PLC和變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用

1、山東省“金藍(lán)領(lǐng)”(維修電工技師)論文題 目 PLC和變頻器在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用姓 名 高兵指導(dǎo)教師 徐國林（教授）二一一年四月二十二日目 錄摘要1第一章 緒論1 1.1 研究背景1 1.2 研究的目的與意義1第二章 可編程控制器1 2.1 可編程綜述1 2.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域2 2.3 PLC-FX2N可編程特點(diǎn)2 2.4 PLC-FX2N與繼電器控制差異2第三章 變頻器3 3.1 變頻器綜述3 3.2 交-直-交適用交頻器基本結(jié)構(gòu)功能33.3 交流變頻器調(diào)速原理3第四章 中央空調(diào)系統(tǒng)改造分析4 4.1 原系統(tǒng)的運(yùn)行及存在問題4 4.2 節(jié)能改造的可行性分析5 4.2.1 中央空調(diào)系統(tǒng)5

2、4.2.2 泵的特性分析與節(jié)能原理6第五章 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的具體方案8 5.1 主電路的控制設(shè)計(jì)8 5.2 變頻節(jié)能技術(shù)框圖及改造原理分析11 5.3 三菱變頻器主要參數(shù)的設(shè)定12 5.4 PLC與變頻器的接線以及I/O分配13第六章 程序分析14第七章 調(diào)試及運(yùn)行18 7.1 實(shí)際調(diào)試及遇到的問題18 7.2 技術(shù)改造后的運(yùn)行效果18第八章 結(jié)論與展19致謝19參考文獻(xiàn)19PLC和變頻器在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要本文介紹了由變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等組成溫差閉環(huán)控制在中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造中的應(yīng)用。通過溫差閉環(huán)控制，使冷凍水泵和冷卻水泵能隨空調(diào)負(fù)荷的變化而自動變速運(yùn)

3、行，大大優(yōu)化了系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，達(dá)到了顯著的節(jié)能效果。關(guān)鍵詞：變頻器  PLC  節(jié)能  溫差閉環(huán)自動控制  中央空調(diào)系統(tǒng)第一章 緒論1.1研究背景我國是一個人均能源相對貧乏的國家，人均能源占有量不足世界水平的一半，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國已成為世界第二耗能大國，但能源使用效率普通偏低, 造成電能浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重。盡管我國電網(wǎng)總裝機(jī)容量和發(fā)電量快速擴(kuò)容，但仍趕不上用電量增加的速度，供電形勢嚴(yán)峻, 節(jié)能節(jié)電已迫在眉睫。中央空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設(shè)施之一，電能的消耗非常大，約占建筑物總電能消耗的50%。由于中央空調(diào)系統(tǒng)都是按最大負(fù)載并增加一

4、定余量設(shè)計(jì)，而實(shí)際上在一年中，滿負(fù)載下運(yùn)行最多只有十多天，甚至十多個小時，幾乎絕大部分的時間負(fù)載都在70%以下運(yùn)行。通常中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍主機(jī)的負(fù)荷能隨季節(jié)氣溫變化自動調(diào)節(jié)負(fù)載，而與冷凍主機(jī)相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動調(diào)節(jié)負(fù)載，幾乎長期在100%負(fù)載下運(yùn)行，造成了能量的極大浪費(fèi)，也惡化了中央空調(diào)的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行質(zhì)量。1.2研究的目的和意義隨著變頻技術(shù)的日益成熟，利用變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，達(dá)到節(jié)能目的提供了可靠的技術(shù)條件。第二章 可編程控制器2.1 可編程綜述可編程控制器是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合計(jì)

