電工技師論文45980

精品文庫國家職業(yè)資格全省統(tǒng)一鑒定維修電工技師論文（國家職業(yè)資格二級）論文題目：PLC和變頻器在中央空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用姓 名：張華生 身份證號準(zhǔn)考證號： 所在省市：廣東省廣州市 所在單位：廣州市微至物業(yè)管理有限公司2017年12月5一、 摘要本文介紹了我公司中央空調(diào)系統(tǒng)原控制方式是傳統(tǒng)的接觸器和繼電器控制，不能跟隨外界的氣候和溫度及負(fù)載變化而作出對空調(diào)主機(jī)全自動調(diào)節(jié)控制，特別是在部分負(fù)荷時固定冷卻水流量或采用截止閥對水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)時將嚴(yán)重影響中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量及其能源的浪費(fèi)，后來領(lǐng)導(dǎo)要求對其各個空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行改造，本文著重探討運(yùn)用PLC和變頻技術(shù)對中央空調(diào)冷卻水采用變水量節(jié)能控制方案以及利用變頻技術(shù)改變水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量和壓力的變化取代閥門控制流量，促進(jìn)整個中央空調(diào)各個循環(huán)系統(tǒng)的得到優(yōu)化，達(dá)到了全自動智能控制中央空調(diào)系統(tǒng)的目的，能取得了良好的效果及經(jīng)濟(jì)效益。 二、 關(guān)鍵詞PLC、變頻器、中央空調(diào)、系統(tǒng)改造三、 主要內(nèi)容中央空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代社會企業(yè)特別是現(xiàn)代物業(yè)大廈，賓館商場不可缺少的配套設(shè)施之一，它能給人們帶來四季如春，溫馨舒適的每一天，它是企業(yè)比較重要的動能設(shè)備之一，由于中央空調(diào)功率大，電能消耗非常大，加上設(shè)計(jì)上存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，使得中央空調(diào)所用電費(fèi)成為企業(yè)一項(xiàng)巨大的開支，能耗約占企業(yè)動能設(shè)備總用電量消耗的40-50%。由于因?yàn)榧竟?jié)和晝夜的變化，賓館酒樓客人入住率的變化及娛樂場所開放時間變化，這樣大廈所需要冷量具有很明顯的需求變化，而傳統(tǒng)中央空調(diào)并不能監(jiān)測環(huán)境的變化而調(diào)節(jié)自身的能耗， 在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，中央空調(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)中冷水機(jī)組在滿負(fù)荷情況下運(yùn)行的時間并不多，而絕大部分時間的負(fù)荷都是在55%75%之間運(yùn)行。通常冷水機(jī)組的負(fù)荷使用量都是能根據(jù)末端負(fù)載的使用量和使用條件對冷水機(jī)組進(jìn)行負(fù)載自動調(diào)節(jié)，但在中央空調(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)中與冷水機(jī)組配套使用的冷水循環(huán)泵、冷卻循環(huán)泵卻不能自動調(diào)節(jié)其負(fù)載，只要中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行，其長期處在100%負(fù)載下運(yùn)行，對中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行質(zhì)量造成不良影響，同時也造成了能量的極大浪費(fèi)。隨著PLC、變頻技術(shù)的日益成熟，有效利用PLC、變頻器、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等器件的有效結(jié)合，可以很好的構(gòu)成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)水泵的輸出功率和流量，達(dá)到既可以自動控制水泵又節(jié)能的目的。四、改造前：廣州市華以泰國際大廈概況廣州市華以泰國際大廈空氣-水系統(tǒng)的中央空調(diào)在2008年安裝投入使用，空調(diào)運(yùn)行方案采用并聯(lián)供冷模式。華以泰國際大廈是一座三十層綜合大樓，地下室設(shè)備層至天面118米，空調(diào)面積大約30000。采用全集中供冷。4.1空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備：（1）螺桿式冷水機(jī)組YKEPEPQ65CMG/XD22（1758KW）兩臺, YEWS200SA50DL（695KW）一臺；（2）末端設(shè)備336臺盤管風(fēng)機(jī)；冷凍水泵KTZ200-150-320A（45KW）三臺，KTB125-100-320(22KW)二臺（3）冷卻水泵KTB150-125-410A(55KW)三臺，KTB125-100-410A,(37KW)二臺。