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1、维修电工技师论文PLC和变频器在中央空调系统中的应用单 位：东方电气（广州）重型机器姓 名：梁祖庭技 术 工 种：维修电工拟申报职业资格：维修电工技师（二级）申 报 时 间：二00九年十月题目：PLC和变频器在中央空调系统中的应用单位：东方电气（广州）重型机器姓名：梁祖庭一、 摘要本文介绍了我公司中央空调系统原控制方式是传统的接触器和继电器控制，不能跟随负载变化而作出全自动调节控制，严重干扰中央空调系统的运行质量和能源的浪费，后来领导要求对其空调循环系统进行改造，本人运用PLC和变频器对整个中央空调循环系统进行改造，达到了全自动控制的目的，取得了良好的效果及经济效益，一致受到各位领导的好评和同
2、事的赞许。二、 关键词PLC、变频器、中央空调、系统改造三、 主要内容中央空调系统是现代社会企业不可缺少的配套设施之一，也是企业比较重要的动能设备之一，设备使用率极高，电能消耗非常大，约占公司动能设备总用电量消耗的45%。中央空调系统在设计时都是根据公司厂房面积按最大负载量并加大一定余量，在实际工作中发现，中央空调系统系统中冷水机组在满负荷情况下运行的时间并不多，而绝大部分时间的负荷都是在55%75%之间运行。通常冷水机组的负荷使用量都是能根据末端负载的使用量和使用条件对冷水机组进行负载自动调节，但在中央空调系统系统中与冷水机组配套使用的冷水循环泵、冷却循环泵却不能自动调节其负载，只要中央空调
3、系统运行，其长期处在100%负载下运行，对中央空调系统的运行环境和运行质量造成不良影响，同事也造成了能量的极大浪费。随着PLC、变频技术的日益成熟，有效利用PLC、变频器、数模转换模块、温度模块、温度传感器等器件的有效结合，可以很好的构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出功率和流量，达到既可以自动控制水泵又节能的目的。四、改造前我公司厂房的中央空调系统主要设备和系统控制方法：冷水机组麦克维尔两台，采用并联运行方式。冷水水泵三台均为：功率45KW,扬程32M，冷却水泵三台均为：功率55KW,扬程32M，均采用两用一备的方式运行。原系统的运行及存在的问题我公司厂房是以全钢构形式建筑，厂房内发
4、热源较多，如：焊接工位、加热工位及加热炉等，且厂房内通风效果不是很理想，特别在夏季厂房内温度都比较高，冬季时，在焊接工位的工人都比较热。厂房内各个工种的工作现场的不同，使得工作环境比较复杂，所以要保证每天都应有足够的冷风供给。中央空调系统在设计时都是根据建筑面积、当地气候、最大负载量来设计的，且预留有10%20%左右的设计余量。其中冷水机组是可以根据负载变化而随机自动进行加载或减载操作，而冷水泵和冷却泵却不能随着负载变化做出相应的调节，这样冷水泵和冷却泵系统就跟随中央空调系统运行，一直处于大水流量、小温差、满负荷运转的状态下运行，造成了水泵做功的极大浪费和电能消耗。而且冷水、冷却泵的启动方式均
5、为Y启动，电机的启动电流为其电机额定电流的34倍，在如此大的电流冲击下，接触器的使用寿命缩短，同时启动时的机械冲击和停泵时的水锤现象容易对机械部件、轴承、轴封、阀门和管道等造成损坏，从而增加维修工作量和配件费用。由于冷水泵输送的冷量不能跟随中央空调系统负载的变化而改变，其热力工况的平衡只能由人工去调整冷水机组的出水温度，用其大流量来掩盖其小温差，这样不仅浪费大部分能量，同时也恶化了系统的运行环境和运行质量，特别是在环境温度偏低时，及一些末端设备温控出现故障或灵敏度下降时，将会导致末端设备出风温度不正常，感觉不适，严重干扰中央空调系统的运行质量。经过共同研究与探讨后，向领导提出利用变频器、PLC
6、、数模转换模块、温度模块、温度传感器等够成一个利用温差来实现对冷水泵、冷却泵的自动调速系统，对这两个循环系统进行改造，以提高循环系统的使用功能，也可以降低部分运行成本。在2008年初择机在停机维护期间对其循环系统进行改造。五、改造后5.1改造方案：通过变频器、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等构成温差闭环自动控制系统，根据负载变化自动调整循环泵的运行频率，可以大大降低因人为因素造成的误操作。虽然一次投入成本较高，但这种方法在社会上已被广泛应用，实践证明是切实可行的方法。在中央空调系统系统设计中，冷水泵和冷却泵的装机容量是取系统满负荷再加10%20%的余量设计的。有统计数据显示，在传统
7、的中央空调系统中，冷水泵和冷却泵的运行成本占整个空调系统的10%25%左右，而在冷水机组处于低负荷运行时，其循环系统的运行成可以想而知就更高了，因此实施对冷水、冷却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部分。5.2方案实施根据具体情况同时考虑到改造成本的控制，原有的电器元件尽量利用。冷水、冷却泵都是采取两用一备的运行方式，因主用泵都处于长期运行状态，为了不影响其使用寿命，将备用泵与两台主用泵进行轮流切换运行，切换周期为半个月一次，与主机切换时间一致。利用原有电器元件，通过接触器、按钮、转换开关进行相关电气互锁，确保每台水泵只能由一台变频器控制运行，避免两台变频器同时控制一
