泵轉(zhuǎn)速，使溫差滿足要求，設(shè)定值分冬季和夏季。停止：冷水機(jī)組→冷凍水泵→冷卻水泵→冷卻塔風(fēng)機(jī)。這種情況下，電機(jī)總是處于全速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)負(fù)荷小時(shí)，相應(yīng)調(diào)節(jié)冷卻水、冷凍水系統(tǒng)的節(jié)流閥，改變管道的截面積來調(diào)節(jié)流量，節(jié)流閥會(huì)對(duì)水流產(chǎn)生阻力，產(chǎn)生嚴(yán)重的節(jié)流損耗，并會(huì)引起機(jī)械振動(dòng)和產(chǎn)生噪音。 5. 變頻器如果要長電纜運(yùn)行時(shí)，則要采取措施抑制長電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，以此變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。若水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速能根據(jù)熱負(fù)荷來調(diào)整，那么電機(jī)的功耗可大大減少，從而節(jié)約了電能。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動(dòng)上。第二節(jié) 變頻器的控制方式 低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交—直—交電路。圖311 變頻器總體結(jié)構(gòu)框圖二、變頻器基本結(jié)構(gòu)（一）主電路主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分。三、PLC的特點(diǎn)可編程控制器具有許多明顯的特點(diǎn)，其中最主要的有以下幾點(diǎn)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。其機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲低，對(duì)環(huán)境影響小，與同等能力的其他類型空調(diào)器相比，運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，從而拓寬了其適應(yīng)范圍。冷媒系統(tǒng)一般配備一臺(tái)壓縮機(jī)冷凝器有風(fēng)冷和水冷形式。一個(gè)完整的室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由測(cè)定溫度的傳感器，變送器，調(diào)節(jié)器，執(zhí)行器和房間對(duì)象等幾個(gè)環(huán)節(jié)組成的。第二章 中央空調(diào)簡(jiǎn)述 本章將概要地講述一下中央空調(diào)系統(tǒng)的一般組成及其分類，以及基本的自動(dòng)控制原理，然后著重講解一下戶式水冷式中央空調(diào)的結(jié)構(gòu)和工作原理。采用新技術(shù)降低系統(tǒng)能耗非常重要 。在本文中，以某小區(qū)中央空調(diào)系統(tǒng)為例，從中央空調(diào)的工作原理、PLC和變頻器的工作原理、如何實(shí)現(xiàn)基于觸摸屏的PLC和變頻器在中央空調(diào)中的應(yīng)用等幾個(gè)主要方面較為詳細(xì)地闡述如何實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的集中控制。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。近年來節(jié)能降耗被國家擺到空前重要的位置。如再結(jié)合室內(nèi)空氣動(dòng)力學(xué)和高等流體力學(xué)，那么所有的問題都可以迎刃而解。（二）戶式中央空調(diào)器的特點(diǎn)：1．優(yōu)點(diǎn)（1） 舒適它適合作為別墅、公寓、家庭的暗藏式空調(diào)器，可使冷（熱）風(fēng)均勻地分布到各房間，形成“零”溫差，而且噪音極低，保證了寧靜的家居環(huán)境，避免了其他分體機(jī)常有的直吹過冷和房間冷熱不均的現(xiàn)象。末端設(shè)備采用風(fēng)機(jī)盤管來進(jìn)行熱量交換。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC輸入接口 可以檢測(cè)被控對(duì)象的各種數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)作為PLC對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)PLC輸出接口 將處理結(jié)果送給被控制對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)控制目的I / O 接口的作用其實(shí)主要是電平轉(zhuǎn)換功能：由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)。1982年美國對(duì)PLC使用情況的數(shù)據(jù)調(diào)查表明，93%的用戶認(rèn)為可靠性高是選用PLC的首要依據(jù)。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。 五、矩陣式交—交控制方式 VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速可通過頻率調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，則。第一節(jié) 工程概述一、工程概況某小區(qū)中央空調(diào)系統(tǒng)的主要設(shè)備情況如下：名稱數(shù)量（臺(tái)）流量（M3/H）揚(yáng)程（MH2O）電機(jī)功率（KW）備注冷卻塔3*3二用一備冷卻水泵3*3二用一備冷凍水泵3*3二用一備冷水機(jī)組3*3中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)，由三臺(tái)冷卻水泵、三臺(tái)冷凍水泵、三臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)、三臺(tái)冷水機(jī)組等主要設(shè)備組成制冷系統(tǒng)，其中冷水機(jī)組是由設(shè)備生產(chǎn)廠成套供應(yīng)的。由于采用了溫差閉環(huán)變頻調(diào)速，提高了冷凍機(jī)組的工作效率，提高了自動(dòng)化水平。3. 系統(tǒng)聯(lián)鎖控制（1） 主體切換聯(lián)鎖主體切換聯(lián)鎖主要是按照季節(jié)切換冷卻泵，聯(lián)鎖停止冬季不用的泵(1號(hào)～3號(hào)冷卻泵)，聯(lián)鎖停止冷卻塔上的水泵及風(fēng)機(jī)，按季節(jié)聯(lián)鎖關(guān)閉對(duì)應(yīng)電動(dòng)閥。自動(dòng)啟停：冷卻泵的自動(dòng)啟停功能由聯(lián)鎖部分完成。將變頻器頻率低限設(shè)為20Hz，保證冷凍循環(huán)水在管網(wǎng)中順暢流動(dòng)。當(dāng)T0≥T1且T2≥32℃時(shí)，風(fēng)機(jī)以變頻器最大輸出頻率(50Hz)方式額定速度運(yùn)行。（二）PID控制參數(shù)的含義及選定1．PID參數(shù)的含義要使PID控制取得好的效果，關(guān)鍵是選定PID的控制參數(shù)。比例作用，有的用比例帶（或比例度）表示，與放大系數(shù)K的關(guān)系為倒數(shù)關(guān)系。控制輸出，則是R乘以比例系數(shù)H。智能控制系統(tǒng)具有自動(dòng)控制和顯示功能。不過在下載之前還要將PT進(jìn)行設(shè)置以及內(nèi)存初始化。設(shè)置串行端口A或串行端口B的NT鏈接（1：1）方法的通信條件。PT與PLC均設(shè)置好之后就可以聯(lián)機(jī)了，PT與PLC的通訊也采用RS232口。進(jìn)入系統(tǒng)菜單選擇維護(hù)模式，選擇“內(nèi)存開關(guān)”，“按鍵聲”顯示“ON ”或“OFF”。進(jìn)入系統(tǒng)菜單選擇維護(hù)模式，選擇“內(nèi)存開關(guān)”，按“下一畫面”或“前一畫面”觸摸開關(guān)，顯示第四個(gè)