【正文】 廣泛的研究和應(yīng)用。這種做法的后果不僅造成了能耗的浪費(fèi)，還導(dǎo)致冷凍水系統(tǒng)的供、回水低溫差運(yùn)行。水泵、變頻驅(qū)動(dòng)器、控制器等設(shè)備性能的提高大大滿足了水系統(tǒng)控制的要求。在目前應(yīng)用的系統(tǒng)中往往偏重于設(shè)備的運(yùn)行管理控制方法，具體控制方法上，基本上采用多個(gè)回路的PID控制[5]。PID控制器之所以能夠在過程控制領(lǐng)域獲得廣泛地應(yīng)用，是因?yàn)樵趯?shí)際的應(yīng)用中PID控制器的設(shè)計(jì)可只借助于系統(tǒng)輸出等反饋信息進(jìn)行控制，從而減少了控制系統(tǒng)對(duì)對(duì)象模型的依賴性。以PID算法為核心的各種DDC控制系統(tǒng)是目前中央空調(diào)工程和設(shè)備較普遍的使用方法，這種控制方法在工況較穩(wěn)定的情況下，可以得到較好的控制效果。研究工作的具體內(nèi)容如下：對(duì)空調(diào)系統(tǒng)變頻控制進(jìn)行了理論分析。設(shè)計(jì)了基于RS485網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)。文中對(duì)冷凍水機(jī)組的控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件的設(shè)計(jì)，采用西門子TD200文本顯示屏作為人機(jī)界面，西門子S7200 PLC作為主控制器，用一臺(tái)變頻器結(jié)合工頻供電的方式，靈活的驅(qū)動(dòng)冷凍水機(jī)組的三臺(tái)水泵。它的功能是對(duì)該房間或區(qū)域內(nèi)空氣的溫度、濕度、潔凈度和空氣流速等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足人體舒適或工藝過程的要求。根據(jù)需要，它們能組成不同形式的系統(tǒng)。 制冷原理氣態(tài)制冷工質(zhì)(如氟利昂)經(jīng)壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓氣體后進(jìn)入冷凝器，與水(空氣)進(jìn)行等壓熱交換，變成低溫高壓液態(tài)。液體氣化過程要吸收氣化潛熱，而且液體壓力不同，其飽和溫度(沸點(diǎn))也不同，壓力越低，飽和溫度越低。因此，只要?jiǎng)?chuàng)造一定的低壓條件，就可以利用液體的氣化獲取所要求的低溫。制冷工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸取熱量，溫度升高變成過熱蒸氣，進(jìn)入壓縮機(jī)重復(fù)循環(huán)過程?？照{(diào)主機(jī)由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器和冷凝器組成，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)為房間內(nèi)的末端，水系統(tǒng)出冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)組成[7]。因此，對(duì)冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制是中央空調(diào)控制系統(tǒng)的重要組成部分。也就是說，只要啟動(dòng)空調(diào)主機(jī)，冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)都在50Hz工頻狀態(tài)下運(yùn)行。定流量供水方式最主要的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的自控設(shè)備。(2)無論末端負(fù)荷大小如何變化，空調(diào)系統(tǒng)均在設(shè)計(jì)的額定狀態(tài)下運(yùn)行，系統(tǒng)能耗始終處于設(shè)計(jì)的最大值?？照{(diào)負(fù)荷的這種不恒定性，決定了系統(tǒng)對(duì)空調(diào)冷量的需求也是一個(gè)隨機(jī)變化的量。(3)在工頻狀態(tài)下啟停大功率水泵和風(fēng)機(jī)，沖擊電流大，不利于電網(wǎng)的安全運(yùn)行，且水泵、風(fēng)機(jī)等機(jī)電設(shè)備長(zhǎng)期在工額額定狀念下高速運(yùn)行，機(jī)械磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致使用壽命縮短和設(shè)備故障大幅度增加。變流量系統(tǒng)則是根據(jù)實(shí)際負(fù)荷的大小改變冷凍水流量，水泵也可以根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際所需流量自動(dòng)調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速或運(yùn)行臺(tái)數(shù)，從而達(dá)到節(jié)約水泵能耗的目的[7]。 變頻調(diào)速的原理變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： (21)式中：——為同步轉(zhuǎn)速，單位為r/min；——為電源頻率，單位為Hz；——為磁極對(duì)數(shù)。由式()可知，改變參數(shù)，s中的任意一個(gè)就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，即對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。從某種意義上說，變頻器就是一個(gè)可以任意改變頻率的交流電源。磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的磁心，是一種浪費(fèi)；若要增大磁通，又會(huì)使磁通飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)槔@組過熱而損壞電機(jī)。在交流異步電機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的[8]?！ㄗ宇l率，單位為Hz。由式()知只要控制好和，便可以控制磁通不變。由上式可知，要保持磁通量不變，但頻率從額定值向下調(diào)節(jié)，必須同時(shí)降低，然而繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是很難控制的，但電動(dòng)勢(shì)較高，可以忽略電子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)定定子相電壓=E，則得常數(shù)。這時(shí)，可以人為的把電壓抬高一些，以便近似的補(bǔ)償定子壓降。如圖23所示。把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如圖24所示。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的調(diào)速，而在基頻以上，基本上屬于“恒功率調(diào)速”。水泵調(diào)速運(yùn)行節(jié)電的理論之一是水泵學(xué)比例律。由此可見，當(dāng)降低轉(zhuǎn)速時(shí)，功率的減少量遠(yuǎn)比流量的減少量大得多。通過頻率變化來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速與傳統(tǒng)變速方法相比有以下優(yōu)點(diǎn)：，減小了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊；；；。它以其優(yōu)異的調(diào)速性能、顯著的節(jié)能效果以及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域廣泛的適用性，被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為是世界上應(yīng)用最廣、效率最高、最理想的電氣傳動(dòng)方案，是電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。 中央空調(diào)系統(tǒng)變流量系統(tǒng)的特點(diǎn)變流量節(jié)能控制系統(tǒng)是目前最先進(jìn)的節(jié)能控制技術(shù)，它與普遍使用的定流量中央空調(diào)控制模式相比，具有以下技術(shù)特點(diǎn)：(1) 實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)綜合性能最優(yōu)，必須針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)(包括主機(jī)、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)等)統(tǒng)一考慮，全面控制，使全系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，才能實(shí)現(xiàn)最佳綜合節(jié)能。(2) 實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的跟隨性變流量控制系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)中央空調(diào)冷媒系統(tǒng)的運(yùn)行方式，通過對(duì)中央空調(diào)運(yùn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和閉環(huán)控制，將空調(diào)主機(jī)的定流量運(yùn)行改為變流量運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)空調(diào)主機(jī)冷媒流量跟隨末端負(fù)荷需求而同步變化，在空調(diào)系統(tǒng)的任何負(fù)荷條件下，既能確保中央空調(diào)系統(tǒng)的舒適性，又實(shí)現(xiàn)最大的節(jié)能。變流量控制系統(tǒng)的一個(gè)基本思想就是按照中央空調(diào)主機(jī)所要求的最佳運(yùn)行參數(shù)去控制中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行工況及制冷劑工質(zhì)參數(shù)的變化，通過PID控制調(diào)節(jié)，確?？照{(diào)主機(jī)始終處于優(yōu)化的最佳工作點(diǎn)上，使主機(jī)始終保持較高的熱轉(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[10]。這里說到了軟啟動(dòng)方式，下面來介紹下。這就是軟啟動(dòng)。軟起動(dòng)器是一種集軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國(guó)外稱為Soft它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。變頻器(Variablefrequency Drive，VFD)是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。通過改變電源的頻率來達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。 軟啟動(dòng)器的應(yīng)用場(chǎng)合原則上，籠型異步電動(dòng)機(jī)凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場(chǎng)合都可適用。