楊豐羽 論文教材

石家莊職業(yè)技術(shù)學院機電系頂崗實習報告PAGE17-石家莊職業(yè)技術(shù)學院機電系頂崗實習報告1-前言中央空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設(shè)施之一，電能的消耗非常大，約占建筑物總電能消耗的30%。由于中央空調(diào)系統(tǒng)都是按最大負載并增加一定余量設(shè)計，而實際上在一年中，滿負載下運行最多只有十多天，甚至十多個小時，幾乎絕大部分時間負載都在70%以下運行。通常中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍主機的負荷能隨季節(jié)氣溫變化自動調(diào)節(jié)負載，而與冷凍主機相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動調(diào)節(jié)負載，幾乎長期在100%負載下運行，造成了能量的極大浪費，也惡化了中央空調(diào)的運行環(huán)境和運行質(zhì)量。隨著變頻技術(shù)的日益成熟，利用變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的有機結(jié)合，構(gòu)成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，達到節(jié)能目的提供了可靠的技術(shù)條件。在科技日新月異的今天，積極推廣高新技術(shù)的應用，使其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，是我們每個人的社會責任。對落后的設(shè)備生產(chǎn)工藝進行技術(shù)革新，可以提高生產(chǎn)質(zhì)量、對生產(chǎn)效率創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益、對節(jié)能、環(huán)保等社會效益同樣有著重要的意義。

第一章中央空調(diào)簡述中央空調(diào)概述空調(diào)主要是用來實現(xiàn)室內(nèi)的恒溫，中央空調(diào)主要由制冷機、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、風機盤管系統(tǒng)、風機和冷卻塔等組成。中央空調(diào)工作原理圖如下在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，冷凍泵、冷卻泵的裝機容量是取系統(tǒng)最大負荷再增加10%—20%余量作為設(shè)計系數(shù)。根據(jù)計算中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水、冷卻水循環(huán)用電約占夏季公司總用電的25%—30%，冷卻塔的用電占8%—10%。因此，實施對冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)以及冷卻塔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組成部分。中央空調(diào)系統(tǒng)原理圖如下：圖2中央空調(diào)冷凍系統(tǒng)1、中央空調(diào)冷凍系統(tǒng)的控制方式早期的繼電器控制系統(tǒng)、直接數(shù)字式控制器DDC以及PLC(可編程序控制器)控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高，系統(tǒng)復雜，功耗高等明顯的缺點已逐漸被人們所淘汰，直接數(shù)字式控制器DDC雖然在智能化方面有了很大的發(fā)展。但由于DDC其本身的抗干擾能力問題和分級分步式結(jié)構(gòu)的局限性而限制了其應用范圍。相反，PLC控制系統(tǒng)以其運行可靠、使用與維護均很方便，抗干擾能力強，適合新型高速網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)這些顯著的優(yōu)點使其逐步得到廣泛的應用?？删幊炭刂破魇怯嬎銠C家族中的一員。于上個世紀中后葉被發(fā)明后，在機床、各種流水線的輸送機械、發(fā)電、化工、電子等行業(yè)工藝設(shè)備的電氣控制方面得到了廣泛的應用，早期的可編程控制器被稱作可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）,即簡稱為PLC。PLC具有功能強大、使用可靠、維修簡便等許多優(yōu)點。