8、台水泵，造成短路事故，并且每台变频器在任何时间只能控制一台水泵，避免一台变频器同时控制两台水泵，造成变频器过载。53冷水泵与冷却泵主电路图及二次接线图如：图（1）图（2）所示：六、主要设备选型61考虑到设备运行的稳定性及性价比，以及水泵电机的匹配，选用了三菱FR-F540-55K-CH变频器；PLC所需要IO点数为:输入24点、输出14点，考虑输入输出需要留一定的备用量，以及系统的可靠性和价格因素后PLC选用三菱FX2N-64MR；温度传感器模块选用：FX2N-4AD-PT，该模块是温度传感器专用的模拟量输入AD转换模块，有4路模拟信号输入通道（CH1、CH2、CH3、CH4），接收来自冷水泵
9、和冷却泵进出水温度传感输出的模拟信号，温度传感器选用：PT-100 3850RPM电压型温度传感器，其额定温度输入范围是100-6000电压输出0-10V，对应的模拟数字输出100-6000；模拟量输出模块为：FX2N-4DA，是4通道DA转换模块，每个通道可以单独设置电压或电流输出，是一种具有高精度的输出模块。62改造所需增加的设备：名称 数量 型号PLC 1 FX2N-64MR变频器 4 FR-F540-55K-CH温度传感器输入模块 1 FX2N-4AD-PT模拟量输出模块 1 FX2N-4DA温度传感器 4 PT-100 3850RPM转换开关 2 250V-5A启动按钮 18 250
10、V-5A停止按钮 2 250V-5A七、变频器系统示意图：45KW变频器45KW变频器DA转换模块三菱PLC控制器冷却进水温度冷却出水温度温度模数转换M4冷水进水温度冷水出水温度M3M2M155KW变频器55KW变频器冷水泵变频系统 冷却泵变频系统对冷水泵进行变频改造控制原理:PLC控制器通过温度模块及温度传感器将冷水机组的回水温度和出水温度读入PLC，并计算出两者温度差值，根据冷水机组的回水与出水温度差值来控制变频器的输出频率，调节水泵的出水流量，控制热交换的速度，温差大，说明厂房内温度高，系统负荷大，应该提高冷水泵的转速，加快冷水的循环速度和流量，加快热交换速度；反之温差小，则说明厂房内温
11、度低，系统负荷小，可降低冷水泵的转速减缓冷水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能。7.2对冷却泵进行变频改造由于冷水机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却水循环带到冷却塔散热降温，再循环回到冷凝器进行不断循环。冷却水进水水温温差大，说明冷水机组负荷大，需要冷却带走的热量大，应提高冷却泵的转速，加大冷却水的循环量；温差小，则说明冷水机组负荷小，需要带走的热量小，可降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。73三菱FR-F540-55K-CH变频器参数的设定0允许所有参数的读写P变频器上限频率为50HzP变频器下限频率为30HzP变频器的加速时间为30秒P变频器的减速时间为30秒P
12、70.00变频器的电子热保护为70AP14变频器PU面板的第三监视功能为变频器输出功率P4智能模式选择为节能模式P0设定端子25间的频率设定为电压信号74 IO分配表:X01#冷却泵报警信号Y2冷却泵自动调速信号X11#冷却泵运行信号Y3冷水泵自动调速信号X22#冷却泵报警信号Y4:11#冷却泵报警信号X32#冷却泵运行信号Y5:22#冷却泵报警信号X41#冷水泵报警信号Y6:11#冷水泵报警信号X51#冷水泵运行信号Y7:22#冷水泵报警信号X62#冷水泵报警信号Y10:11#冷却泵启动X72#冷水泵运行信号Y11:11#冷却泵变频器报警信号复位X10冷却泵报警复位Y12:22#冷却泵启动X
13、11冷水泵报警复位Y13:22#冷却泵变频器报警信号复位X12冷却泵手自动调速切换Y14:11#冷水泵启动X13冷水泵手自动调速切换Y15:11#冷水泵变频器报警信号复位X14冷却泵手动频率上升Y16:22#冷水泵启动X15冷却泵手动频率下降Y17:22#冷水泵变频器报警信号复位X16冷水泵手动频率上升X17冷水泵手动频率下降X201#冷却泵启动信号X211#冷却泵停止信号X222#冷却泵启动信号X232#冷却泵停止信号X241#冷水泵启动信号X251#冷水泵停止信号X262#冷水泵启动信号X272#冷水泵停止信号八、改造后调试81改造设备安装完毕后，将编好的程序写入PLC中，设定好变频器参数
14、，在设定参数时要注意PLC与变频器间的通讯设置，如果没有设置正确将无法完整正常通讯控制。最后检查电器部分并按步骤通电调试。82投入时运行时，在人为减少负荷，冷水泵频率自动降到30Hz时，冷水机组故障停机，经检查是由于冷水泵水流开关动作引起，造成无水流信号给冷水机组，使机组保护停机，维修水流开关后恢复正常。83当只一台机组时，冷冻泵运行在25Hz时，（首次设定频率下限为25Hz）发现厂房内末端设备有不同水流量现象或高或低，不能满足冷量需求。经过现场分析，虽然冷水循环为垂直及水平同程系统，各负载管道水阻几乎相等，但由于管道最远处达150多米，部分管道保温有破损或保温效果不佳的地方，冷水沿程的冷量损失较大，最后将冷水管道进行保温层修补或更换，冷水泵