5、算機(jī)技術(shù)，自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，是將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的新產(chǎn)品。PLC屬于存儲程序控制的可編程控制器，其控制功能是通過存在存儲器內(nèi)的程序來實(shí)現(xiàn)。若要對控制功能作必要的修改，只需改變軟件指令即可，使硬件軟件化。可編程控制器的優(yōu)點(diǎn)與這個“可字”有關(guān)，從軟件來講，它的程序可編也不難編，從硬件上講，它的配置可變，也易變。因此它迅速成為電氣控制領(lǐng)域人們改造自然、創(chuàng)造財(cái)富有力工具。因此越來越多人希望掌握PLC技術(shù)，讓其更好地為各行各業(yè)服務(wù)。2.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域(1) 用于開關(guān)邏輯控制。這是PLC最基本的應(yīng)用領(lǐng)域。也是最適合PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。它可

6、以取代傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)，可應(yīng)用于單機(jī)控制，多機(jī)群控或生產(chǎn)線的自動化控制。(2) 運(yùn)動控制。近年來許多PLC制造商在自己的產(chǎn)品中增加了脈沖串輸出指令，使PLC方便地用于定位及調(diào)速系統(tǒng)。(3) 用于閉路過程控制。PLC通過模擬量單元。比例 積分-微分模擬也叫PID模塊或主機(jī)自帶的PID指令實(shí)現(xiàn)閉路過程控制。(4) 用于數(shù)據(jù)處理。PLC具有大量的功能支撐這些工作，使PLC在需要數(shù)據(jù)運(yùn)算的應(yīng)用領(lǐng)域大顯身手。(5) 用以通信和聯(lián)網(wǎng)。PLC與其他設(shè)備（計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置、智能儀表）之間的通信，多臺PLC之間的通信。2.3 PLC-FX2N可編程特點(diǎn)FX2N是日本三菱公司開發(fā)的FX系列可編程，

7、它的特點(diǎn)：(1) 編程語言簡單，改變程序靈活（梯形圖），深受電氣技術(shù)人員歡迎。(2) 抗干擾能力強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)性好（通過屏蔽，隔離，聯(lián)鎖，在檢測到故障條件時，立即保護(hù)存貯內(nèi)容，正常時可恢復(fù)故障前狀態(tài)）。(3) 可靠性好，維修方便。平均無故障時間甚至達(dá)到幾十萬小時。(4) 體積小，重量輕，功耗低。(5) 靈活多變的系統(tǒng)配置，還有許多特殊模塊，如模擬量輸入輸出模塊等。2.4 PLC-FX2N與繼電器控制差異(1) 組成器件不同：繼電器是真實(shí)存在的，PLC是想象的并不存在的“軟繼電器”。(2) 觸點(diǎn)情況不同：繼電器觸點(diǎn)是由實(shí)際結(jié)構(gòu)組成，數(shù)量有限是觸點(diǎn)壽命有限，PLC常開、常閉觸點(diǎn)是由軟件決定，所以數(shù)量

8、是無限。(3) 按線方法不同：繼電器控制圖中所有聯(lián)結(jié)必須逐根連接缺一不可，PLC中接線除輸出、輸入端需實(shí)際接線外，內(nèi)部所有接線都是通過軟件連接，靈活性是繼電器線路無法比較。(4) 工作方式不同：繼電器控制線路，當(dāng)電源接通時各繼電器處于受約狀態(tài)，該吸合就吸合，不該吸合的因條件限制而不吸合，PLC則采用掃描循環(huán)執(zhí)行方式，從第一條梯形圖開始，逐條執(zhí)行至最后一條梯形圖，再從第一條開始繼續(xù)往下執(zhí)行，周而復(fù)始。第三章 變頻器3.1 變頻器綜述交流變頻器是微計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果，在我國交流電的頻率是恒定不變的，只50周/秒，交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速以及異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率F成正比例或接近于正比