（4）冷卻塔 KT-300(7.5KW)二臺 KT-150(4KW)一臺，進(jìn)水壓頭57米）。4.2空調(diào)設(shè)備連接方式：（1）冷凍水系統(tǒng)管路冷凍水泵與冷水機(jī)組蒸發(fā)器采用壓入式連接，單級泵管路，與冷水機(jī)組一一對應(yīng)配置，具有送回水干管。層間水平管有限流裝置調(diào)節(jié)層間流量。（2）冷卻水系統(tǒng)管路冷卻水泵出口接冷水機(jī)組冷凝器進(jìn)水端，單級泵管路，與冷水機(jī)組冷卻塔一一對應(yīng)配置，具有回水干管。冷卻塔之間設(shè)均壓管同一水位運(yùn)行。4.3中央空調(diào)系統(tǒng)存在的問題中央空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時都是根據(jù)建筑面積、當(dāng)?shù)貧夂?、最大?fù)載量來設(shè)計(jì)的，且預(yù)留有10%20%左右的設(shè)計(jì)余量。其中冷水機(jī)組是可以根據(jù)負(fù)載變化而隨機(jī)自動進(jìn)行加載或減載操作，而冷水泵和冷卻泵卻不能隨著負(fù)載變化做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，這樣冷水泵和冷卻泵系統(tǒng)就跟隨中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行，一直處于大水流量、小溫差、滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下運(yùn)行，造成了水泵做功的極大浪費(fèi)和電能消耗。而且冷凍水、冷卻泵的啟動方式均為Y啟動，電機(jī)的啟動電流為其電機(jī)額定電流的34倍，在如此大的電流沖擊下，接觸器的使用壽命縮短，同時啟動時的機(jī)械沖擊和停泵時的水錘現(xiàn)象容易對機(jī)械部件、軸承、軸封、閥門和管道等造成損壞，從而增加維修工作量和配件費(fèi)用。由于冷水泵輸送的冷量不能跟隨中央空調(diào)系統(tǒng)負(fù)載的變化而改變，其熱力工況的平衡只能由人工去調(diào)整冷水機(jī)組的出水溫度，用其大流量來掩蓋其小溫差，這樣不僅浪費(fèi)大部分能量，同時也惡化了系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行質(zhì)量，特別是在環(huán)境溫度偏低時，及一些末端設(shè)備溫控出現(xiàn)故障或靈敏度下降時，將會導(dǎo)致末端設(shè)備出風(fēng)溫度不正常，感覺不適，嚴(yán)重干擾中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。在水系統(tǒng)方面由于定水量系統(tǒng)控制簡單，但節(jié)能效果差，多用于生產(chǎn)工藝對系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行性要求高的場合；變流量系統(tǒng)節(jié)能性能好，但控制相對復(fù)雜，目前空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷變化較大，多采用變流量控制。變速變水量系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)改變水泵轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)水流量調(diào)節(jié)的水系統(tǒng)?？照{(diào)系統(tǒng)在實(shí)際使用過程中，滿載運(yùn)行時間較短，負(fù)荷降低時主機(jī)能量調(diào)節(jié)自行卸載，若配套的水泵相應(yīng)流量能隨之減少，水泵能耗就能大幅度降低。采用變頻調(diào)速技術(shù)，就能改變水泵轉(zhuǎn)速能實(shí)現(xiàn)水流量自動調(diào)節(jié)，取得節(jié)能的效果。變水量系統(tǒng)特點(diǎn)：保持供水溫度在一定范圍內(nèi)，當(dāng)負(fù)荷變化時改變供水量，適應(yīng)空調(diào)主機(jī)對循環(huán)水量的需要。變頻裝置閉環(huán)控制方式需要供回水溫差進(jìn)行流量控制，自控系統(tǒng)比定水量控制復(fù)雜。變水量管路系統(tǒng)的揚(yáng)程損耗，有可變揚(yáng)程損耗和固定揚(yáng)程損耗兩部分。輸配管網(wǎng)產(chǎn)生的揚(yáng)程損耗是可變損耗。它隨著末端流量變化而成平方倍變化，因此管路系統(tǒng)總的揚(yáng)程損耗也是隨流量而變化。通常多泵并聯(lián)運(yùn)行時，水泵應(yīng)采用相同型號，變水量運(yùn)行需同頻控制，以減少對相鄰機(jī)組之間的影響。針對原中央空調(diào)系統(tǒng)冷卻水泵定速運(yùn)行的特點(diǎn)，探討了控制閥門開度、切削葉輪、更換水泵、變頻控制等節(jié)能方式。