本文采用西門子S7-200中的226CPU控制器控制技術(shù)和變頻技術(shù)對(duì)樓宇節(jié)能中中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，通過按需要調(diào)節(jié)水泵的輸出流量達(dá)到現(xiàn)代樓宇的節(jié)能效果。

中央空調(diào)工作原理介紹

在目前的許多大型建筑物中，中央空調(diào)系統(tǒng)是必不可少的配套設(shè)施，因此，電能的消耗量非常大，能夠占總電能消耗量的50%。中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是結(jié)合最大負(fù)載進(jìn)行的，而在實(shí)際的應(yīng)用中，滿負(fù)載下運(yùn)行的天數(shù)非常少，最多的也僅僅是十多天，最少的則僅為十多個(gè)小時(shí)，大多數(shù)的情況為負(fù)載的70%以下。

中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍主機(jī)的負(fù)荷能夠感應(yīng)季節(jié)氣溫變化并進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，而冷凍泵和冷卻泵等與冷凍主機(jī)相匹配的設(shè)備則不能調(diào)節(jié)，處于100%負(fù)載的運(yùn)行狀況，因此，造成了巨大的能量消耗，也降低運(yùn)行的環(huán)境和質(zhì)量。變頻技術(shù)不斷發(fā)展并逐漸成熟化，目前研究開發(fā)了結(jié)合變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器以及溫度模塊的溫差閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，同時(shí)對(duì)水泵的輸出流量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。

針對(duì)上述問題，本文應(yīng)用PLC技術(shù)和變頻技術(shù)對(duì)樓宇中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，通過按需要調(diào)節(jié)水泵的輸出流量達(dá)到現(xiàn)代樓宇的節(jié)能效果。文中樓宇中的中央空調(diào)系統(tǒng)如圖1所示。

據(jù)目前的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)冷凍水、冷卻水循環(huán)用電能夠占系統(tǒng)用電的12%~24%，而對(duì)于冷凍主機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行的情況，則電量比率為30%~40%。因此，對(duì)于中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造及自動(dòng)控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制是非常重要的。

基于節(jié)能的中央空調(diào)主電路控制設(shè)計(jì)

結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用情況以及綜合成本的考慮，盡可能的將原有電器設(shè)備加以利用，在本研究中，冷凍水泵及冷卻水泵的運(yùn)行方式均為兩用一備，備用泵與空調(diào)主機(jī)的轉(zhuǎn)換時(shí)間二者是一致的，具體為一個(gè)月轉(zhuǎn)換一次，并且切換頻率較低，因此，可以將冷凍水泵和冷卻水泵電機(jī)的主備轉(zhuǎn)換為原有電器設(shè)備。

另外，每臺(tái)水泵的拖動(dòng)只能配備一臺(tái)變頻器，同時(shí)使用兩臺(tái)變頻器進(jìn)行拖動(dòng)會(huì)極易造成交流短路事故，而且在任何時(shí)間均需要滿足，避免出現(xiàn)變頻器符合過載情況。

基于PLC的冷凍、冷卻泵進(jìn)行變頻控制

對(duì)于冷凍泵的PLC控制：PLC控制器采用溫度模塊及溫度傳感器讀取冷凍機(jī)的回水溫度和出水溫度并保存于控制器中，并計(jì)算器溫度差；并依據(jù)計(jì)算獲得的回水與出水溫度差調(diào)節(jié)控制變頻器的轉(zhuǎn)速和出水量，從而控制熱交換的速度；若表現(xiàn)為溫差較大，則表示室內(nèi)溫度高，系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷大，此時(shí)應(yīng)該提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)冷凍水循環(huán)和流量速度的加快，提升熱交換的效率；相反的，則表示室內(nèi)溫度低，系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷小，通過降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)冷卻水循環(huán)量的減少，從而有效節(jié)約電能。對(duì)于冷卻泵的PLC控制：冷凍機(jī)組運(yùn)行過程中，冷卻水流經(jīng)冷卻塔進(jìn)行冷凝器的熱交換降溫，并通過冷卻泵送到冷凝器實(shí)現(xiàn)循環(huán)過程。