9、例 。改變頻率可以方便地改變電動機(jī)的運(yùn)行速度。變頻對交流電動機(jī)調(diào)速十分合適。3.2 交直交通用變頻基本結(jié)構(gòu)功能 圖3-1 1. 整流器。作用于把三組交流整流成直流。2. 直流中間電路，作用對整流電器的輸出進(jìn)行平滑處理，以保證逆變電路得到質(zhì)量較高的直流電源。3. 逆變器。作用是在控制電路的控制下將直流平滑輸出電路的直流電源轉(zhuǎn)為頻率及電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源，逆變電路的輸出就是變頻器的輸出。4. 控制電路，是變頻器的核心部分，其主要任務(wù)對逆變器的開關(guān)控制，對整流器的電壓控制及完成各種保護(hù)功能。3.3 交流變頻器調(diào)速原理三相交流變頻調(diào)速電機(jī)與普通三相交流感應(yīng)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)基本相同，但它工作

10、的電源頻率與普通電機(jī)高。調(diào)速原理：電源AC/380經(jīng)AC/DC電路轉(zhuǎn)換為DC（280V/310V）電源送到驅(qū)動電路，單片機(jī)控制的PWM（脈寬調(diào)制）電路通過驅(qū)動電路又將DC電源轉(zhuǎn)換為適合電機(jī)某種速度工作狀態(tài)的電源供電機(jī)用。以等幅的脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)壓機(jī)的交流頻率、電壓（交流調(diào)速電機(jī)）和電樞的直流電壓（直流調(diào)速電機(jī)），這種調(diào)速方式的轉(zhuǎn)換變化范圍大、平滑性好且效率高。單片機(jī)中送出的u、v、w、x、y、z(x)六組寬度和周期序列不等，但幅度相等的序列方波脈沖，控制六個大功率輸出管Q-U+、Q-V+、Q-W+、Q-U-、Q-V-、Q-W-導(dǎo)通與截止，在其負(fù)載（三相電機(jī)）上得到適合其工作于某種速度的電源。交

11、流電機(jī)和直流電機(jī)使用的調(diào)速器，主要差異在PWM脈沖調(diào)速信號輸出的波形不同。 其電機(jī)轉(zhuǎn)速公式： n=60f/p(1-s) 式（3-1）其中：n為轉(zhuǎn)速（r/min）；p為極對數(shù)；f為電樞的交流電壓頻率（Hz）；可見改變f即可改變n。頻率控制原則上按電壓與頻率之比為恒值（或近似）的規(guī)律，在降頻的同時降壓，使電壓與頻率協(xié)調(diào)控制。三相交流變頻電機(jī)接一個100F左右的移相電容后，直接接50Hz市電也可正常運(yùn)轉(zhuǎn)（短時間，否則極易過熱損壞），使用此方法可以檢查電機(jī)的好壞。第四章 中央空調(diào)系統(tǒng)改造分析4.1原系統(tǒng)的運(yùn)行及存在問題我辦公大樓的中央空調(diào)系統(tǒng)改造前的主要設(shè)備和控制方式：450冷噸冷氣主機(jī)2臺，型號為特

12、靈二極式離心機(jī)，兩臺并聯(lián)運(yùn)行；冷凍水泵和冷卻水泵各有3臺，型號均為TS-200-150315，揚(yáng)程32米，配用功率37KW。均采用兩用一備的方式運(yùn)行。冷卻塔3臺，風(fēng)扇電機(jī)7.5KW，并聯(lián)運(yùn)行。該辦公大樓是一個各種配套設(shè)備設(shè)施齊全、設(shè)計(jì)布局比較合理的特殊場所，領(lǐng)導(dǎo)和辦公人員對環(huán)境的舒適度要求比較高。因此，中央空調(diào)的投入使用必不可少，每年的410月份無論是節(jié)日還是假日，每天都必須供應(yīng)冷氣。由于中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時必須按天氣最熱、負(fù)荷最大時設(shè)計(jì)，且留有10%-20%左右的設(shè)計(jì)余量。其中冷凍主機(jī)可以根據(jù)負(fù)載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負(fù)載變化作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。這樣，冷凍水、冷卻水系統(tǒng)幾乎

