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1、毕业论文 黑龙江建筑职业技术学院 材料工程系 二0 年 月1毕业论文题 目： PLC和变频器 在中央空调节能改造中的应用 专 业： 班 级： 学 生： 指导教师： 黑龙江建筑职业技术学院 材料工程系 二0 0 九 年 十 月黑龙江建筑职业技术学院毕业论文目 录摘要 第一章 绪论(1)第二章 节能改造的可行性分析(40)2.1原系统的运行及存在问题(40) 2.1.1中央空调系统简介 (41)第三章 节能改造的具体方案(81)3.1 主电路的控制设计 (81)3.1.1 变频器的控制方式(82)3.1.2 主要设备选型(82)3.1.3 改造需要增加的设备(83)3.1.4 主要设备的特性简介(
2、83)3.2变频节能技术框图及改造原理分析(84)3.2.1 对冷冻泵进行变频改造(84)3.2.2 对冷却泵进行变频改造(85)3.2.3 三菱FR-F540-37K-CH变频器主要参数的设定 (85)3.2.4 三菱PLC控制器FX2N-64MR与三菱FR-F540-37K-CH变频器的接线以及I/O分配(85)3.2.5 三菱FX2N64MR PLC主要部分程序分析结 论(91)结束语(91)致 谢(91)参考文献(91)附 录(92)PLC和变频器在中央空调节能改造中的应用摘要我国是一个人均能源相对贫乏的国家，人均能源占有量不足世界水平的一半，随着我国经济的快速发展，我国已成为世界第二
3、耗能大国，但能源使用效率普通偏低, 造成电能浪费现象十分严重。尽管我国电网总装机容量和发电量快速扩容，但仍赶不上用电量增加的速度，供电形势严峻, 节能节电已迫在眉睫。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
4、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。关键字：变频器PLC节能温差闭环自动控制中央空调系统II 技师论文 第一章 绪论 中央空调是由一台主机通过风道过风或冷热水管接多个末端的方式来控制不同的 房间以达到室内空气调节目的的空调。采用风管送风方式，用一台主机即可控制多个不同房间并且可引入新风，有效改善室内 空气的质量，预防空调病的发生。家用中央空调的最突出特点是产生舒适的居住环境，其次从审美观点和最佳空间利用上 考虑，使用家用中央空调
5、使室内装饰更灵活，更容易实现各种装饰效果，即使您不喜欢原来 的装饰，重新装修，原来的中央空调系统稍微改变即可与新的装修和谐一致。因此称家用中央空调为一步到位、永不落后的选择。家用中央空调（或称户式中央空调、单无式可调中央空调）是指由一个室外机产生冷（热） 源进而向各个房间供冷（热）的空调，它是属于（小型）商用空调的一种。家用中央空调分为风系统和水系统两种。风系统由室外机、室内主机、送风管道以及各 个房间的风口和调节阀等组成；水系统由室外机、水管道、循环水泵及各个室内的末端（风 机盘管、明装等）组成。家用中央空调的特点是： 1 整个家庭都处于舒适性条件下，避免其它分体机造成的直吹过冷和房内冷热不
6、匀的人体不适现象； 2 装饰性好，配合装修无任何外露管线； 3 操作简单，自动运行，无需维护； 4 可根据各个房间的朝向、功能等增加或减少送风（热）量； 5 可加新风和加湿，使室内空气保持新鲜和卫生。家用中央空调的局限性是： 1 布置上：设计和安装要与装修结合才能达到良好的舒适性和装饰效果； 2 电源要求：电负荷较大。老式住房要考虑电路负荷是否足够。第二章 节能改造的可行性分析2.1、原系统的运行及存在问题我公司处在工业区，污染比较严重，灰尘量很大且由于地理环境，大风天气较多；所以大厦大部分空间都是密封的。内部空气比较湿热，所以无论是冬天还是夏天，无论是节日还是假日，都必须供应冷气。由于中央空
7、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。而且冷冻、冷却水泵采用的均是Y起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的34倍，在如此大的电流冲击下，接触器的使用寿命大大下降；同时，启动时的机械冲击和停泵时的水锤现象，容易对机械器件、轴承、阀门和管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备件费用。另外,由于冷冻泵轴输送的冷量不能跟随系统实际负荷的变化，其热力工况的平衡只能由人工调整冷冻主机出水温