對于傳統(tǒng)的繼電器電路來說，它難以實現(xiàn)復雜邏輯功能的和數(shù)字式控制，而且要實現(xiàn)一定規(guī)模的邏輯控制功能不僅設(shè)計繁瑣，難以實現(xiàn)升級，并易發(fā)故障，維修復雜，現(xiàn)在已被大中型設(shè)備的控制系統(tǒng)所拋棄。而PLC正被廣泛的應用并且已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。隨著科學技術(shù)不斷的飛躍發(fā)展，PLC也不斷得到完善和強大，同時它的功能也大大超過了邏輯控制的范圍，如聯(lián)網(wǎng)通信功能和自診斷功能等。2、中央空調(diào)冷凍系統(tǒng)的工藝控制要求（1）、測量冷凍水供回水溫度及流量，從而計算空調(diào)實際的冷負荷，根據(jù)實際的冷負荷來決定冷水機組的開啟臺數(shù)，達到最佳節(jié)能狀態(tài)。（2）、各設(shè)備的程序聯(lián)動：啟動：冷卻塔風機——冷卻水泵——冷凍水泵——冷水機組。停止：冷水機組——冷凍水泵——冷卻水泵——冷卻塔風機。當其中一臺冷卻水泵/冷凍水泵出現(xiàn)故障時，備用冷卻水泵/冷凍水泵會自動投入工作。（3）、測量冷凍水系統(tǒng)供回水管的壓差△P=P1－P2控制其旁通閥(TV)的開口度，使其維持壓差。中央空調(diào)制冷原理圖如下：圖6制冷系統(tǒng)的啟動/停止是用于制冷系統(tǒng)的手動啟動/停止控制。也可以通過溫度設(shè)定，依據(jù)冷負荷的需要自動開啟制冷系統(tǒng)。每臺設(shè)備均設(shè)有自動、手動、備用三種運行狀態(tài)，自動用于聯(lián)鎖集中控制；手動用于調(diào)試或檢修；備用狀態(tài)用于熱備用。三臺水泵二工一備。其中備用泵循環(huán)輪換，提高設(shè)備的保養(yǎng)率。各臺設(shè)備按工藝要求順序自動啟動/停止時，采用每臺設(shè)備啟動后經(jīng)15s左右延時，再啟動下一臺設(shè)備。一是考慮水泵穩(wěn)定運行有個過程，二是避免數(shù)臺電動機同時啟動，沖擊變壓器，影響供電質(zhì)量。為提高中央空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性、可靠性及可維護性，需要采用控制產(chǎn)品對中央空調(diào)系統(tǒng)的各個設(shè)備進行控制。早期的中央空調(diào)控制器多為就地式專用控制器和DDC控制器，它們具有控制功能簡單、不易聯(lián)網(wǎng)及信息集成度不高等缺點。隨著計算機技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的中央空調(diào)系統(tǒng)都傾向于采用先進、實用、可靠的可編程控制器(PLC)來進行控制。第二章變頻器原理及改造方案變頻器的原理變頻器按照能量變換的環(huán)節(jié)可以分為交-交變頻器和交-直-交變頻器。交-交變頻器是把頻率固定的交流電直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電，主要優(yōu)點是沒有中間環(huán)節(jié)，故變換效率高，但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄，一般為額定頻率的1/2以下，故它主要用于容量較大的低速拖動系統(tǒng)中。交-直-交變頻器是把頻率固定的交流電整流成直流電，再把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電。如圖8所示。圖8交-直-交變頻器原理框圖交-直-交變頻器按照直流環(huán)節(jié)的儲能方式又可以分為電流型交-直-交變頻器和電壓型交-直-交變頻器。電流型交-直-交變頻器直流環(huán)節(jié)的貯能元件是電感線圈，電壓型交-直-交變頻器的直流環(huán)節(jié)的貯能元件是電容器，兩者的區(qū)別在于前者輸出電流的波形是脈寬調(diào)制波（PWM），后者輸出電壓的波形是脈寬調(diào)制波（PWM）。如圖9、10所示。圖9電流型交-直-交變頻器圖10電壓型交-直-交變頻器1、變頻器節(jié)能原理：變頻器是輸出頻率可改變的交流電力拖動設(shè)備。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給電機定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流元件整流，變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電，以此為電源再供給電機使用。由水泵的工作原理可知：風機、水泵特性：Q∝nH∝n2P∝n3即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。