PLC冷却水泵节能循环控制系统.docx

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PLC冷却水泵节能循环控制系统

摘要………………………………………..2

前言………………………………………..3

第一章实际中的应用……………………….....4

第二章主要任务…………………………….6

第三章具体设计要求…………………………..7

第四章系统软件设计…………………………..8

4.1设备名称………………………………....8

4.2控制方案………………………………....8

4.2.1控制功能………………………...8

4.2.2具体控制方案……………………..9

4.2.3ＰＬＣ输入、输出分配表…………...10

4.2.4控制综合接线…………………….11

4.2.5变频器参数设置…………………..11

4.2.6软件设计………………………...13

总结…………………………………………..14

致谢词………………………………………..15

参考文献……………………………………...16

中央空调冷却水循环节能控制系统设计

摘要

在现代工厂企业、办公大楼、商厦、酒店等环境中，中央空调系统是不可缺少的，因此，中央空调的节能也是有待解决的关键技术问题。

中央空调系统除主机的耗能外风机、冷冻、冷却泵进行调节，这就需要有较好的自动控制模块。

现在，随着电力电子技术、微电子技术的发展，应用变频调节技术与PLC自动控制系统可以大幅度节约电能和提高系统的自动程度，并使系统具有运行可靠、结构简化、维护维修方便等优点。

本文简单阐述了中央空调系统的工作原理，并具提研究冷却水循环控制系统在节能方面的自动控制模块。

主要对冷却水进出温差和进水温度进行混合控制，最终使中央空调冷却水循环节能控制系统达到节能的目的。

中央空调系统足大型建筑物小町缺少的配套设施之一，其电能的消耗非常大。

由变频器、ＰＬＣ构成的控制系统应用在中央空调的冷却水泵的节能改造中，使冷却水泵能随宅调负荷的变化而自动变速运行，达到显著节能效果。

关键词：

PLC自动控制系统；自动控制；设计。

前言

在传统的中央空调系统中，冷冻水、冷却水循环用电约占系统用电的１２％“１４％，并且在冷冻主机低负荷运行中，其耗电更为明显，冷冻水、冷却水循环用电约达３０％’４０％。

因此对冷冻水、冷却水循环系统的能量自动控制是中央空调节能改造的重要组成部分。

本文着重介绍ＰＬＣ、变频器在冷却水泵节能循环方面的应用。

中央空调采用变频调速技术，使电机在很宽范围内平滑调速，可将所有节流阀去掉，使管道畅通，可免去节流损耗。

通过改变电机转速而改变水的流速，从而改变水的流量，达到制冷机的正常工作要求和平衡热负荷所需冷量要求，从而达到节能的目的。

电机的变频调速系统是由ＰＬＣ控制器进行切换和控制的。

第一章实际中的应用

在实际生活中，大部分建筑的中央空调在一年当中，只有几十天时间处于最大负荷。

中央空调负荷，始终处于动态变化之中，如每天早晚，每季交替，每年轮回，环境及人文，实时影响中央空调冷负荷。

一般，冷负荷在5%-60%范围内波动，大多数建筑物每年至少70%是处于这种情况。

而大多数中央空调，因系数设计多数以最大冷负荷为最大功率驱动。

这样，造成实际需要冷负荷与最大功率输出之间的矛盾，实际造成巨大能源浪费，给使用方造成巨额电费支出，增加经营者的成本，降低经营竞争力。

本文以中央空调冷却水控制系统的工作机理和工作特点为依据，实时跟踪制冷机的排热需求和冷却塔排热能力的动态变化，建立系统节能的复合控制方案。

通过采集冷却水温度信息，实现跟踪制冷机排热需求变化的优化节能，最大限度地降低冷却水泵的耗能。

作为建筑内部重点耗能设备，中央空调系统的耗电一般要占整座建筑电耗的60%以上。

由于设计时，中央空调系统必须按天气最热、复活最大时设计，并且留10-20%设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满复活状态下，存在较大的富余，所以节能的潜力就较大，其中，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调节，存在很大的浪费。

因此空调系统采用变水量控制可以节约大量泵输送能耗，中央空调的节能改造显得尤为重要。

水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成，因此，不可避免地存在较大载流损失和打流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。

为了解决这些问题需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。

再因水泵采用Y-△起动方式时，电机的起动电流均为其饿定电流的3-4倍，如一台90KW的电动机其起动电流将达到500A，在如此大的电流冲击下，接触器，电动机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水锤现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作和备晶、备件费用。