節(jié)能改造選定在流量與揚(yáng)程均有富余的冷卻水系統(tǒng)，采用變頻控制方式，由變頻器閉環(huán)控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)冷卻循環(huán)水的流量，在滿足空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)冷卻需要的前提下，達(dá)到節(jié)能的目的。為降低改造成本，在定速變水量控制的基礎(chǔ)上，加入一套變頻控制裝置用閉環(huán)控制方式，在空調(diào)系統(tǒng)供冷的級差之間跟蹤調(diào)節(jié)，變水量控制能覆蓋空調(diào)運(yùn)行全過程。單臺冷卻水泵節(jié)電率達(dá)20%-40%之間。在水泵與冷水機(jī)組一一對應(yīng)配置分級控制的水系統(tǒng)尤為實(shí)用。經(jīng)過共同研究與探討后，向領(lǐng)導(dǎo)提出利用變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等夠成一個利用溫差來實(shí)現(xiàn)對冷水泵、冷卻泵的自動調(diào)速系統(tǒng)，對這兩個循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行改造，以提高循環(huán)系統(tǒng)的使用功能，也可以降低部分運(yùn)行成本。在2015年初擇機(jī)在停機(jī)維護(hù)期間對其循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行改造。五、改造后5.1改造方案：通過變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等構(gòu)成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，根據(jù)負(fù)載變化自動調(diào)整循環(huán)泵的運(yùn)行頻率，可以大大降低因人為因素造成的誤操作。雖然一次投入成本較高，但這種方法在社會上已被廣泛應(yīng)用，實(shí)踐證明是切實(shí)可行的方法。在中央空調(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，冷水泵和冷卻泵的裝機(jī)容量是取系統(tǒng)滿負(fù)荷再加10%20%的余量設(shè)計(jì)的。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷水泵和冷卻泵的運(yùn)行成本占整個空調(diào)系統(tǒng)的10%25%左右，而在冷水機(jī)組處于低負(fù)荷運(yùn)行時，其循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行成可以想而知就更高了，因此實(shí)施對冷水、冷卻循環(huán)系統(tǒng)的能量自動控制是中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造及自動控制的重要部分。5.2方案實(shí)施根據(jù)具體情況同時考慮到改造成本的控制，原有的電器元件盡量利用。冷水、冷卻泵都是采取兩用一備的運(yùn)行方式，因主用泵都處于長期運(yùn)行狀態(tài)，為了不影響其使用壽命，將備用泵與兩臺主用泵進(jìn)行輪流切換運(yùn)行，切換周期為半個月一次，與主機(jī)切換時間一致。利用原有電器元件，通過接觸器、按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行相關(guān)電氣互鎖，確保每臺水泵只能由一臺變頻器控制運(yùn)行，避免兩臺變頻器同時控制一臺水泵，造成短路事故，并且每臺變頻器在任何時間只能控制一臺水泵，避免一臺變頻器同時控制兩臺水泵，造成變頻器過載。六、主要設(shè)備選型61考慮到設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性及性價比，以及水泵電機(jī)的匹配，選用了三菱FR-F540-55K-CH變頻器；PLC所需要IO點(diǎn)數(shù)為:輸入24點(diǎn)、輸出14點(diǎn)，考慮輸入輸出需要留一定的備用量，以及系統(tǒng)的可靠性和價格因素后PLC選用三菱FX2N-64MR；溫度傳感器模塊選用：FX2N-4AD-PT，該模塊是溫度傳感器專用的模擬量輸入AD轉(zhuǎn)換模塊，有4路模擬信號輸入通道（CH1、CH2、CH3、CH4），接收來自冷水泵和冷卻泵進(jìn)出水溫度傳感輸出的模擬信號，溫度傳感器選用：PT-100 3850RPM電壓型溫度傳感器，其額定溫度輸入范圍是100-6000電壓輸出0-10V，對應(yīng)的模擬數(shù)字輸出100-6000；模擬量輸出模塊為：FX2N-4DA，是4通道DA轉(zhuǎn)換模塊，每個通道可以單獨(dú)設(shè)置電壓或電流輸出，是一種具有高精度的輸出模塊。