根據(jù)公式：轉(zhuǎn)速其中f為電源頻率，我國工頻為50HZ，P為極對數(shù)，S為轉(zhuǎn)差率，那么調(diào)節(jié)電動機電源頻率就可調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速也就是調(diào)節(jié)它的負載轉(zhuǎn)速，那么，根據(jù)風機、水泵特性可知，調(diào)節(jié)風機水泵的轉(zhuǎn)速可以達到調(diào)節(jié)流（風）量的目的，同時，顯著調(diào)節(jié)軸功率。通過在水泵加裝變頻器，則可實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制，可使系統(tǒng)工作平緩穩(wěn)定。并通過變頻節(jié)能收回投資。如圖11所示，圖中陰影部分為同一臺水泵的工頻運行狀態(tài)與變頻運行狀態(tài)在隨著流量變化所耗的功率差。因此，隨熱負載而改變水量的變流量空調(diào)水系統(tǒng)顯示了巨大的優(yōu)越性。二、中央空調(diào)改造方案中央空調(diào)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)，電機可在很寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，可將所有節(jié)流閥去掉，使管道暢通，可免去節(jié)流損耗。通過改變電機轉(zhuǎn)速而改變水的流速，從而改變水流量，達到制冷機正常工作要求和平衡熱負荷所需冷量要求，達到節(jié)能目的。采用變頻調(diào)速技術(shù)的關(guān)鍵是電機轉(zhuǎn)速的可調(diào)和可控。電機的變頻調(diào)速系統(tǒng)是由PLC控制器進行切換和控制的。1、PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)（1）、采用性能可靠的PLC為控制核心，所有輸入信號起停，保護都通過光電隔離輸入到PLC的輸入口，利用專用編程軟件，根據(jù)控制要求對PLC進行梯形圖編程，PLC輸出控制變頻器的起停。采用PLC控制后，可取消全部時間繼電器和中間繼電器，所有邏輯控制通過梯形圖軟編程，在不用改變控制線路的情況下，可隨時按控制要求修改程序，實現(xiàn)新的控制方案，靈活性相當高;并具有強大的通訊接口，可與上位電腦相連，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，為將來聯(lián)網(wǎng)控制留有接口，具有良好的擴展性，能與其他控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。變頻器調(diào)速控制電路簡單，克服傳統(tǒng)線路易出故障的缺點，降低了事故發(fā)生。（2）、根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的實際情況，設(shè)計應包括以下幾點：冷卻系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)各裝1臺變頻器?？筛鶕?jù)一天內(nèi)不同階段的冷量要求，設(shè)置不同要求運行常用與備用可切換。變頻控制與原控制間可換，確保設(shè)備正常運行。（3）、控制系統(tǒng)的主電路圖（4）、冷凍泵、冷卻泵PLC的控制系統(tǒng)圖PLC軟件采用梯形圖語言，實現(xiàn)各種邏輯控制、變頻器啟動控制及手動/自動，工頻/變頻轉(zhuǎn)換和故障自動切換等功能。I/O接口圖系統(tǒng)軟件編程圖冷卻、冷凍水泵控制方案圖對冷凍泵進行變頻改造，控制原理說明如下：PLC控制器通過溫度模塊及溫度傳感器將冷凍機的回水溫度和出水溫度讀入控制器內(nèi)存，并計算出溫差值；然后根據(jù)冷凍機的回水與出水的溫差值來控制變頻器的頻率，以控制電機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)出水的流量，控制熱交換的速度；溫差大，說明室內(nèi)溫度高系統(tǒng)負荷大，應提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度和流量，加快熱交換的速度；反之溫差小，則說明室內(nèi)溫度低，系統(tǒng)負荷小，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度和流量，減緩熱交換的速度以節(jié)約電能；對冷卻泵進行變頻改造，由于冷凍機組運行時，其冷凝器的熱交換量是由冷卻水帶到冷卻塔散熱降溫，再由冷卻泵送到冷凝器進行不斷循環(huán)的。