【正文】 路保護(hù)，但切記不可頻繁操作。禁止把變頻器安裝在濕度過大和有可能出現(xiàn)凝露的地方。例如，安裝在存在灰塵、腐蝕性氣體等的環(huán)境中?！?5%，無凝露。 保護(hù)功能過壓/欠壓保護(hù)；變頻器過溫保護(hù)；使用PTC通過數(shù)字輸入實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)；接地故障保護(hù)；短路保護(hù)；閉鎖電動(dòng)機(jī)保護(hù)；防止電動(dòng)機(jī)失速；參數(shù)聯(lián)鎖。 主要特征易于安裝；易于調(diào)試；牢固的EMC設(shè)計(jì)；可由IT電源供電；對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)是快速和可重復(fù)的；參數(shù)設(shè)置的范圍很廣，確保它可對(duì)廣泛的應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行配置；電纜連接簡(jiǎn)便；具有多個(gè)繼電器輸出；具有多個(gè)模擬量輸出(0~20mA)；6 個(gè)帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換可NPN/PNP 接線；2 個(gè)模擬輸入：1)ADC1：0~10V，0~20mA 和10 至+10V 2)ADC2：0~10V，0~20mA；2 個(gè)模擬輸入可以作為第7 和第8 個(gè)數(shù)字輸入；BICO 技術(shù)；模塊化設(shè)計(jì)，配置非常靈活；開關(guān)頻率高(傳動(dòng)變頻器可到16kHz)，因而電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪音低；內(nèi)部RS485 接口(端口)；詳細(xì)的變頻器狀態(tài)信息和完整的信息功能。由于它具有高度的靈活性因而可以在廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。既可用于單獨(dú)傳動(dòng)系統(tǒng)，也可集成到自動(dòng)化系統(tǒng)中。其具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的可變速控制系統(tǒng)供電的理想變頻傳動(dòng)裝置。采用脈沖頻率可選的專用脈寬調(diào)制技術(shù)，可使電動(dòng)機(jī)低噪聲運(yùn)行。本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為功率輸出器件。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(shí)間使6個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。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)。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)。 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(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 變頻器的原理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，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。人機(jī)界面：系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。溫度變送器：將溫度變量轉(zhuǎn)化為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)。實(shí)現(xiàn)功能如下：變頻器：為了調(diào)速，并降低啟動(dòng)電流。PID設(shè)置向?qū)н^程如圖29：圖26(a) PID向?qū)гO(shè)置過程圖26(b) PID向?qū)гO(shè)置過程 本章小結(jié)本章介紹了中央空調(diào)的結(jié)構(gòu)和原理，對(duì)變流量控制進(jìn)行了研究闡述了變頻調(diào)速原理，分別對(duì)比了軟啟動(dòng)器和變頻器的優(yōu)缺點(diǎn)，最后對(duì)傳統(tǒng)PID控制進(jìn)行了細(xì)致的研究和探討可行性及PID控制環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)。STEP7Micro/WIN32提供了PID指令向?qū)?，指?dǎo)使用者定義一個(gè)閉環(huán)控制過程的PID算法，該算法程序由編程軟件自動(dòng)插入到主程序中。溫度設(shè)置如下表：表21 溫度值查詢表室溫19℃以下19℃~23℃23℃~26℃26℃以上設(shè)定值8765 PID控制器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)西門子公司從S7200系列PLC中的CPU215，CPU216開始增加了用于閉環(huán)控制的PID指令。即使空調(diào)系統(tǒng)的水泵、風(fēng)機(jī)等以同樣轉(zhuǎn)速等情況運(yùn)行，其實(shí)際出回水溫差也變化很大。其比例積分系數(shù)憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)定。對(duì)冷凍水控制通過檢測(cè)制冷主機(jī)蒸發(fā)器的進(jìn)水口處的回水溫度和出水口處的出水溫度，將其溫差與設(shè)定值比對(duì)，通過PLC的PID控制功能或PID控制器，調(diào)節(jié)冷凍泵變頻器的頻率值，最終使溫差值保持在設(shè)定值[14]。被控物理量在發(fā)生變化后難以恢復(fù)，首先加大比例增益P，如果恢復(fù)仍較緩慢，可適當(dāng)減小積分時(shí)間I，還可加大微分時(shí)間D。這就是引入反饋邏輯的原由。