【正文】 微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的加 微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成 PI 調(diào)節(jié)器或 PID 調(diào)節(jié)器。積分作用的強弱取決與積分時間常數(shù) Ti， Ti 越小，積分作用就越強。 積分（ I）調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。 比例（ P）調(diào)節(jié)作用：是按比例反應系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少 偏差。 （ 9）負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 （ 7）在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快?！?。 （ 4） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 （ 2）獨特的單線接口方式，與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)雙向通訊。 DS18B20 具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點，在實際應用中取得了良好的測溫效果 。 （ 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通道的電壓輸入 (10V～ 10V)或可以進行電流輸入 (20mA～ 20mA)， 每個通道可以指定電壓或電流輸入 I/O 分配表 表 三菱 FX2N32001 I/O分配表 輸入端 I 所對應控制 輸出端 O 所對應控制 X1 SB2 Y0 LD1 X2 SB1 Y1 KM1 X3 SB3 Y2 KM2 X4 SB4 Y3 KM3 X5 SB5 Y4 KM4 X6 SB6 Y5 KM5 X7 SB7 Y6 MK6 X10 SB10 Y7 LD2 X13 SB13 Y10 LD3 X14 SB14 Y13 — X15 SB15 Y14 — X16 SB16 Y15 — X17 SB17 Y16 — X20 SB20 Y17 — X21 — …… — X22 — Y21 — 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 30 溫度傳感器的選型 傳感器的選型原則 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別 ,如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器 ,是在進行某個量的測量時首先要解決的問題 。 M 1 變 頻 運 行△ T 5oCM 1 轉(zhuǎn) 為 工 頻 運 行 ， M 2 變 頻 運 行△ T 5oCM 1 停 機 ， M 2 繼 續(xù) 變 頻 運 行△ T 5oCM 2 轉(zhuǎn) 為 工 頻 運 行 ， M 3 變 頻 運 行△ T 5oCM 2 停 機 ， M 3 繼 續(xù) 變 頻 運 行△ T 5oCM 3 轉(zhuǎn) 為 工 頻 運 行 ， M 1 變 頻 運 行△ T 5oC 圖 (c) 電機動作循環(huán)圖 （ T124 oC） 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） 27 變頻器的選型及其各個端子的功能介紹 根據(jù) 所提到的變頻器的選型的 原則 ，考慮到水泵在運行過程中很少發(fā)生過載的原因，本設(shè)計選擇了 艾默生 EV2020 變頻器 。 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） 當進水溫度 32oC T124 oC， 進出水溫差 △ T 目標值設(shè)為 oC， 4 按照圖 (b)電機動作循環(huán)圖作出相應的動作。 控制如下： 系統(tǒng) 自動 啟動， M1 開始變頻運行 ，通過判斷進水溫度從以下（ 1）（ 2）（ 3）三個循環(huán)中選取一個進行控制。 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。即：進水溫度T124oC 時，主要著眼于節(jié)能效果，溫差的目標值設(shè)為 △ T=5oC；而在進水溫度 T132oC時，溫差的目標值設(shè)為 △ T=3oC，從而保證冷卻效果。 PLC 對 接收的信號 進行判斷 ，發(fā)出指令使變頻器做出相應的動作 ，從而實現(xiàn)系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場溫度和負載的變化，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。 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 24 5 冷卻水循環(huán)節(jié)能系統(tǒng)的 軟 硬件設(shè)計 系統(tǒng)的工作 過程 圖 系統(tǒng)工作過程圖 冷卻水循環(huán)節(jié)能系統(tǒng)共三臺冷卻水泵（ ），一臺變頻器通過 PLC 控制器的切換和控制，可使每一臺電動機依次處于工頻或變頻下運行，并分別依次進行軟啟動。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。因為，當采用變頻調(diào)速系統(tǒng)時，所考慮的不僅僅是冷卻效果，還必須考慮節(jié)能效果。 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。如果采用傳感器采集冷卻水進水和出水溫度，溫差控制器將溫差量變?yōu)槟M量反饋給中央處理器，然后由中央處理器控制變頻器的頻率。 圖 系統(tǒng)控制閉環(huán)回路 具體控制方式： 溫度控制 當回水溫度較低時，冷卻泵以下限轉(zhuǎn)速運行；當回水溫度升高時，冷卻泵的轉(zhuǎn)速也逐漸提高；而當回水溫度升高到某個設(shè)定值（如 37 攝氏度）時，應采取下一步措施：或增加冷卻泵的運行臺數(shù)，或增加水塔冷卻風機的運行臺數(shù)。 其閉環(huán)控制框架如圖 。 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。 具體控制方式 ： 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的工作 與 冷卻系統(tǒng) 類似 ，冷凍水的回水溫度和出水廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 22 溫度之差說明了冷凍水從用戶端帶走熱量的大小，所以通過溫差控制器可以做出冷量需求的判斷，利用溫差作為冷凍水流量的控制依據(jù)，進行節(jié)能控制。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)。因此，對冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制便是中央空調(diào)控制系統(tǒng)的重要組成部分?？梢钥闯觯醒肟照{(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。 