冷卻水進水出水溫差大，說明冷凍機負荷大，需冷卻水帶走的熱量大，應提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，加大冷卻水的循環(huán)量；溫差小，則說明，冷凍機負荷小，需帶走的熱量小，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。2、PLC控制系統(tǒng)主要功能與系統(tǒng)特點（1）、PLC控制系統(tǒng)功能說明當啟動空氣處理機時，PLC發(fā)出控制指令。首先開戶回風門和新風門到設(shè)定位置，然后啟動送風機，同時通過控制變頻器，從而調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速。露點溫度與系統(tǒng)設(shè)定值相比較后,用PID方式調(diào)節(jié)冷水電動閥,控制冷水流量,使送風溫度達到設(shè)定值。送風機轉(zhuǎn)速的快慢是由回風溫度與系統(tǒng)設(shè)定值相比較后，用PID方式控制變頻器，從而調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)回風溫度的目的。當過濾網(wǎng)前后壓差超出設(shè)定值時，PLC發(fā)出過濾堵塞報警信號。（2）、PLC系統(tǒng)其他功能當空氣處理機停止運行后，新風門、回風門和冷水電動閥回復到全關(guān)位置，并關(guān)停冷水環(huán)泵。上位機監(jiān)控系統(tǒng)主要完成對工藝參數(shù)的檢測、各機組的協(xié)調(diào)控制以及數(shù)據(jù)的處理、分析等任務(wù)，下位PLC主要完成數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場設(shè)備的控制及連鎖等功能。除此以外，PLC系統(tǒng)還有如下功能：◆數(shù)據(jù)顯示功能顯示機組的運行參數(shù)，包括冷水出口溫度、冷水入口溫度、冷卻水出口溫度、冷卻水入口溫度、蒸汽壓力、蒸汽閥門開度，以及溶液泵、冷劑泵等所有屏蔽泵的運行狀態(tài)和各種故障報警的詳細信息?！魵v史數(shù)據(jù)的存儲及檢索功能對重要的數(shù)據(jù)進行在線存儲，數(shù)據(jù)的存儲時間最長為10年?？梢酝ㄟ^歷史報表或者歷史趨勢曲線的方式檢索歷史數(shù)據(jù)。◆控制功能根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，并考慮經(jīng)驗運行數(shù)據(jù)，PLC應用反饋數(shù)據(jù)(如室內(nèi)溫度等)進行PID調(diào)節(jié)，以保證運行參數(shù)滿足系統(tǒng)要求?？刂葡到y(tǒng)有三種運行方式：就地手動、軟手動和自動。就地手動就是通過就地手動操作設(shè)備對機組進行控制，軟手動是通過PLC對機組進行手動控制，自動則是根據(jù)編好的控制程序自動控制相關(guān)設(shè)備的啟、停及調(diào)節(jié)量。采用程序控制方式，杜絕冷劑污染，有效便捷地實現(xiàn)冷水、冷卻水的變頻控制。通過有效合理地開、?？刂疲_到啟動速度快、停機時間短的目的，即能節(jié)省能耗，還能避免結(jié)晶，從而提高中央空調(diào)系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性。◆連鎖與保護功能各機組相關(guān)設(shè)備的啟、停具有一定的連鎖關(guān)系和時間順序，該功能由PLC的連鎖程序完成。同時，為保證機組的可靠運行，對相關(guān)參數(shù)采取了一定的保護措施，如冷水、冷卻水與機組的連鎖控制、冷卻水系統(tǒng)與冷卻塔的連鎖控制等。（3）、系統(tǒng)特點◆靈活性本控制系統(tǒng)選用可利用公司的小型一體化PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)空調(diào)主機控制系統(tǒng)中的單片機，較大程度地提高了系統(tǒng)配置及控制的靈活性，能更好地滿足不同用戶的不同需求。同時，明顯縮短了程序開發(fā)周期。◆高可靠性PLC控制核心能夠在惡劣的環(huán)境中長期可靠、無故障運行，并且易接線、易維護、隔離性好、抗腐蝕能力強，能適應較寬的溫度變化范圍，平均無故障時間間隔(MTBF)大于15年。◆強大的功能現(xiàn)代的PLC的編程語言遵從易學、易懂、易用的標準。除了具備傳統(tǒng)PLC助記符和梯形圖編程功能外，還具有結(jié)構(gòu)化語言和順序功能圖編程功能。