13、長期在大流量、小溫差的狀態(tài)下運(yùn)行，造成了能量的極大浪費(fèi)。而且冷凍、冷卻水泵采用的均是Y起動方式，電機(jī)的起動電流均為其額定電流的34倍，在如此大的電流沖擊下，接觸器的使用壽命大大下降；同時，啟動時的機(jī)械沖擊和停泵時的水錘現(xiàn)象，容易對機(jī)械器件、軸承、閥門和管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備件費(fèi)用。另外,由于冷凍泵軸輸送的冷量不能跟隨系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷的變化，其熱力工況的平衡只能由人工調(diào)整冷凍主機(jī)出水溫度，以及大流量小溫差來掩蓋。這樣，不僅浪費(fèi)能量，也惡化了系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行質(zhì)量。特別是在環(huán)境溫度偏低、某些末端設(shè)備溫控稍有失靈或靈敏度不高時，將會導(dǎo)致大面積空調(diào)室溫偏冷，感覺不適，嚴(yán)重干擾中央空調(diào)系統(tǒng)

14、的運(yùn)行質(zhì)量。因?yàn)榭照{(diào)偏冷的問題經(jīng)常接到辦公人員的投訴，處理這些投訴造成不少人力資源的浪費(fèi)。 本人于該辦公大樓設(shè)備部中央空調(diào)設(shè)備技術(shù)支持，且掌握一定的變頻節(jié)能知識，于是向設(shè)備部經(jīng)理提出：“利用變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等構(gòu)成的溫差閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)。對冷凍、冷卻水泵進(jìn)行改造，以節(jié)約電能。”此項(xiàng)計(jì)劃獲得辦公大樓領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)。4.2 節(jié)能改造的可行性分析改造方案主要有：方案一是通過關(guān)小水閥門來控制流量，經(jīng)測試達(dá)不到節(jié)能效果。且控制不好會引起冷凍水未端壓力偏低，造成高層用戶溫度過高，也常引起冷卻水流量偏小，造成冷卻水散熱不夠，溫度偏高；方案二是根據(jù)制冷主機(jī)負(fù)載較輕時實(shí)行間歇停機(jī)，但再

15、次起動主機(jī)時，主機(jī)負(fù)荷較大，實(shí)際上并不省電，且易造成空調(diào)時冷時熱，令人產(chǎn)生不適感；方案三是采用變頻器調(diào)速，由人工根據(jù)負(fù)荷輕重調(diào)整變頻器的頻率，這種方法人為因素較大，雖然投資較小，但達(dá)不到最大節(jié)能效果；方案四是通過變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度模塊和溫度傳感器等構(gòu)成溫差閉環(huán)自動控制，根據(jù)負(fù)載輕重自動調(diào)整水泵的運(yùn)行頻率，排除了人為操作錯誤的因素。雖然一次投入成本較高，但這種方法在社會上已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，已經(jīng)證實(shí)是切實(shí)可行的高效節(jié)能方法。最后決定采用方案四對辦公大樓中央空調(diào)冷凍、冷卻泵進(jìn)行節(jié)能改造。以下是分析過程：4.2.1 中央空調(diào)系統(tǒng)圖4-1 中央空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中央空調(diào)系統(tǒng)的工作過程

16、是一個不斷進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換以及熱交換的過程。其理想運(yùn)行狀態(tài)是：在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中,在冷凍泵的作用下冷凍水流經(jīng)冷凍主機(jī)，在蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換，被吸熱降溫后（7。C）被送到終端盤管風(fēng)機(jī)或空調(diào)風(fēng)機(jī)，經(jīng)表冷器吸收空調(diào)室內(nèi)空氣的熱量被吸熱降溫后（7。C）被送到終端盤管風(fēng)機(jī)或空調(diào)風(fēng)機(jī)，經(jīng)表冷器吸收空調(diào)室內(nèi)空氣的熱量升溫后（12。C），再由冷凍泵送到主機(jī)蒸發(fā)器形成閉合循環(huán)。在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中,在冷卻泵的作用下冷卻水流經(jīng)冷凍機(jī)，在冷凝器吸熱升溫后（37。C）被送到冷卻塔，經(jīng)風(fēng)扇散熱后（32。C）再由冷卻泵送到主機(jī)，形成循環(huán)。在這個過程里，冷凍水、冷卻水作為能量傳遞的載體，在冷凍泵、冷卻泵得到動能不停地循環(huán)在各自的管