8、度，以及大流量小温差来掩盖。这样，不仅浪费能量，也恶化了系统的运行环境、运行质量。特别是在环境温度偏低、某些末端设备温控稍有失灵或灵敏度不高时，将会导致大面积空调室温偏冷，感觉不适，严重干扰中央空调系统的运行质量。因为空调偏冷的问题经常接到客人的投诉，处理这些投诉造成不少人力资源的浪费。 2.1.1 中央空调系统简介中央空调系统的工作过程是一个不断进行能量转换以及热交换的过程。其理想运行状态是：在冷冻水循环系统中,在冷冻泵的作用下冷冻水流经冷冻主机，在蒸发器进行热交换，被吸热降温后（7。C）被送到终端盘管风机或空调风机，经表冷器吸收空调室内空气的热量升温后（12。C），再由冷冻泵送到主机蒸发器
9、形成闭合循环。在冷却水循环系统中,在冷却泵的作用下冷却水流经冷冻机，在冷凝器吸热升温后（37。C）被送到冷却塔，经风扇散热后（32。C）再由冷却泵送到主机，形成循环。在这个过程里，冷冻水、冷却水作为能量传递的载体，在冷冻泵、冷却泵得到动能不停地循环在各自的管道系统里，不断地将室内的热量经冷冻机的作用，由冷却塔排出。如图一所示。针对中央空调系统的原理以及问题的提出，我认为改造方案主要有四种：方案一是通过关小水阀门来控制流量，经测试达不到节能效果。且控制不好会引起冷冻水未端压力偏低，造成高层用户温度过高，也常引起冷却水流量偏小，造成冷却水散热不够，温度偏高；方案二是根据制冷主机负载较轻时实行间歇停
10、机，但再次起动主机时，主机负荷较大，实际上并不省电，且易造成空调时冷时热，令人产生不适感；方案三是采用变频器调速，由人工根据负荷轻重调整变频器的频率，这种方法人为因素较大，虽然投资较小，但达不到最大节能效果；方案四是通过变频器、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，排除了人为操作错误的因素。虽然一次投入成本较高，但这种方法在社会上已经被广泛应用，已经证实是切实可行的高效节能方法。最后决定采用方案四对大厦冷冻、冷却泵进行节能改造。以下是分析过程：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
11、设计安全系数。据统计，在传统的中央空调系统中，冷冻水、冷却水循环用电约占系统用电的12%24%，而在冷冻主机低负荷运行时，冷却水、冷冻水循环用电就达30%40%。因此，实施对冷冻水和冷却水循环系统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。2.1.2 泵的特性分析与节能原理泵是一种平方转矩负载，其转速 n 与流量 Q, 扬程 H 及泵的轴功率 N 的关系如下式所示：Q1=Q2(n1/n2) H1=H2(n12/n22) N1=N2(n13/n23) (1-1) 上式表明，泵的流量与其转速成正比，泵的扬程与其转速的平方成正比, 泵的轴功率与其转速的立方成正比。当电动机驱动泵P(
12、kw) 可按下式计算: P=QH/cF10-2 (1-2) 式中： P：电动机的轴功率 Q：流量（m3/s） ：液体的密度（Kg/m-2）c:传动装置效率 F：泵的效率 H：全扬程（m）调节流量的方法：如图2-2所示，曲线1是阀门全部打开时，供水系统的阻力特性；曲线2是额定转速时，泵的扬程特性。这时供水系统的工作点为A点：流量QA，扬程HA；由（1-2）式可知电动机轴功率与面积OQAAHA成正比。今欲将流量减少为QB，主要的调节方法有两种：（1） 转速不变，将阀门关小 这时阻力特性如曲线3所示，工作点移至B点：流量QB，扬程HB，电动机的轴功率与面积OQBBHB成正比。（2） 阀门开度不变，降低转速,这时扬程特性曲线如曲线4所示，工作点移至C点：流量仍为QB，但扬程为HC，电动机的轴功率与面积OQBCHC成正比。对比以上两种方法，可以十分明显地看出，采用调节转速的方法调节流量，电动机所用的功率将大为减小，是一种能够显著节约能源的方法。 根据异步电动机原理n=60f/p(1-s) （1-3）式中：n:转速 f:频率 p:电机磁极对数 s:转差率式中：n:转速 f:频率 p:电机磁极对数 s:转差率由（13）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，