62改造所需增加的設(shè)備：名稱 數(shù)量 型號PLC 1 FX2N-64MR變頻器 4 FR-F540-55K-CH溫度傳感器輸入模塊 1 FX2N-4AD-PT模擬量輸出模塊 1 FX2N-4DA溫度傳感器 4 PT-100 3850RPM轉(zhuǎn)換開關(guān) 2 250V-5A啟動按鈕 18 250V-5A停止按鈕 2 250V-5A七、變頻器系統(tǒng)示意圖：45KW變頻器45KW變頻器DA轉(zhuǎn)換模塊三菱PLC控制器冷卻進(jìn)水溫度冷卻出水溫度溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換M4冷水進(jìn)水溫度冷水出水溫度M3M2M155KW變頻器55KW變頻器冷水泵變頻系統(tǒng) 冷卻泵變頻系統(tǒng)7.1對冷水泵進(jìn)行變頻改造控制原理:PLC控制器通過溫度模塊及溫度傳感器將冷水機(jī)組的回水溫度和出水溫度讀入PLC，并計(jì)算出兩者溫度差值，根據(jù)冷水機(jī)組的回水與出水溫度差值來控制變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)水泵的出水流量，控制熱交換的速度，溫差大，說明大廈內(nèi)溫度高，系統(tǒng)負(fù)荷大，應(yīng)該提高冷水泵的轉(zhuǎn)速，加快冷水的循環(huán)速度和流量，加快熱交換速度；反之溫差小，則說明大廈內(nèi)溫度低，系統(tǒng)負(fù)荷小，可降低冷水泵的轉(zhuǎn)速減緩冷水的循環(huán)速度和流量，減緩熱交換的速度以節(jié)約電能。7.2對冷卻泵進(jìn)行變頻改造由于冷水機(jī)組運(yùn)行時，其冷凝器的熱交換量是由冷卻水循環(huán)帶到冷卻塔散熱降溫，再循環(huán)回到冷凝器進(jìn)行不斷循環(huán)。冷卻水進(jìn)水水溫溫差大，說明冷水機(jī)組負(fù)荷大，需要冷卻帶走的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，加大冷卻水的循環(huán)量；溫差小，則說明冷水機(jī)組負(fù)荷小，需要帶走的熱量小，可降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減小冷卻水的循環(huán)量，以節(jié)約電能。73三菱FR-F540-55K-CH變頻器參數(shù)的設(shè)定Pr.1600允許所有參數(shù)的讀寫Pr.150.00變頻器上限頻率為50HzPr.230.00變頻器下限頻率為40HzPr.730.0變頻器的加速時間為30秒Pr.830.0變頻器的減速時間為30秒Pr.970.00變頻器的電子熱保護(hù)為70APr.5214變頻器PU面板的第三監(jiān)視功能為變頻器輸出功率Pr.604智能模式選擇為節(jié)能模式Pr.730設(shè)定端子25間的頻率設(shè)定為電壓信號74 IO分配表:X01#冷卻泵報(bào)警信號Y2冷卻泵自動調(diào)速信號X11#冷卻泵運(yùn)行信號Y3冷水泵自動調(diào)速信號X22#冷卻泵報(bào)警信號Y4:11#冷卻泵報(bào)警信號X32#冷卻泵運(yùn)行信號Y5:22#冷卻泵報(bào)警信號X41#冷水泵報(bào)警信號Y6:11#冷水泵報(bào)警信號X51#冷水泵運(yùn)行信號Y7:22#冷水泵報(bào)警信號X62#冷水泵報(bào)警信號Y10:11#冷卻泵啟動X72#冷水泵運(yùn)行信號Y11:11#冷卻泵變頻器報(bào)警信號復(fù)位X10冷卻泵報(bào)警復(fù)位Y12:22#冷卻泵啟動X11冷水泵報(bào)警復(fù)位Y13:22#冷卻泵變頻器報(bào)警信號復(fù)位X12冷卻泵手自動調(diào)速切換Y14:11#冷水泵啟動X13冷水泵手自動調(diào)速切換Y15:11#冷水泵變頻器報(bào)警信號復(fù)位X14冷卻泵手動頻率上升Y16:22#冷水泵啟動X15冷卻泵手動頻率下降Y17:22#冷水泵變頻器報(bào)警信號復(fù)位X16冷水泵手動頻率上升X17冷水泵手動頻率下降X201#冷卻泵啟動信號X211#冷卻泵停止信號X222#冷卻泵啟動信號X232#冷卻泵停止信號X241#冷水泵啟動信號X251#冷水泵停止信號X262#冷水泵啟動信號X272#冷水泵停止信號八、改造后調(diào)試81改造設(shè)備安裝完畢后，將編好的程序?qū)懭隤LC中，設(shè)定好變頻器參數(shù)，在設(shè)定參數(shù)時要注意PLC與變頻器間的通訊設(shè)置，如果沒有設(shè)置正確將無法完整正常通訊控制。最后檢查電器部分并按步驟通電調(diào)試。82投入時運(yùn)行時，在人為減少負(fù)荷，冷水泵頻率自動降到30Hz時，冷水機(jī)組故障停機(jī)，經(jīng)檢查是由于冷水泵水流開關(guān)動作引起，造成無水流信號給冷水機(jī)組，使機(jī)組保護(hù)停機(jī)，維修水流開關(guān)后恢復(fù)正常。83當(dāng)只一臺機(jī)組時，冷凍泵運(yùn)行在35Hz時，（首次設(shè)定頻率下限為35Hz）發(fā)現(xiàn)大廈內(nèi)末端設(shè)備有不同水流量現(xiàn)象或高或低，不能滿足冷量需求。經(jīng)過現(xiàn)場分析，雖然冷水循環(huán)為垂直及水平同程系統(tǒng)，各負(fù)載管道水阻幾乎相等，但由于管道最遠(yuǎn)處達(dá)150多米，部分管道保溫有破損或保溫效果不佳的地方，冷水沿程的冷量損失較大，最后將冷水管道進(jìn)行保溫層修補(bǔ)或更換，冷水泵頻率下限調(diào)整至30Hz，經(jīng)幾次調(diào)整后，檢測各點(diǎn)