17、道系統(tǒng)里，不斷地將室內(nèi)的熱量經(jīng)冷凍機(jī)的作用，由冷卻塔排出。如圖4-1所示。在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，冷凍泵、冷卻泵的裝機(jī)容量是取系統(tǒng)最大負(fù)荷再增加10%20%余量作為設(shè)計(jì)安全系數(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水、冷卻水循環(huán)用電約占系統(tǒng)用電的12%24%，而在冷凍主機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時，冷卻水、冷凍水循環(huán)用電就達(dá)30%40%。因此，實(shí)施對冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的能量自動控制是中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造及自動控制的重要組成部分。4.2.2 泵的特性分析與節(jié)能原理泵是一種平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速 n 與流量 Q, 揚(yáng)程 H 及泵的軸功率 N 的關(guān)系如下式所示：Q1=Q2(n1/n2) H1=H2(n12/n22

18、)  N1=N2(n13/n23)     (4-1)上式表明，泵的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，泵的揚(yáng)程與其轉(zhuǎn)速的平方成正比, 泵的軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)電動機(jī)驅(qū)動泵時，電動機(jī)的軸功率P(kw) 可按下式計(jì)算:           P=QH/cF×10-2           (4-2)式中： P：電動機(jī)的軸功率（KW）    Q：流量（

19、m3/s）   ：液體的密度（Kg/m-2）   c:傳動裝置效率   F：泵的效率    H：全揚(yáng)程（m） 調(diào)節(jié)流量的方法：圖4-1 如圖4-1所示，曲線1是閥門全部打開時，供水系統(tǒng)的阻力特性；曲線2是額定轉(zhuǎn)速時，泵的揚(yáng)程特性。這時供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)為A點(diǎn)：流量QA，揚(yáng)程HA；由（4-2）式可知電動機(jī)：（1） 轉(zhuǎn)速不變，將閥門關(guān)小  這時阻力特性如曲線3所示，工作點(diǎn)移至B點(diǎn)：流量QB，揚(yáng)程HB，電動機(jī)的軸功率與面積OQBBHB成正比。（2） 閥門開度不變，降低轉(zhuǎn)速,這時揚(yáng)程特性曲線如曲

20、線4所示，工作點(diǎn)移至C點(diǎn)：流量仍為QB，但揚(yáng)程為HC，電動機(jī)的軸功率與面積OQBCHC成正比。對比以上兩種方法，可以十分明顯地看出，采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法調(diào)節(jié)流量，電動機(jī)所用的功率將大為減小，是一種能夠顯著節(jié)約能源的方法。  根據(jù)異步電動機(jī)原理         n=60f/p(1-s)            (4-3)式中： n:轉(zhuǎn)速  f:頻率   p:電機(jī)磁極對數(shù) &

21、#160;  s:轉(zhuǎn)差率由（43）式可見，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速有3種方法，改變頻率、改變電機(jī)磁極對數(shù)、改變轉(zhuǎn)差率。在以上調(diào)速方法中，變頻調(diào)速性能最好，調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運(yùn)行效率高。因此改變頻率而改變轉(zhuǎn)速的方法最方便有效。根據(jù)以上分析,結(jié)合辦公大樓中央空調(diào)的運(yùn)行特征，利用變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度模塊和溫度傳感器等組成溫差閉環(huán)自動控制，對中央空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造是切實(shí)可行，較完善的高效節(jié)能方案。 第五章 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的具體方案5.1   主電路的控制設(shè)計(jì)根據(jù)具體情況，同時考慮到成本控制，原有的電器設(shè)備盡可能的利用。冷凍水泵及冷卻水泵均采用兩用