冬天制熱時(shí)，如果回水溫度偏低，反饋信號(hào)減小，說明房間溫度低，要求提高變頻器輸出頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速，加大熱水的流量；而夏天制冷時(shí)，如果回水溫度偏低，反饋信號(hào)減小，說明房間溫度過低，可以降低變頻器的輸出頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速，減少冷水的流量。 PID的反饋邏輯所謂反饋邏輯，是指被控物理量經(jīng)傳感器檢測(cè)到的反饋信號(hào)對(duì)變頻器輸出頻率的控制極性。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。兩種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。由于微分環(huán)節(jié)在系統(tǒng)傳遞函數(shù)中引入了一個(gè)零點(diǎn)，如果使用不當(dāng)會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定。微分時(shí)間D微分時(shí)間D是根據(jù)差值信號(hào)變化的速率，提前給出一個(gè)相應(yīng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作，從而縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間，克服因積分時(shí)間過長(zhǎng)而使恢復(fù)滯后的缺陷。但積分時(shí)間I太長(zhǎng)，又會(huì)當(dāng)反饋信號(hào)急劇變化時(shí)，被控物理量難以迅速恢復(fù)。積分時(shí)間I如上所述．比例增益P越大，調(diào)節(jié)靈敏度越高，但由于傳動(dòng)系統(tǒng)和控制電路都有慣性，調(diào)節(jié)結(jié)果達(dá)到最佳值時(shí)不能立即停止，導(dǎo)致超調(diào)，然后反過來調(diào)整，再次超調(diào)，形成振蕩。比例增益部分用于保證控制量的輸出含有與系統(tǒng)偏差成線性關(guān)系的分量，能夠快速反應(yīng)系統(tǒng)輸出偏差的變化情況。圖25 PID控制系統(tǒng)原理圖PID控制器各個(gè)部分的作用及其在控制中的調(diào)節(jié)規(guī)律如下：比例增益P比例增益 P就是用來設(shè)置差值信號(hào)的放大系數(shù)的。PID調(diào)節(jié)器又稱為比例積分微分調(diào)節(jié)器，它具有比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)，可見，溫度PID調(diào)節(jié)器有三個(gè)可設(shè)定參數(shù)，即比例放大系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)。在工業(yè)過程控制中，40%以上的控制系統(tǒng)回路具有PID結(jié)構(gòu)。溫度是一個(gè)普通而又重要的物理量，在許多領(lǐng)域里，人們需對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量和控制，長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)外科技工作者對(duì)溫度控制器進(jìn)行了廣泛深入的研究，產(chǎn)生了大批溫度控制器，如：性能成熟、應(yīng)用廣泛的PID調(diào)節(jié)器、智能控制PID調(diào)節(jié)器、自適應(yīng)控制等?？梢詮V泛的應(yīng)用于各種行業(yè)；，使用方便，容易通過簡(jiǎn)單的硬件和軟件方式實(shí)現(xiàn)。在本世紀(jì)40年代以前，除在最簡(jiǎn)單的情況下可采用開關(guān)控制外，它是唯一的控制方式。兩者可以配合使用，大中型供水設(shè)備中，常由變頻器帶動(dòng)一臺(tái)泵變速運(yùn)行，由一臺(tái)軟啟動(dòng)器完成其余各泵開、停操作，變頻泵可定時(shí)輪換使各泵運(yùn)行時(shí)間均衡，運(yùn)行中變頻與工頻可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)切換。通過變頻控制電機(jī)運(yùn)行，是真正的高效調(diào)速方式，效率很高。軟啟動(dòng)器只能通過晶閘管調(diào)壓實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車，但不具備調(diào)速功能。軟啟動(dòng)器是通過星三角轉(zhuǎn)換來降低啟動(dòng)電流；而變頻器是通過改變頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的，能降低能耗。變頻器是用于需要調(diào)速的地方，其輸出不但改變電壓而且同時(shí)改變頻率；軟起動(dòng)器實(shí)際上是個(gè)調(diào)壓器，用于電機(jī)起動(dòng)時(shí)，輸出只改變電壓并沒有改變頻率。同樣對(duì)于變負(fù)載工況、電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行，只有短時(shí)或瞬間處于重載場(chǎng)合，應(yīng)用軟起動(dòng)器(不帶旁路接觸器)則具有輕載節(jié)能的效果。目前的應(yīng)用范圍是交流380V(也可660V)，電機(jī)功率從幾千瓦到800kW。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導(dǎo)通角，使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。Starter。電機(jī)的軟啟動(dòng)可以通過軟啟動(dòng)器或者變頻器來實(shí)現(xiàn)。 電機(jī)的軟啟動(dòng)原理及應(yīng)用 軟啟動(dòng)設(shè)備介紹電壓由零慢慢提升到額定電壓，使電機(jī)啟動(dòng)的全過程都不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的啟動(dòng)運(yùn)行。隨著變頻器技術(shù)的成熟及其價(jià)格的大幅下降，越來越多的設(shè)計(jì)師開始認(rèn)識(shí)到在空調(diào)水系統(tǒng)中應(yīng)用變頻器改變水泵轉(zhuǎn)速所帶來的巨大效益。