若冷卻水進(jìn)水出水表現(xiàn)為溫差大，則表示冷凍機(jī)負(fù)荷大，冷卻水需要完成交換的熱量較大，因此，需要通過提升冷卻泵的轉(zhuǎn)速以及冷卻水的循環(huán)量來實(shí)現(xiàn)。反之，則表示冷凍機(jī)負(fù)荷小，應(yīng)該降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速以及循環(huán)量，從而有效節(jié)約電能。其中采用西門子S7-226控制器冷凍水出回水和冷卻水進(jìn)出水的溫度檢測(cè)及溫差計(jì)算程序如圖2所示。

其中對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，設(shè)定4個(gè)通道的采樣數(shù)為100次，之后進(jìn)行4個(gè)通道的溫度平均值計(jì)算，再后為分別對(duì)4個(gè)通道的溫度值進(jìn)行修正，最后完成冷卻水進(jìn)出水溫度和冷凍水出回水計(jì)算。

結(jié)合上述計(jì)算獲得的冷凍水出回水溫差和冷卻水進(jìn)出水溫差，進(jìn)行冷凍泵和冷卻泵變頻器的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，根據(jù)GB/T18430.1等標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定：若溫差表現(xiàn)為變小，則需要降低運(yùn)行頻率，且不能低于30Hz，若溫差表現(xiàn)為變大，則需要提升運(yùn)行頻率，且不能超過50Hz，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)恒溫差的監(jiān)測(cè)調(diào)控，使得變頻器的運(yùn)行節(jié)能性能最大。而本文對(duì)冷卻泵的手動(dòng)調(diào)速PLC程序如圖3所示。其中設(shè)定了冷卻泵頻率上升和冷卻泵頻率下降，和冷卻泵下限頻率和冷卻泵上限頻率的設(shè)定。

其中X14表示冷卻泵手動(dòng)頻率上升，X15表示冷卻泵手動(dòng)頻率下降，每次頻率調(diào)整0.5Hz，所有手動(dòng)頻率的上限50Hz，下限30Hz。

采用文中設(shè)計(jì)的中央空調(diào)自動(dòng)控制過程中對(duì)溫差采樣周期設(shè)定為5秒，當(dāng)計(jì)算溫差小于4.8℃時(shí)進(jìn)行變頻器運(yùn)行頻率下降，其中對(duì)每次調(diào)整設(shè)定成0.5Hz；同時(shí)如果計(jì)算所得溫差大于5.2℃時(shí)，此時(shí)將變頻器運(yùn)行頻率調(diào)節(jié)為上升，每次調(diào)整0.5Hz；如果當(dāng)冷卻進(jìn)出水溫差在4.8～5.2℃時(shí)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。

對(duì)樓宇的中央空調(diào)進(jìn)行基于PLC的節(jié)能控制，可最大限度地為水泵爭(zhēng)取了變頻運(yùn)行的時(shí)間，把節(jié)能空間爭(zhēng)取到最大，文中利用變頻器、PLC組成的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能就要主要重要的意義，也為對(duì)現(xiàn)代樓宇的自動(dòng)控制和節(jié)能提供了有效的技術(shù)手段。

結(jié)合現(xiàn)代樓宇自動(dòng)化控制和節(jié)能需要，采用PLC技術(shù)對(duì)樓宇中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，通過有效結(jié)合變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器以及溫度模塊，構(gòu)建能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的輸出流量的溫差閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，從而為實(shí)現(xiàn)節(jié)能利用提供有效的技術(shù)支持。為對(duì)現(xiàn)代樓宇的自動(dòng)控制和節(jié)能提供了有效的技術(shù)手段。