PLC和变频器在中央空调节能改造中的应用

摘 要 当前我国能源紧缺局势日渐严峻，社会发展进程中必须采取有效的节能措施，其中中央空调系统节能改造受到社会各界广泛关注，并取得了良好的成果。在改造中PLC和变频器发挥了重要的作用，使得节能改造工作得以顺利开展。本文结合具体实例，对中央空调节能改造的可行性进行分析，并探究了PLC和变频器的具体应用情况，以期能达到理想的节能效果。

【关键词】PLC 变频器 中央空调 节能改造

近年来，我国大型建筑数量不断增加，为了调节建筑内部的温度，建筑单位通常会在建筑中安装中央空调系统。但是中央空调往往会存在耗电量大等问题，造成不必要的能源浪费。而当前变频技术发展迅速，为中央空调的节能改造提供了基础支持，在改造中可通过PLC和变频器实现对变水系统的改造，进而结合温度模块、传感器和转换模块等器件，打造高效的温差闭环控制系统。

1 PLC和变频器在中央空调节能改造中应用可行性

本次研究以某综合性大厦为例，该大厦的一层和二层为餐饮场所，三层以上为办公场所。大厦的中央空调为一次泵系统，由三台水冷冷水机组和三台冷冻水泵组成，均采用两备一用模式。其中电机功率为85kW，采用自耦变压器的启动方式，并且冷却水泵和冷冻水泵保持电机全年恒速运行状态，进出水的温差在2.1～2.4℃之间，通过继电接触器实现全面控制。并且，该系统按照天气最热且室内热负荷最高的情况设计，在运行中存在能源浪费情况。因此应根据大厦的实际情况，采取有效措施对中央空调进行节能改造，在反复考察分析的基础上，工作人员选择通过温差闭环自动控制的方法实现节能改造，在改造中将PLC和变频器应用于冷冻水泵与冷却水泵之中，以此组成温差闭环模块，系统可根据负载的变化情况，自行调整水泵运行频率，进而达到节能的效果。在具体设计中，工作人员充分考虑了中央空调系统中冷却水和冷冻水的循环中用电情况，进而参考系统最大负荷的115%～121%设置装机容量的安全标准。

2 变流量温差和压差的控制

在冷冻水变流量控制中，主要采取冷冻水压差控制方法和冷冻水温差控制方法，并且后者在一次泵定流量系统改造中作用明显，施工难度较低。改造中，将水泵设置为主动调节状态，根据负荷变化情况调整供回水的温差，并且冷冻水泵的转速及流量根据温差进行有效调整。工作人员在供回水的总管上设置温度传感器，并通过PLC获取回水的温度，在此基础上计算出实际运行中出水与回水之间的温度差，并对比系统设定的温度差。如果其中实际温度差大于设定的温度差，则表明室内温度较高，进而应加快冷冻泵转动，使得冷冻水循环加速，最终提升热交换速度。此外，在冷却水变流量控制中，主要选择定温差控制方法，具有主机性能优越的特点，具体控制方法与冷冻水定温差控制原理类似，其中注意控制进出水温度即可，控制范围为5±0.4℃。

3 中央空调节能改造具体设计

3.1 硬件设计方案

选择触摸屏、变频器和PLC组成控制系统，对系统中的2台冷却泵和2台冷冻泵进行改造，具体的硬件设计方案为：利用PLC控制系统中冷却泵的变频接触器，并通过控制器-继电系统控制工频接触器，并在两者之间设置电气连锁保护，以此保证改造后系统的稳定性。并且在控制系统中安装2个温度传感器，收集冷却水回水与出水温度信息，进而连接温度采集模块，实现模拟量向数字量的转换，在转换后将数字信息传输给PLC，运算后结果在模拟量的输出模块FX2N-2DA的作用下实现转换，以0-10v（DC）的形式对变频器的频率进行控制，进而控制水泵的转速。

3.2 控制程序设计

控制程序主要包括：

（1）D/A转换程序，在系统中，数模转换中的数字量主要存储在寄存器之中，并在FX2N-2DA模块的作用下可实现数字量向模拟量的转换，变频器接收转换后的變量，进而通过变频器转速的控制实现对水泵转速的控制；

（2）自动调速程序，考虑冷却水温度变化较为缓慢的情况，在设计中将温差采集周期设置为4s，如果温差超过5℃，则提升变频器的运行频率，每次调整0.5Hz，当温差低于5℃或者频率达到55Hz时，不再调整变频器的频率。同时，如果温差低于4℃，则变频器的频率会呈现下降趋势，进而导致能耗增加，因此必须以0.5Hz的标准调整变频器频率，当变频器频率为45Hz或温差超过4℃时，方可停止调整作业，只要达到上述标准，便可达到最大的节能效果；

（3）冷却泵出回水温差计算程序，在改造中设置两条通道，一条为冷却水回水温度，另一条为冷却水出水温度，并单独设计出回水温差的寄存通道。

3.3 控制系统的输入输出分配情况

根据本次系统改造要求，PLC选择经济中型设备，并且内部具有以太网主站的通讯功能，具备CPU模块一个，数字量输出模块2个，模拟量输出模块2个和脉冲输入模块3个。同时该系统中85kW冷冻水泵选择三菱FR-E740型号的变频器，而65kW的冷却水泵配置的变频器的型号为22C-D105A105。其中冷却泵中配置的PLC输入输出线路中设计多个参数，其中以变频器的参数为主，主要包括：上限频率：55Hz，下限频率：45Hz，加速时间：4s，减速时间：6s，D/A模块的输出电压为0～10v。

4 结束语

综上所述，随着社会发展和经济进步，大型建筑中中央空调系统日渐普及，在有效调节建筑内部温度的同时，也消耗了大量的能源。因此在中央空调运行中，工作人员应结合建筑的实际情况，对其进行节能改造。在改造工程中，多利用PLC和变频器实现中央空调的变频调速，有效避免了冲击电流等现象，在节能方面取得了良好的效果，使得中央空调系统具备良好的经济效益与社会效益。

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作者简介

李婧（1971-），女，北京市人。大学本科学历。广东省江门市新会冈州职业技术学校高中物理一级教师。主要研究方向为电工技术应用。

作者单位

广东省江门市新会冈州职业技术学校 广东省江门市 529100