中央空调冷冻水泵的节能改造

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇中央空调冷冻水泵的节能改造范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘 要】 本文论述如何利用PLC和变频调速技术对中央空调的冷冻水泵进行节能改造。改造后，系统构成了一个温差闭环自动控制系统，以达到自动调节中央空调冷冻水泵电机转速，改变了输出流量，实现降低能耗，取得了良好的经济效果。

【关键词】 空调 PLC 变频器 水泵 节能改造

前言

在带领学生到某中央空调使用单位实习期间，本人参与了该单位中央空调冷冻水泵的节能改造，利用PLC和变频调速技术，使中央空调冷冻水系统构成一个温差闭环控制系统，根据冷冻水的进水、出水温度进行比较，得出偏差值，经过变频器内部PID运算，自动调节变频器输出频率，改变水泵电机转速，从而提高了水泵的工作效率。

1 节能改造的必要性

中央空调系统主要由冷冻机组、冷却水塔、末端风机盘管及循环水系统（包括冷却水系统和冷冻水系统）、新风机等组成。该单位的冷冻水泵为4台，其中3台电动机的额定功率为55KW，另1台电动机的额定功率为35KW，电动机起动方式为Y/起动；冷却水泵为4台，其中3台电动机的额定功率为45KW，另1台电动机的额定功率为30KW，电动机起动方式为Y/起动。

该单位的中央空调水系统为定流量系统，水系统的能耗一般约占空调系统总能耗量的15%～20%。水泵的水流量系统都是按工况进行设计，因此冷冻机组和水泵容量往往设计过大。如果系统中的水泵电机能够根据进水、出水的温度进行比较，得出偏差值，通过变频器改变输出频率，来自动调节水泵电机的转速，这将成为一种有效的节能措施。所以，要降低空调系统的运行能耗，对现有中央空调水系统进行节能改造是十分有必要的（见图1）。

2 变频调速控制的节能原理

2.1 变水量系统的基本原理

变水量系统运行的基本原理可用热力学第一定律表述为：q=QCt。热力学第一定律表明，在冷水系统中，可以跟据冷负荷的大小调整冷水流量或冷水系统进、出水温差。如果保持冷水进、出水温差t不变，改变冷水流量Q，则形成变水量系统。如果使流量与负荷真正满足热力学第一定律：q=QCt则必须使用变速水泵。

2.2 变频调速控制方法

三相交流异步电动机的转速公式为：n=（1-S）60f/P。在电动机调速方法中，变频调速的效果是最为理想。通过改变电动机电源频率来调速称为变频调速。在转差率S变化不大的情况下，电动机的转速n与电源频率f大致成正比，若均匀地改变电源频率f，则能平滑地电动机的转速n。

3 节能改造的设计方案

3.1 主要硬件

节能改造的硬件主要有PLC、变频器、触摸屏、温度输入模块、输出模块。其中PLC选用三菱公司的FX2N-64MR型，变频器选用三菱公司FR-F740系列，触摸屏选用三菱公司F900系列，温度输入模块选用FX2N-4AD-PT，输出模块选用FX2N-2DA。

3.2 主电路的设计

该单位有4台冷冻水泵，现全部改为变频控制。由于变频器在运行过程中，电子原器件会产生一定的热量，如果变频器的温度过高，将会导致变频器出现故障或损坏等意外事故，减少变频器使用寿命（见图2-4）。

3.3 控制流程设计

启动时，首先是选择手动或自动。在手动控制过程中，直接上升/降低输出频率，每按一次，输出频率上升/下降0.5Hz，从而改变水泵电机转速。在自动控制过程中，水泵电机先以工频电源（50Hz）预处理运行1分钟后，进入自动调节状态，读取冷冻进水、出水温度进行比较，而得出偏差值，调节变频器输出频率，从而改变水泵电机转速。

3.4 节能改造控制系统的设计

（1）冷冻水系统的控制方案采用定温差控制方法，因为冷冻水系统的温差控制适宜用于一次泵定流量系统的改造，施工较容易，将冷冻水的进水、出水的温差控制在4.5℃左右。

（2）正常情况下，系统运行在变频节能状态，其上限运行频率为50HZ，下限运行频率为30HZ；在变频节能状态下可以自动调节频率；也可以手动调节频率，每次的调节量为0.5HZ。

（3）控制要求：以50HZ频率起动冷冻水泵，60s后转入温差自动控制，变频器加速时间为15s，减速时间为7s。冷冻水泵在频率为20～25HZ运行时，会出现严重的震荡现象，因此要求变频器避免在此段运行。能手动和自动切换，手动时要求用触摸屏调节变频器的运行频率，并且在30～50HZ内任意调节，每次调节量为0.5HZ。为了直观方便地使用，需要给予人机界面，故采用触摸屏、PLC、变频器的控制系统，能用触摸屏画面进行控制和操作（见图5）。

