基于LC控制的中央空调节能系统设计

摘 要随着国民经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，人们对环境的舒适性要求越来越高，为了保证温度恒定，人们对中央空调控制系统的运行效果也在改变。舒适节能的设计方案最符合人们对中央空调系统的期望，据调查显示，传统的中央空调控制系统耗电量较大，并且存在着很大的能源浪费。在实际生活中力求在能耗更低的情况下保持室内舒适的温度和湿度。所以采用新技术来降低系统能耗成为首要任务。因为能源是一个国家发展国民经济的重要因素，节能减排是我们国家的一项重要任务。

【关键词】PLC 节能 智能建筑

随着建筑市场的飞速发展，楼宇智能化技术也得到快速的发展。随之人们对建筑环境有了更高的要求，在节约能源的同时要有舒适的办公環境。因此诞生了集散型中央空调监控系统，此中央空调监控系统综合了现代控制技术、现代通信技术和现代计算机技术以及微电子于一体的控制系统。在智能建筑中得到了广泛应用，集散型中央空调控制系统的自动化程度较高，对系统可以进行自动监测、控制和管理，可以节约大量的运行费用。20世纪90年代未至21世纪初推出的中央空调变频调速控制节能系统在集散型中央空调监控系统的基础上，再通过PLC和变频技术相结合的控制方法去实现智能化控制，并将变频控制系统与工频控制系统相结合，从而使中央空调机组在不同频率下随实际负荷的变化而变化，在保证建筑物空调系统负荷要求的前提下，使得中央空调控制系统节约大量的能源。本文主要通过中央空调系统的设计介绍PLC在中央空调节能控制中的应用：

1 控制系统总体方案

本系统的控制采用PLC与变频器相结合的控制方式对空调系统机组进行手动、自动控制，设置就地操作员站，空调机满足的温、湿度控制要求，具有完整的自动控制系统（PLC）以及温度测量仪表、变频控制系统等，自成独立系统。该系统具有对整套工艺系统各参数显示、系统控制、连锁、报警的全套功能。系统设计如图1。

该系统主要由可编程控制器、变频器、主接触器、水泵机组及温度检测装置组成闭环自动控制系统。PLC是控制系统的关键运算与控制机构，它的作用在控制系统中很重要，是连接各空调机组与变频器之间的桥梁，控制系统通过接触器和变频器的逻辑切换来实现控制系统的运行及控制。对中央空调制冷系统进行现场检测，然后将检测到的温度信号经变送器和A/D转换模块传输给PLC进行运算处理，再由PLC输出给变频器，通过变频器改变频率来控制泵的转速，进而达到对温度的进一步控制。

2 控制系统硬件设计

系统中的电动机组都可以在工频和变频两种状态下运行，具体运行于哪一种状态，PLC系统可根据需要进行自动切换控制。可编程控制器用输入输出扩展板接口分别接入模数转换（A/D）和数模转换（D/A）模块。模数转换（A/D）模块将模拟量温度转换为数字量，数模转换（D/A）模块将PLC输出的开关量转换为模拟量，用来控制变频器的调速过程。

在中央空调控制系统中，为了节约能源，提高系统的工作效率，通过变频器调节转速来调节风量。变频调速的基本控制原理是应用变频技术和微电子技术，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的控制方法。变频器的选择要结合PLC的选型以及其他硬件的选择合理匹配，在以往设计的控制系统中，交流电动机的运行大多数是在额定电压和额定频率下工作的。在这种状态下工作的电动机，其轴上的输出转矩和电功率都可以达到额定值。在控制系统设计成变频调速系统的情况下，供电频率是不断变化的，因此电机的实际输出功率和转矩也会随着发生变化。因此，在选择变频器时，根据不同的拖动场合，结合电动机容量，来选择相应的变频器。

PLC是变频调速控制系统的关键控制机构。它将各机组与变频器之间的电气连接很好地衔接了起来，通过PLC控制变频器进行逻辑切换来实现系统的控制方案。PLC的输入信号有温度采集信号、机组选择信号、运行方式选择信号、主机开/关信号、冷冻泵和冷却泵的起/停信号等。输入信号经PLC程序一系列运算后，发出相应的控制信号，控制相应的执行机构，从而控制变频器及中央空调系统的运行，以及其他的联动设备。系统的设计的总体目的是利用PLC控制变频器的频率来控制水泵转速，进而达到控制室内温度的目的。

3 PLC的软件设计

在传统的控制系统设计中，中央空调的制冷机组、冷却水循环系统、冷冻水循环系统等都是按照建筑物最大负荷制定的，且留有足够的余量。在任何时间内各电机都长期处在工频状态下全速运行，完全可以满足最大的用户负荷，但不能随用户负荷的大小来调节，而实际在大多数时间里，用户负荷是比较低的，这样就造成了能源的巨大浪费。中央空调控制系统中的水泵机组系统，长时间在恒定的负荷下运行，但由于用户负荷随着季节和气候的变化而变化，一年中大部分时间在低负荷下运行，也就是说，中央空调系统存在着很大的节能空间。

为了实现系统有效的节能运行，本系统在硬件配置合理的基础上通过PLC程序设计来完成控制目的，主要通过对空调进出水温度进行检测，根据控制要求通过PLC控制变频器对中央空调机组的转速进行调节，实现对温度的控制，使得系统在提高其运行效率的同时达到节能的目的。PLC程序设计的主要任务是将温度传感器采集到的现场信号经转换后送给PLC，PLC经过进一步运算后控制变频器的频率来控制空调机组的转速，即根据需要控制空调机组运行，使其运行效率提高，使室内温度达到设定的要求，在很大程度上提高了系统的运行特性，也节约能源。当电机频率降低后，电机低速运行，可以有效地延长中央空调机组的寿命。

4 结论

本文阐述了中央空调系统自动控制和节能设计的基本思路和方法，介绍了交流电动机变频调速的特点，系统在硬件配置合理的基础上通过软件程序来控制中央空调机组的运行，在提高系统效率的同时也使得系统的设计周期和调试周期缩短， 保证了控制系统经济、可靠安全地运行，最大限度地满足了被控对象控制要求，使控制系统的维护使用更方便。控制系统在硬件选型时，除了满足技术性能要求外，还要留有足够的余量。由于系统的逻辑功能是通过软件实现的，从而减少了大量的硬件接线，提高了控制系统连锁保护的功能，运行过程中不会产生机械误动作，系统的可靠性和安全性进一步得到了提高。因此，此系统具有较强的扩充能力，再加上其可靠性高和安装调试方便等特点，使得该系统在中央空调市场能良好地发展。

参考文献

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[4]张燕宾.变频器调速应用实践[M].北京：机械工业出版社，2001.

作者简介

吕丽荣（1980-）女，大学本科学历。硕士。毕业于内蒙古科技大学自动化专业，讲师。

作者单位

内蒙古建筑职业技术学院 内蒙古自治区呼和浩特市 010070