軟起動(dòng)器特別適用于各種泵類負(fù)載或風(fēng)機(jī)類負(fù)載，需要軟起動(dòng)與軟停車的場(chǎng)合。 軟啟動(dòng)器與變頻器之間的區(qū)別對(duì)比軟起動(dòng)器和變頻器是兩種完全不同用途的產(chǎn)品。變頻器具備所有軟起動(dòng)器功能，但它的價(jià)格比軟起動(dòng)器貴得多，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜得多。變頻器也有軟啟動(dòng)功能，是通過改變電源頻率實(shí)現(xiàn)。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電機(jī)控制調(diào)速裝置。變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)真正的軟啟動(dòng)、軟停止和高效調(diào)速。 PID控制的設(shè)計(jì)在生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的發(fā)展歷程中，PID控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式。PID控制具有很多優(yōu)點(diǎn)[11]。由于其有這些優(yōu)點(diǎn)，PID控制直到現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的基本控制方式之一。 PID控制原理PID在溫度控制中已使用數(shù)十年，是一種成熟的技術(shù)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于理解和實(shí)現(xiàn)，且一些高級(jí)控制都是以PID為基礎(chǔ)改進(jìn)的。在目前的溫度控制領(lǐng)域，應(yīng)用十分廣泛。對(duì)一個(gè)控制系統(tǒng)而言，合理地設(shè)置這三個(gè)參數(shù)，可取得較好的控制效果。任何一種變頻器的參數(shù)P 都給出一個(gè)可設(shè)置的數(shù)值范圍，一般在初次調(diào)試時(shí)，P可按中間偏大值預(yù)置．或者暫時(shí)默認(rèn)出廠值，待設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)再按實(shí)際情況細(xì)調(diào)。由經(jīng)典控制理論可知，比例環(huán)節(jié)不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù)的增大而減少，但比例系數(shù)過大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。為此引入積分環(huán)節(jié)I，其效果是，使經(jīng)過比例增益P放大后的差值信號(hào)在積分時(shí)間內(nèi)逐漸增大 (或減小) ，從而減緩其變化速度，防止振蕩。因此，I的取值與拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)：拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)較小時(shí)，積分時(shí)間應(yīng)短些；拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)較大時(shí)，積分時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)些。D的取值也與拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)：拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)較小時(shí)，微分時(shí)間應(yīng)短些；反之，拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)較大時(shí)，微分時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)些。 PID控制器的參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。利用該方法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。例如中央空調(diào)系統(tǒng)中，用回水溫度控制調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率和水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由上可見，同樣是溫度偏低，反饋信號(hào)減小，但要求變頻器的頻率變化方向卻是相反的。 P、I、D參數(shù)調(diào)整原則各參數(shù)的預(yù)置是相輔相成的，運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行如下細(xì)調(diào)：被控物理量在目標(biāo)值附近振蕩，首先加大積分時(shí)間I，如仍有振蕩，可適當(dāng)減小比例增益P。 對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的PID變頻控制在近幾年對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的變頻控制中多采用PI或PID來實(shí)現(xiàn)出回水定溫差或定壓差的水泵頻率控制。對(duì)冷凍水控制通過檢測(cè)制冷主機(jī)冷凝器的進(jìn)水口處的回水溫度和出水口處的出水溫度，通過PLC的PID控制功能，調(diào)節(jié)冷卻泵變頻器的頻率值，最終使溫度值保持在設(shè)定值附近。