(3) 空調(diào)主機(jī)始終保持高的熱轉(zhuǎn)換效率眾所周知，隨著中央空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的變化，必將導(dǎo)致整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)偏離空調(diào)主機(jī)的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)，導(dǎo)致主機(jī)熱轉(zhuǎn)換效率降低，這一直是傳統(tǒng)中央空調(diào)運(yùn)行方式無法解決的一大難題。變流量控制系統(tǒng)對(duì)中央空調(diào)的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)最佳節(jié)能效果。它為提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、節(jié)約能源、降低消耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供了重要的新手段。變頻技術(shù)的應(yīng)用交流變頻調(diào)速技術(shù)是將電力電子、自動(dòng)控制、微電子、電機(jī)學(xué)等技術(shù)集成的一項(xiàng)高新科技。因此，控制水泵的轉(zhuǎn)速可以有效地控制水泵的消耗功率，這就是中央空調(diào)系統(tǒng)高效節(jié)能的基礎(chǔ)。幽水泵學(xué)比例律可知，對(duì)于同一臺(tái)水泵，當(dāng)以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，水泵的流量Q，揚(yáng)程H，軸功率P與轉(zhuǎn)速n有如下關(guān)系[9][12][13]： (24) 由公式(24)知，流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。圖24 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性在中央空調(diào)水系統(tǒng)中，最主要的運(yùn)行設(shè)備是水泵。如果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動(dòng)機(jī)都能長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。圖23 恒壓頻比控制特性2)基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從往上增高，但電壓磁通與頻率成反比的降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性為b線，無補(bǔ)償?shù)臑閍線。低頻時(shí)，和都較小，定子阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能在忽略。需要考慮基頻以下和基頻以上兩種情況：1)基頻下調(diào)速即采用恒定的電動(dòng)勢(shì)。——定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；——基波繞組系數(shù)；——每極氣隙磁通量。三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是： (23)式中：——?dú)庀洞磐ㄔ诙ㄗ用肯嘀懈袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值，單位為V。對(duì)于直流電機(jī)來說，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，所以只要對(duì)電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，保持磁通量不變是很容易做到的。在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)重要的因素是希望保持每極磁通量為額定值不變。因此，可以通過改變?cè)撾娫吹念l率來實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速可由下式給出： (22)式中：n——電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速；s——異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。如圖22所示：圖21 中央空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖22 冷凍水變流量控制系統(tǒng) 中央空調(diào)變流量控制的實(shí)現(xiàn)方式中央空調(diào)循環(huán)水變流量控制系統(tǒng)，是將整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)從節(jié)能、高效、環(huán)保、健康、安全、管理等方面進(jìn)行全面綜合考慮，把科學(xué)的節(jié)能理念和方法與成熟的控制理論技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、變頻技術(shù)及其產(chǎn)品進(jìn)行融合，形成了一個(gè)完整的節(jié)能與管理體系。綜上來看，定流量控制凸顯出來的問題很多。若不進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，定會(huì)造成能源浪費(fèi)。而由于受多種因素不斷變化的影響，如：季節(jié)交替、氣候晝夜變化、使用頻率、人流量增減等。但這種控制方式存在以下問題：(1)中央空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)多參量、非線性、時(shí)變性的復(fù)雜系統(tǒng)，由于末端負(fù)荷的頻繁波動(dòng)，必然造成系統(tǒng)的運(yùn)行參量偏離空調(diào)主機(jī)的最佳工作狀態(tài)，導(dǎo)致主機(jī)熱轉(zhuǎn)換效率大大降低，系統(tǒng)長(zhǎng)期在低效率狀態(tài)下運(yùn)行，也會(huì)增加系統(tǒng)的能源消耗。