PLC提供各種功能模塊，包括各種通訊功能選擇、通訊參數(shù)設(shè)置，以及可以具體到某年、某月、某日、某個時刻的多種定時器和超長定時器等，方便了各種功能的實現(xiàn)，有利于縮短開發(fā)周期和節(jié)省程序容量。3、TD2100型變頻器的主要性能及操作（1）、TD2100型變頻器的主要性能TD2100型變頻器是用來進行交流電動機調(diào)速的自動化電氣控制裝置，在樓宇自控中主要是應用在水泵、風機類的設(shè)備上。TD2100型變頻器，主要是在供水系統(tǒng)中具有很大的優(yōu)勢。特別是在水泵的控制中，可以對一些外部的連鎖信號進行很好的銜接，同時還可以輸出控制多達8個的信號控制源。它可以利用一臺變頻器實現(xiàn)對多臺電機的控制。所以，在這次對中新制藥廠中央空調(diào)改造中，我選用了TD2100型變頻器。（2）、TD2100型變頻器的銘牌在變頻器的箱體的右側(cè)板下方，貼有標示變頻器型號及額定值的銘牌。（3）、TD2100型變頻器的部件名稱（4）、TD2100型變頻器的面板操作a）、操作面板說明：操作面板是用來直接進行數(shù)據(jù)輸入、狀態(tài)監(jiān)控、進行運轉(zhuǎn)等操作。TD2100型變頻器操作面板b）、鍵盤功能說明：符號名稱功能PRG編程鍵運行命令狀態(tài)、運行狀態(tài)和編程狀態(tài)的切換FUNC/DATA功能/數(shù)據(jù)選擇數(shù)據(jù)監(jiān)視模式和數(shù)據(jù)寫入確認∧增鍵數(shù)據(jù)或代碼的遞增∨減鍵數(shù)據(jù)或代碼的遞減《移位鍵在運行狀態(tài)和報警狀態(tài)下，可選擇顯示內(nèi)容；在設(shè)定數(shù)據(jù)時，可以選擇設(shè)定數(shù)據(jù)的數(shù)字位。PANEL/REMOTE操作面板/遠程選擇鍵選擇操作面板控制、控制端子控制或RS232口控制的切換鍵；與鍵上角的LED指示配合使用；LED為ON時為操作面板控制方式；LED為OFF時，為控制端子控制方式；LED閃爍時，則為RS232口控制方式。JOG點動在操作面板方式下，用于點動運行操作。RUN運行在面板操作方式下，用于運行操作。STOP/RESET停止/復位運行狀態(tài)時，按此鍵可用于停止運行操作（三種控制方式均有效）；故障報警狀態(tài)，可用來復位操作。c)、LED數(shù)碼管及指示燈說明運行狀態(tài)LED數(shù)碼管顯示內(nèi)容單位指示燈運行、待機狀態(tài)穩(wěn)定顯示運行頻率Hz燈亮待機狀態(tài)閃爍顯示設(shè)定頻率Hz燈亮故障狀態(tài)閃爍顯示故障代碼所有單位燈滅功能碼顯示狀態(tài)穩(wěn)定顯示功能代碼所有單位燈滅功能碼參數(shù)顯示狀態(tài)位閃顯示功能碼參數(shù)根據(jù)參數(shù)特性顯示其單位d）、操作方法說明4、技術(shù)改造后的運行效果比較（1)、節(jié)能效果及投資回報在冷凍泵、冷卻泵上應用變頻器，一般都有40%的節(jié)電率。每天節(jié)約的電費=電機功率×每天運行時間×節(jié)電率×電價=（45KW+55KW）×24小時×40%×0.81/度，而改造費大約十萬元，投資回收期=100000÷583≈170（天）新的控制方案的使用，會達到大幅度節(jié)電效果，具體比較如下：通過以上分析計算，改造后系統(tǒng)經(jīng)濟效益可觀，符合《中華人民共和國節(jié)約能源法》。（2)、對系統(tǒng)的正面影響◆對電機實現(xiàn)了軟起動、軟制動，大大降低了起動電流、避免了對電機和電網(wǎng)的沖擊?！綦姍C運行噪音減小、溫升降低、震動減少、負載運行順滑平衡?！舸蠓雀纳齐姍C的功率因素?！艟哂羞^流、過壓、短路、缺相等多種保護功能，增強了對電機及所帶負載的保護功能?！粝藛⑼Ｋ卯a(chǎn)生的水錘現(xiàn)象對管道、閥門、壓力表等的損害;消除了原來直接啟停水泵造成的機械沖擊，電機及水泵的軸承、軸封等機械磨擦大大減少，機械部件的使用壽命得到延長◆在任意一設(shè)定的頻率下，電機都能以最佳效率運行?！裟軝z測負載輕微的變化，并迅速調(diào)整輸出功率，顯示在操作屏上?！衾肞LC實現(xiàn)各種邏輯控制、變頻器啟動控制及手動/自動，工頻/變頻轉(zhuǎn)換和故障自動切換等功能，是系統(tǒng)控制靈活方便，功能齊全?！粲捎诓捎昧藴夭铋]環(huán)變頻調(diào)速，提高了冷凍機組的工作效率，提高了自動化水平。減少了人為因數(shù)的影響，大大優(yōu)化了系統(tǒng)的運行環(huán)境、運行質(zhì)量?？偨Y(jié)隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，社會高度信息化，新的高科技技術(shù)不斷應用到各個方面中，使得智能化已成為一