综上，为了节约能源和费用，中央空调系统的节能改造是势在必行。

中央空调冷却水控制系统属建筑物冷热电联产系统中的一个子系统，该控制方式已经应用于中央空调节能控制装置——变频调速智能控制节能工作站中，该装置应用中实现了中央空调控制，经检测：

通过各智能控制子系统，在保证向用户提供优质安全的空调服务同时，d45中央空调的转换效率、系统耗能指标进行优化，使系统设备的运行状况获得极大改善。

第二章主要任务

本文设计的是冷却水循环控制系统。

该系统由冷冻机、冷却水泵、冷却水管、冷却塔和冷却塔风机组成。

冷却水在通过冷冻主机后，吸收了冷冻主机释放的热量使自身温度升高。

冷却泵将升了温德冷却水压入冷却塔进行热交换而降温，降了温德冷却水又流过冷冻机，如此不断循环。

设计的主要任务是当中央空调冷却水出水温度高时（可事先设置），加大冷却水流量，当中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量，从而达到节能目的，当中央空调冷却水出水温度超过某一限值时（通常为37度左右），整个系统必须保护性跳闸停机。

中央空调冷却水系统节能混合控制的要求是:

实时跟踪制冷机的排热需求和冷却塔排热能力（即冷却水的进水温度）的动态变化。

最大限度地降低冷却水泵的耗能。

系统实施节能控制的策略和算法，以其工作过程的热力和动力学机理为基本依据

第三章具体设计要求

1、三台冷却水泵电动机，5.5KW，380V。

1号水泵先单台变频运行，当频率上限信号（相对于进出水设定温差上限值）动作后转为工频运行，并起动2号水泵变频运行；当频率下限信号（相对于进出设定温差下限值）动作后，1号水泵停机，2号泵继续变频运行，当频率上限信号又动作时，2号泵转换为工频运行，起动3号泵作变频运行，不断地如此循环转换。

2、变频工频运行时，为保证安全，应先让变频器约0.3秒后才断开变频接触器，再延迟时0.5秒后闭合工频接触器，再延时0.5秒后投入另一台变频器工作。

3、采用PLC或单片机+变频器的控制结构，或继电器+变频器的结构均可。

4、系统中应具有“手动”及“自动”操作功能，各种保护，确保系统的安全运行，例如，变频与工频接触器应设置电气和机械两种互锁，水泵电动机主电路应接有各种保护装置等

第四章冷却水泵节能循环运行控制

1、设备名称

中央空调有３台冷却水泵，其型号是ＴＳ一２００＿１５０３１５，配用功率是３７ＫＷ；采用一台变频器的方案进行节能控制，变频器及ＰＬＣ控制系统都采用三菱的，型号分别是ＦＲ—Ａ５４０及ＦＸ２Ｎ一６４ＭＲ（１）。

2、控制方案

（１）冷却水泵节能循环控制主电路接线图（图１）

图１冷却水泵节能循环控制主电路接线图

（２）控制功能

先确定冷却水泵变频器工作的最小工作频率（１５ＨＺ）及最大工作频率（４８ＨＺ），将其设定为下限频率和上限频率并锁定；变频冷却水泵的频率是取冷却水塔的出水温度信号进行调节，当冷却水出水温度高于设定值时，频率优先无极上调，当冷却水出水温度低于设定值时，频率无极下调；按温度变化来调节频率，出水温度越高，变频器的输出频率越高，出水温度越低，变频器的输出频率越低。

冷却水塔出水温度由温度传感器ＰＴｌ００３８５０ＲＰＭ／ｏＣ电压型温度传感器采集，将温度变化反映到相应的电阻变化，通过电阻的变化改变电压并送到变频器的输入２、５脚，达到实现温度控制的目的。

具体控制方案：

１）先合ＫＭｌ起动１号泵，单台变频运行；

２）当１号泵的工作频率上升到４８ＨＺ上限切换频率时，１号泵将切换到ＫＭ２工频运行，然后再合ＫＭ３将变频器与２号泵相接，并进行软启动，此时ｌ号泵工频运行，２号泵变频运行；

３）当２号泵的工作平频率下降到设定的下限切换频率１５ＨＺ时，则将ＫＭ２断开，ｌ号泵停机，此时由２号泵单台变频运行；

４）当２号泵的工作频率上升到４８ＨＺ上限切换频率时，２号泵将切换到ＫＭ４工频运行，然后再合ＫＭ５将变频器与３号泵相接，并进行软启动，此时２号泵工频运行，３号泵变频运行；