冷冻水泵进水与出水温度差和变频器输出频率及D/A转换数字量对应关系（如表1）。

（4）参数设置与调试：

①I/O接口分配，其接口分配（如表2）。

②变频器参数设置：

上限频率Pr.1=50Hz 下限频率Pr.2=30Hz

加速时间Pr.7=15s 减速时间Pr.8=7s

电子过电流保护Pr.9=电动机的额定电流

Pr.31=20 Pr.32=25 （变频器20～25HZ频率为跳变设置）

Pr.73=0 （端子输入电压0～10V）

Pr.79=2 （操作模式为外部运行）

③PLC、变频器及模块等设备综合接线（见图6）。

④编制程序；

控制程序主要由以下几部分组成：冷冻水泵进水、出水温度检测和温差计算程序、D/A转换程序、冷冻水泵自动温差控制程序、启动预处理程序、冷冻水泵手动运行控制程序。

a） 冷冻水泵进、出水温度检测和温差计算程序：CH1通道为冷冻水进水温度（D1），CH2通道为冷冻水出水温度（D2），D10为冷冻水进、出水温差值。

b） D/A转换程序：进行D/A数模转换的数字量存放在数据寄存器D100中，它通过FX2N—2DA模块将数字量变成模拟量，从而控制变频器的输出频率以达到调节冷冻水泵电机转速为目的。

c） 冷冻水泵自动温差控制程序：当冷冻水的进、出水温差小于或等于1℃时，变频器输出频率为30HZ；当冷冻水的进、出水温差大于1℃，而小于或等于1.5℃时，变频器输出频率为32.5HZ；当冷冻水的进、出水温差大于1.5℃，而小于或等于2℃时，变频器输出频率为35HZ；当冷冻水的进、出水温差大于2℃，而小于或等于2.5℃时，变频器输出频率为37.5HZ；当冷冻水的进、出水温差大于2.5℃，而小于或等于3℃时，变频器输出频率为40HZ；当冷冻水的进、出水温差大于3℃，而小于或等于3.5℃时，变频器输出频率为42.5HZ；当冷冻水的进、出水温差大于3.5℃，而小于或等于4℃时，变频器输出频率为45HZ；当冷冻水的进、出水温差大于4℃，而小于或等于4.5℃时，变频器输出频率为47.5HZ；当冷冻水的进、出水温差大于4.5℃时，变频器输出频率为50HZ；

d） 启动预处理程序：启动时，变频器是以50HZ频率起动冷冻水泵，60s后转入温差自动控制。

e） 冷冻水泵手动运行控制程序：X3为冷冻水泵电机手动加速上升，每按一次频率上升0.5HZ；X4为冷冻水泵手动减速下降，每按一次频率下降0.5HZ。冷冻水泵的手动和自动调节的频率，上限频率都为50HZ，下限都为30HZ。

4 中央空调冷冻水系统改造后的节能效果

通过变频调速控制系统来实现冷冻水泵电机的软启动、软停止，消除了启动时大电流对电网的冲击，清除了水锤现象，清除了水锤对管道逆止阀、压力表、轴承的损坏，使机械零件的使用寿命得到延长，减少维修的工作量和零件费用。电动机的噪音、温升和震动都大大减少，电气设备故障率也比原来降低，使用寿命得到延长。具有过流、过电压、短路、缺相等多种保护功能，增强了电动机的保护。由于采用了温差闭环变频调速，提高了中央空调的工作效率，自动化程度大大提高，减少了人为因数的影响，大大优化了系统运行环境、运行质量。减少启动和停机的次数，运行平稳。经过节能改造并投入使用后，冷冻水系统的节电率大约为22﹪，经济效益得到较大的改观，为该单位节省了财力和物力。通过电度表的纪录：2010年冷冻水泵的用电量为396890KWh，而改造后的2011年冷冻水泵的用电量为308660KWh，节电为88230KWh。节电率=88230KWh÷396890KWh×100%=22.23%。

5 结语

通过应用自动控制技术对冷冻水泵进行节能改造，体现了变频技术能有效提高了水泵的工作效率，在保证室内空气调节、降低设备维修费用、节省用电量的同时，对节能减排、保护自然环境方面也起到十分重要的作用。

参考文献

[1]巫莉.PLC和变频器在中央空调节能改造中的应用[J].电工技术，2010.

[2]张小卫等.变流量空调冷冻水系统节能分析[J]. 湖南工业职业技术学院学报，2010.

[3]蒋清健，张文超.基于PLC与变频器的泵站恒压供水控制系统[J].硅谷，2010.

[4]苏宏英等.基于PLC与触摸屏的中央空调变频调速监控系统设计[J].机电工程技术，2009.

[5]周洪煜，陈孜虎，高鹏飞.中央空调系统节能运行改造的控制策略与方案[J].计算机测量与控制，2009.