22、一備的方式運(yùn)行，因備用泵轉(zhuǎn)換時間與空調(diào)主機(jī)轉(zhuǎn)換時間一致，均為一個月轉(zhuǎn)換一次，切換頻率不高，決定將冷凍水泵和冷卻水泵電機(jī)的主備切換控制利用原有電器設(shè)備，通過接觸器、啟停按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行電氣和機(jī)械互鎖。確保每臺水泵只能由一臺變頻器拖動，避免兩臺變頻器同時拖動同一臺水泵造成交流短路事故；并且每臺變頻器任何時間只能拖動一臺水泵，以免一臺變頻器同時拖動兩臺水泵而過載。以下為冷凍水泵與冷卻水泵一、二次接線圖：圖5-1 冷卻泵一次接線圖圖5-2 冷卻泵二次接線圖圖5-3 冷凍泵一次接線圖圖5-4 冷凍泵二次接線圖變頻器的控制方式：變頻器的啟停及頻率自動調(diào)節(jié)由PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器、溫度模塊進(jìn)行溫

23、差閉環(huán)控制，手動/自動切換和手動頻率上升、下降由PLC控制。主要設(shè)備選型：考慮到設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性及性價(jià)比，以及水泵電機(jī)的匹配。選用三菱FR-F540-37K-CH變頻器；PLC所需I/O點(diǎn)數(shù)為：輸入24點(diǎn)、輸出14點(diǎn)，考慮到輸入輸出需留一定的備用量，以及系統(tǒng)的可靠性和價(jià)格因素，選用FX2N-64MR三菱PLC；溫度傳感器模塊FX2N-4AD-PT，該模塊是溫度傳感器專用的模擬量輸入A/D轉(zhuǎn)換模塊，有4路模擬信號輸入通道（CH1、CH2、CH3、CH4），接收冷凍水泵和冷卻水泵進(jìn)出水溫度傳感器輸出的模擬量信號；溫度傳感器選用PT-100 3850RPM/電壓型溫度傳感器，其額定溫度輸入范圍-10

24、0600，電壓輸出010V，對應(yīng)的模擬數(shù)字輸出-10006000；模擬量輸出模塊型號為FX2N-4DA，是4通道D/A轉(zhuǎn)換模塊，每個通道可單獨(dú)設(shè)置電壓或電流輸出，是一種具有高精確度的輸出模塊。下表為改造需要增加的設(shè)備： 表5-1名    稱數(shù)    量型    號PLC1FX2N-64MR變頻器4FR-F540-37K-CH溫度傳感器輸入模塊 1FX2N-4AD-PT溫度傳感器4PT-100 3850RPM/模擬量輸出模塊1FX2N-4DA轉(zhuǎn)換開關(guān)2250V/5A啟動按鈕18250V/5A停止按鈕2250

25、V/5A5.2 變頻節(jié)能技術(shù)框圖及改造原理分析下圖為變頻節(jié)能系統(tǒng)示意圖圖5-5 變頻節(jié)能示意圖1. 對冷凍泵進(jìn)行變頻改造控制原理說明如下：PLC控制器通過溫度模塊及溫度傳感器將冷凍機(jī)的回水溫度和出水溫度讀入控制器內(nèi)存，并計(jì)算出溫差值；然后根據(jù)冷凍機(jī)的回水與出水的溫差值來控制變頻器的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)出水的流量，控制熱交換的速度；溫差大，說明室內(nèi)溫度高系統(tǒng)負(fù)荷大，應(yīng)提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度和流量，加快熱交換的速度；反之溫差小，則說明室內(nèi)溫度低，系統(tǒng)負(fù)荷小，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度和流量，減緩熱交換的速度以節(jié)約電能；2.對冷卻泵進(jìn)行變頻改造由于冷凍機(jī)組運(yùn)行時，其冷凝器的熱交換