同時因水泵采用的是 Y△ 起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的 3～ 4 倍，一臺 45KW 的電動機其起動電流將達到 250A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機的使用壽命大大下降，同時，起動時的機械沖擊和停泵時水垂現(xiàn)象，容易對機械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費用。 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)計熱負荷選定的，且留有 1020%的設(shè)計余量。由于季節(jié)交替、氣候變幻、晝夜輪回、使用變化（旅游旺、淡季）及人流量增減（賓館入住率的變化）等各種因素變化的影響，中央空調(diào)系統(tǒng)的負荷具有起伏變化和不恒定的特點，如果中央空調(diào)的運行方式不能根據(jù)負荷的變化而調(diào)節(jié)，始終在額定容量（即滿負荷狀態(tài)）下運行，也勢必造成巨大的能源浪費。而且，空調(diào)水系統(tǒng)的水泵、風機等機電設(shè)備， 長期處在工頻額定狀態(tài)下高速運行，機械磨損嚴重，導致設(shè)備故障增加和使用壽命縮短。因此，中央空調(diào)系統(tǒng)在絕大部分時間里，都是在部分負荷（遠小于其額定容量）條件下運行的。 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荷（或最大熱負荷），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。 系統(tǒng)的特點及效果 變 頻 節(jié)能 系統(tǒng)由于采用閉環(huán)控制，電機按需要設(shè)定溫度，使 設(shè)備 容量隨時間季節(jié)變化，熱負荷通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)能在滿足要求的前提下最大限度的節(jié)能，并減少對電網(wǎng)的沖擊?，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)速相應于熱負載的變化而變化。這樣不斷調(diào)整控制，使其達到最佳的效果?，F(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。 變頻系統(tǒng)只涉及冷凍水機組和冷卻水機組的變 頻調(diào)節(jié)控制。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。 在中央空調(diào)系統(tǒng)中，用變頻器進行流量（風量）控制時，可節(jié)約大量電能。 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用。 以變頻器為主組成的中央空調(diào)綠色智能控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)溫度、溫差、壓力、壓差、濕度、流量等多種參數(shù)集中控制，通過自動能量優(yōu)化軟件可使暖通空調(diào)系統(tǒng)中的綜合節(jié)電率達到 50%左右。 變頻器在中央空調(diào)變頻調(diào)速中的應用 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)。 圖 流量與功率消耗關(guān)系圖 這是因為變頻器能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負載變化而隨之調(diào)整水泵電機的轉(zhuǎn)速，在滿足中央空調(diào)系統(tǒng)正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵作出相應調(diào)節(jié)，以達到節(jié)能的目的。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。 由水泵的工作原理可知，風機、水泵特性為 ： Q ∝ C H ∝ 2 P ∝ 3 即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成反比， 軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。 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。 6) 對于一些特殊的應用場合，如高溫，高海拔，此時會引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一擋。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。 ；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負載或有減速裝置時有可能發(fā)生。 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。 2) 變頻器的負載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應用時的方式方法。 （ 5）保護電路 :檢測主電路的電壓、電流等，當發(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。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關(guān)斷。 （ 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。 （ 3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使 6 個開關(guān)器件導通、關(guān)斷就可以得到 3 相交流輸出。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。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，可以進行再生運轉(zhuǎn)。 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 ”。 圖 主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類 :電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。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。除了這 2 個部分之外，變頻器還有可能包含變壓器和電池。 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 )。 過去，變頻器一般被包含在電動發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器等電氣設(shè)備中。 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。 對于電制冷機組，冷卻水系統(tǒng)的下限流量可定為額定流量的 70％。 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