全水中央空调系统的节能技术分析与探讨

章恩华 沈民峰 章彬彬

摘 要：随着我国社会经济不断发展，烟厂生产环境也在不断提高，当今全水中央空调（下文简称"中央空调"）在烟厂生产中的应用愈加广泛。烟厂对恒温恒湿要求高，针对中央空调实际使用情况，本文提出一种中央空调节能系统，采用PLC技术实现自动调控，加强中央空调运行的节能性。

关键词：中央空调；节能技术；变频器；PLC

引言

PLC控制器中的冷冻水变频流量控制技术，可以实现空调运行变频调控，这样即可对水泵转速进行调节，加强热交换速度的的控制，这样就实现了中央空调系統的恒温运行，避免在运行中造成过量的消耗。

1、PLC技术以及中央空调

1.1PLC技术概述

PLC（ProgrammableLogicController，PLC）技术也称之为可编程逻辑控制器，该项技术主要是采用了一类可编程存储器，应用在内部存储程序当中，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向生产区域的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。该项技术克服了继电接触系统中的机械接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性差等特点，全面发挥乐江微处理器的优势，特别是在PLC程序编程当中，不需要具备专业的的语言知识，而是采用继电器梯形图作为简单的指令，即可完成系统编程，应用十分便捷。

1.2中央空调节能设计原则

从目前发展现状来看，中央空调更多是用作于对建筑内空气的处理和净化，让空气的湿度和温度达到指定标准，满足人们的舒适度需求。因此在空调系统运行中，要结合天气和气候状况，对室内空气的温度、湿度、流速进行调节，在这些功能实现过程中，要对空气进行加热、冷却、过滤。所以在系统构成当中要对整个冷却、热水系统进行调节和控制。

中央空调指令系统提出了对空调温度、湿度的控制要求后，相关指令会直接传输到调节器当中，之后调节器会对设备运行形态进行重新定义，把所得出的比例值传递给执行器，在接收到相关指令后，执行器会根据指令标准与要求进行调整，从而对空气中的各项指标进行调节。在此过程中，中央空调的冷却机组和加热机组会一直处在待机状态，结合件那执行器指令动作对空调运行情况进行调节和调整，从而达到固定标准的目的。

2、基于PLC技术的中央空调节能系统节能设计

2.1硬件设备

基于PLC技术作为构成的中央空调节能系统，可以采用一次泵系统形式，其中包括2台冷水机组，设置单机制冷量为400USRT，冷冻水泵的电动机功率为300KW和55KW，一个为主机、一个为备用机；采用2台75KW的冷却水泵，一个为主机、一个为备用机；3台冷却塔，额定功率为5.5KW，额定电流为13A。此节能系统主要是在一台水泵或电机产生故障时，会立即启动备用电机，从而保障整个中央空调系统可以正常运行，保证系统运行稳定性，不会影响到空调系统正常工作、生产。

在空气调节机组中，表面冷却器不具备加湿功能，为增加空气的含湿量，以确保规定的相对湿度指标，需要对空气进行加湿处理。采用各种形式的加湿装置，构成组合式空气调节机组的加湿段。本系统采用喷蒸汽加湿，为空调工程中常用的立式干蒸汽加湿器。

2.2中央空调控制系统节能技术与设计方案

（1）中央空调水系统

为了能够保障空调系统中的循环水流量与负荷波动相互匹配，需要在空调水系统中加入变频器进行水量控制，这样即可减少中央空调在实际运行中的耗能。想要加强中央空调控制系统的节能性，需要重点关注冷却水、冻水泵、冷却风机的变频控制，避免电能过量消耗。两台冷却水泵为M1和M2，两台冷冻水泵分别为M3和M4，并在其中增设变频调速器（见图1）。通常情况下，PLC系统会让空调控制系统默认为变频调速形态，运行频率在40Hz左右（30-50Hz属合理范围）。如果本系统在实际运行中部分部件出现了故障情况，在生产区域可以通过启动原水泵控制回路让电机转变成工频运行形态。本中央空调中的冷却塔而定功率为5.5KW，功耗相对较低，所以可以不采用变频控制方案。

（2）循环水泵主电路

在该系统当中，水泵主电路主要是采用了串联与并联结合的形式，冷却泵M1和M2和一台变频器F1互联；并且设置两个旁路接触器为KM12和KM22，变频接触器为KM11和KM21；冷冻水泵共采用一个变频器F2，旁路接触器分别为KM32和KM42，接触器为KM31和KM41。变频器和旁路器都通过PLC进行控制。

（3）水系统控制回路

水系统控制回路当中冷却水和冷冻水采用了温差控制技术，把两个水系统的温差控制在5℃左右（4-6℃范围内）。PLC系统会通过设置的温度传感器与控制模块，可以检测冷冻水的出水和回水温度，并进行检测，通过得出的水温检测信息和温度变化对变频器转速进行自动化调节，并调节冷冻水流量，改变热交换速率。用传感器测量供水/回水温度，采用A/D转换器将数据传输到PLC系统当中进行处理和计算，这样即可对变频器速率进行调节，也可以对水泵转速进行控制，如图1.

2.3 PLC的控制系统

PLC系统内部结构图

（1）内部程序

本程序主要是采用了电压信号变频器，主要是用作控制水泵转速和水温度。采用PID控制算法控制输出电压，从而减少电能损耗量。如图1所示，两个子程序分别是F1和F2变频器电压控制参数，将整个主程序划分为两个独立的子程序，并向控制程序当中输入PID控制参数，服务器主要采用定时中断方法，将时间间隔设置成10ms。整个系统程序主要加强空调使用现场各个循环泵的定时程序，控制空调系统中的温度传感器和变频器，工作人员在控制终端中（触摸屏）按下制定功能按键即可实现相关功能。在PLC程序编程当中，需要结合子程序运行要求进行，这样可以更好的让主程序调动子程序，从而实现各种控制功能，加强中央空调的节能性。

（2）触摸屏显示功能设计

触摸屏是人机交互中的重要组建，组态软件可以采用西门子winCC flexible2014，该软件可以实现自动报警、报警信息记录、报表打印、生成控制曲线图等多项功能。如果生产区域在实际应用中有其他需求，可以对整个软件进行重新设置，满足生产区域的个性化需求。在触摸屏设计当中，主要包括的功能模块有：功能总画面、系统参数设置、PID参数设置、选择运行模式、显示空间温度、故障报警、一键恢复等功能界面。也可以直接操控冷冻水泵和冷却水泵，可以实现水泵的启动/停止功能、手动/自动操作模式、加速/减速功能按键以及自动控制开关。在数据参数显示当中，主要有出水、进水温度数据以及系统运行时间、进/出水温度差、运行频率等数据信息。在实际应用中，可以在显示屏幕上任意切换操纵界面和监督界面。在整个人机交互界面中，除了可以实现组态功能，还能够控制下位机运行情况，从而实现一体化控制模式。

结束语

针对中央空调在日常应用中能耗较大的问题。通过应用PLC技术进行中央空调系统节能设计，采用一用一备机组设置方法，降低空调内部设备损坏对整个系统造成的影响，加强空调运行调控，保证运行平稳，从而加强节能性，用户可以在人机交互界面进行参数调整和设置，操作十分方便，值得进一步推广。