定流量控制方式的特征是系統(tǒng)的循環(huán)水量保持恒定，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過改變供水或回水溫度來滿足要求。 中央空調(diào)變流量控制的原理及特點(diǎn) 變流量空調(diào)系統(tǒng)概述早前，國(guó)內(nèi)的中央空調(diào)系統(tǒng)，基本上都采用傳統(tǒng)的定流量控制方式。典型的中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖21所示,冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。 中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成中央空調(diào)系統(tǒng)包括空調(diào)主機(jī)，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)、水系統(tǒng)及相應(yīng)的控制系統(tǒng)。依此原理，氣化過程吸取冷凍水的熱量，使冷凍水溫度降低(一般降為7℃)。例如，1kg的水，飽和溫度為5℃，；1kg的氨，在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力()下，℃。液態(tài)工質(zhì)經(jīng)干燥過濾器去除水份、雜質(zhì)，進(jìn)入膨脹閥節(jié)流減壓，成為低溫低壓液態(tài)工質(zhì)，在蒸發(fā)器內(nèi)氣化。在工程實(shí)際中，應(yīng)從建筑物的用途和性質(zhì)，熱濕負(fù)荷特點(diǎn)、空調(diào)機(jī)房面積和位置、初投資和運(yùn)行維修費(fèi)用等許多方面去考慮，選擇合理的空調(diào)系統(tǒng)。中央空調(diào)系統(tǒng)是一種大型的對(duì)建筑物進(jìn)行集中空氣調(diào)節(jié)并進(jìn)行管理的設(shè)備，一般由空氣處理設(shè)備、送(回)風(fēng)機(jī)、送(回)風(fēng)通道、空氣分配裝置及冷、熱源等組成。第2章 中央空調(diào)變流量控制的原理 中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理 概述空調(diào)即空氣調(diào)節(jié)器，掛式空調(diào)是一種用于給空間區(qū)域提供處理空氣溫度變化的機(jī)組。可將采集的出回水溫度等數(shù)據(jù)信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)送到主控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送。對(duì)變頻控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)工頻/變頻切換功能。 本研究課題的主要工作本文在分析和綜合了PID控制的特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)以及中央空調(diào)控制任務(wù)的基礎(chǔ)上，對(duì)中央空調(diào)冷凍水機(jī)組采用傳統(tǒng)PID控制，對(duì)基于USS通信協(xié)議的RS485總線設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了組態(tài)設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)了中央空調(diào)變頻節(jié)能控制系統(tǒng)。目前，中央空調(diào)控制方法有雙位ON／OFF控制、PID控制、最優(yōu)控制、模糊控制等方法。各種類型的PID控制器因其參數(shù)物理意義明確、易于調(diào)整，并且具有一定的魯棒性，因而得到了廣泛的應(yīng)用。隨著變流量技術(shù)的成熟，在國(guó)外應(yīng)用變流量技術(shù)開始成為暖通行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。從九十年代術(shù)期開始，隨著計(jì)算機(jī)及電子技術(shù)的高速發(fā)展，變流量技術(shù)也得到深入的發(fā)展。在變頻技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)出現(xiàn)之前，通常不考慮負(fù)荷的變化，冷凍水泵以固定的流量輸運(yùn)冷凍水到環(huán)路中。變流量空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，與控制技術(shù)和水泵變頻技術(shù)的發(fā)展是緊密相聯(lián)的，可以說變流量技術(shù)是隨著變頻技術(shù)的出現(xiàn)才逐漸發(fā)展起來的[4]。冷水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)歷了大約六、七十年的發(fā)展，并仍在不斷地完善。智能型空調(diào)器是一個(gè)綜合技術(shù)的聚合體，開發(fā)難度較大，現(xiàn)在的樣機(jī)或產(chǎn)品在控制模式上、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性方面相比國(guó)際先進(jìn)技術(shù)還存在很大的差距，有待于進(jìn)一步的研究和提高。將這兩項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合，在集散型中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加PLC和變頻技術(shù)，并且與智能控制方法相結(jié)合，將原有的定流量系統(tǒng)改為變流量控制系統(tǒng)，從而使中央空調(diào)的各泵組和冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行跟隨負(fù)荷的變化而同步變化，就能夠在保證負(fù)荷需求的前提下，實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的最大節(jié)能。集