26、量是由冷卻水帶到冷卻塔散熱降溫，再由冷卻泵送到冷凝器進(jìn)行不斷循環(huán)的。冷卻水進(jìn)水出水溫差大，說明冷凍機(jī)負(fù)荷大，需冷卻水帶走的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，加大冷卻水的循環(huán)量；溫差小，則說明，冷凍機(jī)負(fù)荷小，需帶走的熱量小，可降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減小冷卻水的循環(huán)量，以節(jié)約電能。5.3 三菱FR-F540-37K-CH變頻器主要參數(shù)的設(shè)定Pr.160   :  0        允許所有參數(shù)的讀/寫Pr.1     :  50.00   

27、 變頻器的上限頻率為50HzPr.2     :  30.00    變頻器的下限頻率為30HzPr.7     :  30.0     變頻器的加速時間為30SPr.8     :  30.0     變頻器的減速時間為30SPr.9     :  65.00  &#

28、160; 變頻器的電子熱保護(hù)為65APr.52    :  14       變頻器DU面板的第三監(jiān)視功能為變頻器的輸出功率Pr.60    :  4        智能模式選擇為節(jié)能模塊Pr.73    :  0        設(shè)定端子25間的頻率設(shè)定為電壓信號010

29、VPr.79    :  2        變頻器的操作模式為外部運(yùn)行5.4 三菱PLC控制器FX2N-64MR與三菱FR-F540-37K-CH變頻器的接線以及I/O分配1. I/O分配： 表5-2X0:1#冷卻泵報(bào)警信號X1:1#冷卻泵運(yùn)行信號X2:2#冷卻泵報(bào)警信號X3:2#冷卻泵運(yùn)行信號X4:1#冷凍泵報(bào)警信號X5:1#冷凍泵運(yùn)行信號X6:2#冷凍泵報(bào)警信號X7:2#冷凍泵運(yùn)行信號X10:冷卻泵報(bào)警復(fù)位X11:冷凍泵報(bào)警復(fù)位X12：冷卻泵手/自動調(diào)速切換X13：冷凍泵手/自動調(diào)

30、速切換X14：冷卻泵手動頻率上升X15：冷卻泵手動頻率下降X16：冷凍泵手動頻率上升X17：冷凍泵手動頻率下降X20:1#冷卻泵啟動信號    X21: 1#冷卻泵停止信號X22:2#冷卻泵啟動信號    X23: 2#冷卻泵停止信號X24:1#冷凍泵啟動信號    X25: 1#冷凍泵停止信號X26:2#冷凍泵啟動信號    X27: 2#冷凍泵停止信號Y2:冷卻泵自動調(diào)速信號Y3: 冷凍泵自動調(diào)速信號Y4:1#冷卻泵報(bào)警信號Y5: 2#冷卻泵報(bào)警信號Y6:1#冷凍泵報(bào)警信

31、號Y7: 2#冷凍泵報(bào)警信號Y10:1#冷卻泵啟動Y11:1冷卻泵變頻器報(bào)警復(fù)位Y12:2#冷卻泵啟動    Y13:2冷卻泵變頻器報(bào)警復(fù)位Y14:1#冷凍泵啟動Y15:1冷凍泵變頻器報(bào)警復(fù)位Y16:2#冷凍泵啟動    Y17:2冷凍泵變頻器報(bào)警復(fù)位2. 接線圖：圖5-6 PLC與變頻器接線圖第六章 程序分析1. 冷凍水出回水和冷卻水進(jìn)出水的溫度檢測及溫差計(jì)算程序圖6-1 根據(jù)計(jì)算出來的冷凍水出回水溫差和冷卻水進(jìn)出水溫差，分別對冷凍泵變頻器和冷卻泵變頻器進(jìn)行無級調(diào)速的自動控制，溫差變小變頻器的運(yùn)行頻率下降（頻率下限為30Hz），溫差