由前面的分析可知，系統(tǒng)的冷負(fù)荷隨著晝夜和季節(jié)的不同、大氣環(huán)境的變化有很大的差異，室溫等因素也會(huì)產(chǎn)生較大的影響。因此隨環(huán)境因素實(shí)時(shí)的修改設(shè)置參數(shù)，可更加節(jié)能，通過建立溫度查詢表并通過人機(jī)界面輸入到PLC存儲(chǔ)器中可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。西門予公司的S7200系列的PLC都有配套的STEP7Micro/WIN32編程軟件，該軟件可以在PC機(jī)上運(yùn)行，為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)境。PID的組態(tài)設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：(1)確定所要控制的PID指令編號(hào)(回路編號(hào))：(2)選擇參數(shù)控制表存放的位置以及閉環(huán)控制的參數(shù)；(3)確定PID回路的輸入和輸出控制參數(shù)；(4)確定PID回路的報(bào)警選項(xiàng)以及報(bào)警參數(shù)；(5)指定用于計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域；(6)指定初始化子過程和中斷的名稱；(7)確認(rèn)設(shè)計(jì)的PID算法名稱。第3章 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中央空調(diào)控制系統(tǒng)硬件有變頻器、PLC、溫度變送器、人機(jī)界面。PLC：PLC作為控制單元，是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，PLC 控制器通過溫度傳感器測(cè)量進(jìn)出水溫度，編入控制器內(nèi)存，最后來控制變頻器的頻率，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水量，根據(jù)室內(nèi)的溫度高低，控制熱交換的速度，達(dá)到節(jié)能目的。主要用于工業(yè)過程溫度參數(shù)的測(cè)量和控制。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。 西門子MM440變頻器性能介紹MICROMASTER 440全新一代用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。因此，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)創(chuàng)新的BiCo(內(nèi)部功能互聯(lián))功能有無可比擬的靈活性[15]。由于MICROMASTER 440具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級(jí)的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。變頻器適用于各種變速驅(qū)動(dòng)裝置。它尤其適合用于吊車和起重系統(tǒng)、立體倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、食品、飲料和煙草工業(yè)以及包裝工業(yè)的定位系統(tǒng)。 控制性能的特點(diǎn)最新的IGBT技術(shù)；數(shù)字微處理器控制；高質(zhì)量的矢量控制系統(tǒng)；磁通電流控制(FCC)改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并且優(yōu)化電動(dòng)機(jī)的控制；線性V/F特性；平方V/F特性；多點(diǎn)v/f特性(可編程V/F特性)；力矩控制；捕捉再起動(dòng)；滑差補(bǔ)償；在電源中斷或故障跳閘以后，自動(dòng)再起動(dòng)；可以由用戶定義的自由功能塊，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算的操作；動(dòng)態(tài)緩沖；用于定位控制的減速斜坡函數(shù)曲線；高品質(zhì)的PID控制器(具有參數(shù)自整定功能)，可用于一般的過程控制；可編程的加速/減速斜坡函數(shù)，0秒至650秒；斜坡起始段和結(jié)束段的平滑功能；快速電流限制(FCL)功能，避免運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘；快速、可重復(fù)的數(shù)字輸入響應(yīng)時(shí)間；使用兩個(gè)高分辨率的10位二進(jìn)制模擬輸入，實(shí)現(xiàn)速度精調(diào)；復(fù)合制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)控制；4個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率。 變頻器運(yùn)行的環(huán)境條件～40度，這個(gè)溫度比較適合變頻器正常運(yùn)行。不允許把變頻器安裝在有可能經(jīng)常受到振動(dòng)的地方。例如，不要把變頻器安裝在水管的下面，因?yàn)樗艿谋砻嬗锌赡芙Y(jié)露。確認(rèn)變頻器的冷卻風(fēng)口處于正確的位置，不妨礙空氣的流通。由于變頻器內(nèi)部具有大電容，其放電過程較為緩慢，頻繁操作將造成過電壓而損壞內(nèi)部元件；3. 注意防止發(fā)生共振現(xiàn)象。應(yīng)預(yù)先找到負(fù)載固有的共振頻率后，利用變頻器頻率跳躍功能設(shè)置，躲開共振頻率點(diǎn)。但應(yīng)注意，除緊急情況外，接觸器的通斷只能在變頻器停止運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行。 PLC控