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PLC和变频器在中央空调节能改造中的应用
2006年5月11日 9:36  
    摘要:中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一,电能的消耗非常大,约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计,而实际上在一年中,满负载下运行最多只有十多天,甚至十多个小时,几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行……

    关键词:PLC 变频器 中央空调 节能改造

一、前言

  中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一,电能的消耗非常大,约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计,而实际上在一年中,满负载下运行最多只有十多天,甚至十多个小时,几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载,而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载,几乎长期在100%负载下运行,造成了能量的极大浪费,也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。

  随着变频技术的日益成熟,利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合,构成温差闭环自动控制系统,自动调节水泵的输出流量,达到节能目的提供了可靠的技术条件。

二、问题的提出

  1、原系统简介

  我酒店的中央空调系统的主要设备和控制方式:100冷吨冷气主机2台,型号为三洋溴化锂蒸汽机组,平时一备一用,高峰时两台并联运行;冷却水泵2台,扬程28米,配用功率45 KW,冷水泵有3台,由于经过几次调整,型号较乱,一台为扬程32米,配用功率37KW, 一台为扬程32米,配用功率55KW, 一台为扬程50米,配用功率45KW。冷却塔6台,风扇电机5.5KW,并联运行。

  2、原系统的运行及存在问题

  我酒店是一间三星级酒店。因酒店是一个比较特殊的场所,对客人的舒适度要求比较高,且酒店大部分空间自然通风效果不好,所以对夏季冷气质量的要求较高。

  由于中央空调系统设计时必须按天气最热、负荷最大时设计,且留有10%-20%左右的设计余量。其中冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载,冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。这样,冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行,造成了能量的极大浪费。

  为了解决以上问题,我们打算利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等构成的温差闭环自动调速系统。对冷冻、冷却水泵、冷却塔进行改造,以节约电能。

三、节能改造的可行性分析

   改造方案是通过变频器、PLC、数模转换模块、温度模块和温度传感器等构成温差闭环自动控制,根据负载轻重自动调整水泵的运行频率,同时根据冷却水温度的高低,自动切投冷却塔散热风机,以达到节能效果。以下是分析过程:

  1、  中央空调系统简介



中央空调系统结构图

  在中央空调系统设计中,冷冻泵、冷却泵的装机容量是取系统最大负荷再增加10%—20%余量作为设计系数。根据计算中央空调系统中,冷冻水、冷却水循环用电约占夏季酒店总用电的25%—30%,冷却塔的用电占8%—10%。因此,实施对冷冻水和冷却水循环系统以及冷却塔的能量自动控制是中央空调系统节能改造及自动控制的重要组成部分。

  2、泵的转速调节

  根据异步电动机原理

         n=60f/p(1-s)            

式中:n:转速     f:频率    p:电机磁极对数      s:转差率

由上式可见,调节转速有3种方法,改变频率、改变电机磁极对数、改变转差率。在以上调速方法中,变频调速性能最好,调速范围大,静态稳定性好,运行效率高。因此改变频率而改变转速的方法最方便有效。

  3、冷却塔的控制

    以前的冷却塔是人为的根据冷却水温度选择冷却塔开启的台数,非常容易造成能源的浪费现象,现在根据冷却水的温度,由温度传感器传送信号至PLC,由PLC经计算后对冷却塔风机依次开启,以28℃为基数,温度每上升2℃,开启两台散热风机,每下降2℃,延时5分钟后停止2台风机,以达到节能效果。

四、节能改造的具体方案

  1、主电路的控制设计

  根据具体情况,同时考虑到成本控制,原有的电器设备尽可能的利用。冷冻水泵及冷却水泵均采用一用一备的方式运行,使用一台变频器控制拖动两台水泵交替运行。将一台扬程较高的冷水泵作为备用。

以下为冷冻水泵与冷却水泵一次接线图:

  2、功能控制方式

工作流程:

  开机:开启冷水及冷却水泵,由PLC控制冷水及冷却水泵的启停,由冷水及冷却水泵的接触器向制冷机发出联锁信号,开启制冷机,由变频器、温度传感器、温度模块组成的温差闭环控制电路对水泵进行调速以控制工作流量,同时PLC控制冷却塔根据温度传感器信号自动选择开启台数。

  停机:关闭制冷机,冷水及冷却水泵以及冷却塔延时十分钟后自动关闭。

  保护:由压力传感器控制冷水及冷却水的缺水保护,压力偏低时自动开启补水泵补水。

五、变频节能技术框图及改造原理分析

下图为变频节能系统示意图

 

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