32、變大，則變頻器的運(yùn)行頻率上升（頻率上限50Hz），從而實(shí)現(xiàn)恒溫差的控制，實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能運(yùn)行。2. FX2N-4DA  4通道的D/A轉(zhuǎn)換模塊程序分析圖6-2 D/A轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字量入口地址為：CH1通道：D1100；CH2通道：D1101；CH3通道：D1102；CH4通道：D1103；數(shù)字量的范圍為-2000+2000，對應(yīng)的電壓輸出為-10V+10V,變頻器輸入模擬電壓為0+10V,對應(yīng)30Hz50Hz的數(shù)字量為 +1200+2000，為保證2臺冷卻泵之間的變頻器運(yùn)行頻率的同步一致，使用了   LD M8000   MOV D1100

33、D1101 ；2臺冷凍泵也使用了 LD M8000  MOV D1102 D1103  的指令。3. 手動調(diào)速PLC程序分析（以冷卻泵為例） 圖6-3X14為冷卻泵手動頻率上升， X15為冷卻泵手動頻率下降，每次頻率調(diào)整0.5Hz，所有手動頻率的上限50Hz，下限30Hz。4. 手動調(diào)速和自動調(diào)速的切換程序圖6-4X12為冷卻泵手/自動調(diào)速切換開關(guān)；X13為冷凍泵手/自動調(diào)速切換開關(guān)；溫差自動調(diào)速程序（以冷卻泵為例說明） 圖6-5溫差采樣周期，因溫度變化緩慢，時間定為5秒能滿足實(shí)際需要；當(dāng)溫差小于4.8時，變頻器運(yùn)行頻率下降，每次調(diào)整0.5Hz；當(dāng)溫差大于5.2時，變頻器運(yùn)

34、行頻率上升，每次調(diào)整0.5Hz；當(dāng)冷卻進(jìn)出水溫差在4.85.2時不調(diào)整變頻器的運(yùn)行頻率。從而保證冷卻泵進(jìn)出水的溫差恒定，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。5. 變頻器的保護(hù)和故障復(fù)位控制變頻器的過電流電子熱保護(hù)動作時PLC能自動檢測，給出報(bào)警信號，提醒值班人員及時處理，以下為變頻器故障后的復(fù)位PLC程序:圖6-6第七章 調(diào)試及運(yùn)行7.1 實(shí)際調(diào)試及遇到的問題1整改設(shè)備安裝完畢后，先將編好的程序?qū)懭隤LC，設(shè)定變頻器參數(shù)，檢查電器部分并逐級通電調(diào)試。2投入試運(yùn)行時，在人為地減少負(fù)荷，冷凍泵頻率自動降到30Hz時，冷凍主機(jī)故障停機(jī)，經(jīng)查是由于冷凍水水流開關(guān)動作造成，經(jīng)維修（更換）后恢復(fù)正常。3當(dāng)僅開一臺機(jī)組，冷凍泵運(yùn)

35、行在25Hz時，（首次設(shè)定頻率下限為25Hz。）發(fā)現(xiàn)頂層部分房間的冷凍水流量偏小，溫升偏高，不能滿足冷量需求。經(jīng)現(xiàn)場分析：雖然冷凍水循環(huán)為垂直及水平同程系統(tǒng)，各樓層負(fù)載管道水阻幾乎相等，但由于管道最遠(yuǎn)處達(dá)100多米，管道保溫也有不太理想的地方，冷凍水沿程的冷量損失較大，最后將冷凍水管道保溫重新檢修；冷凍泵頻率下限也調(diào)整至30Hz。經(jīng)維修、調(diào)整后，檢測各點(diǎn)工作狀況達(dá)到較理想要求。4用高精度溫度計(jì)檢測各點(diǎn)溫度，以便檢驗(yàn)溫度傳感器的精確度及校驗(yàn)各工況狀態(tài)。將二樓西餐廳、地下一層桑拿按摩中心等負(fù)荷需求不大或裝機(jī)容量偏大的設(shè)備，手動調(diào)小閥門，避免電動閥的頻繁開?；蛟斐删植康拇罅髁啃夭睢?冷卻水循環(huán)也遇到類似冷凍水系統(tǒng)相似的問題，首次將冷卻泵頻率下限設(shè)為25Hz，在試運(yùn)行時，冷卻塔布水器不能