５）当３号泵的工作平频率下降到设定的下限切换频率１５ＨＺ时，则将ＫＭ４断开，２号泵停机，此时由３号泵单台变频运行；

６）当３号泵的工作频率上升到４８ＨＺ上限切换频率时，３号泵将切换到ＫＭ６工频运行，然后再合ＫＭｌ将变频器与１号泵相接，并进行软启动，此时３号泵工频运行，ｌ号泵变频运行；

７）当１号泵的工作频率下降到设定的下限切换频率１５ＨＺ时，则将ＫＭ６断开，３号泵停机，此时由１号泵单台变频运行；如此循环运行；

８）水泵投入工频运行时，电动机的过载由热继电器保护，并有报警信号指示；

９）每台泵的变频接触器和工频接触器外部电气互锁及机械联锁；

1０）变频与工频切换的过程：

首先ＭＲＳ接通（变频器输出停止）一延时０．２秒后断开变频接触器

一延时０．５秒后合工频接触器，一再延时０．５秒合下一台变频接触器一断开ＭＲＳ触点，实现从变频到工频的切换，

1１）变频与工频切换的条件：

由变频器的上限切换频率（ＦＵ）和下限切换频率（ｓｕ）控制。

（3）ＰＬＣ输入、输出分配表（见表１）

表1I/O端口分配表

（4）控制综合接线图：

（见图２）

图２冷却水泵节能循环运行控制综合接线图

（５）变频器参数设置

Ｐｒ．４２=４８ＨＺ（上限切换频率ＦＵ信号）；

Ｐｒ．５０=４８ＨＺ（下限切换频率ＦＵ2信号，标记为SU端子）；

Ｐｒ．１９１=５（标记为ＳＵ端子的功能为ＦＵ2信号）；

Ｐｒ．７６=２（报警代码选择）；

Ｐｒ．７９＝２（操作模式为外部操作须外接电位器）；

（６）软件设计［３］（见图３、４）

根据控制要求进觥编程，下面给出参考程序顺控图。

图3停止及热保护程序

程序补充说明：

在程序设计中为避免变频器在启动过程中ＳＵ信号动作，

使Ｔ１０、Ｔｌｌ、Ｔ１２的定时时间大于变频器加速时间。

图4冷却水泵节能循环运行控制程序

总结

本文介绍了可编程控制器、变频器在空调冷却水泵节能循环控制系统中的应用。

该系统利用了可编程控制器与变频器相结合组成的控制系统，满足了对冷却水泵节能循环控制的要求。

采用变频器、ＰＬＣ对中央空调冷却水泵的改造，使冷却水泵能随空调负荷的变化而自动变速运行，从而达到节能的目的，其节电效率可达４０％左右。

由于冷却水泵采用变频器软启动、软制动，大大降行噪音减小，温升降低、震动减少、负载运行顺滑平衡，电气故障比原来降低，电机的使用寿命也相应延长。

利用ＰＬＣ、变频器实现各种逻辑控制，变频器启动控制及手动／自动，工频／变频转换和故障自动切换等功能，使系统控制灵活方便，功能更加完善。

通过本次设计，我的知识领域得到了进一步扩展，专业技能得到进一步的提高，同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。

另外，也培养了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。

本系统虽然已经按设计要求完成，但仍然还存在一些不足的地方，请各位老师指正。

致谢词

通过本次技师论文设计，我体会了很多。

在此期间虽然遇到了很多困难，但是在我的指导老师的帮助下最终圆满完成了此次技师论文设计。

在本次设计的过程中，我的指导老师对我的设计认认真真的指导，对我不懂的问题一次有一次不厌其烦的解答和帮助。

指导老师在设计的初期就方案的设计思想进行指导，在查阅参考资料方面给我提供了很大的方便，在设计过程中出现的问题时及时给予我明确方向，使我在设计中避免了许多不必要的人力、物力上的浪费，使我将精力完全的投入到设计中去。

在关键的问题上，他总是带我一起探讨解决的方案，给我提出启发性的建议，鼓励我战胜困难，找到答案。

从而使我在这次的设计中得到锻炼，增强了我的自主学习和动手能力，为胜任今后的工作岗位奠定了良好的基础传统产业等广泛的应用。

参考文献

1.吴启红变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书2007

2.梁光武PLC和变频器在中央空调教学系统中的应用2009

（2）

3.贺哲荣.石帅军流行PLC实用程序及设计2006