摘要：空调是一种可以根据需求来调节温度的设备，现如今空调已经成为大多数家庭必备的家用电器，空调的出现显著地提高了人们的生活质量。近几年，我国各种大型的公共建筑逐渐增多，比如一些商城和综合性的大楼，其特点就是建筑开放性和建筑面积大。所以普通的家用空调难以满足调温需求，人们又研发出了中央空调，用于大型建筑调温，由于其控制面积大，所以耗能相对较多。本文针对上述问题，研究了PLC和变频器在中央空调节能方面的应用。
关键词：PLC变频器；中央空调；节能改造
引言
中央空调相对于家用空调来说，调温面积大，调温效果好，但同时也比普通的家用空调更加耗能。现如今PLC控制技术日趋成熟，人们也将其应用于不同领域，其中就包括利用PLC和变频器对中央空调进行节能改造，经改造之后的中央空调，原本的调温性能不变甚至有所提升，但是大大降低了能源消耗，节约了用户的使用成本，同时也降低了管理人员的工作量与工作强度。综合各方面分析，经过PLC技术改进过的中央空调，利大于弊。
1中央空调的结构和工作原理
中央空调是一个大型的调温设备，其主要结构包括：制冷主机、冷冻水循环系统、冷却水循环系统和风机盘管系统。以下分别介绍了各部分的工作原理。
制冷主机：制冷主机的作用就是将各个房间的循环水在制冷机组进行内部热交换，降低循环水温度后，再通过冷冻水循环系统与各个房间进行外部热交换，从而降低房间的温度。内外部热交换产生的热量通过冷却水系统和冷却塔排放到室外，因此制冷机组也称为“制冷源”。
冷冻水循环系统：该系统由冷冻管道和冷冻泵构成。制冷机组中流出的冷冻水通过冷冻泵送入冷冻管道，然后在各个房间内进行热交换，吸收房间的热量，从而使室内温度降低。
冷却水循环系统：该系统由冷却塔、冷却管道、冷却泵组成。制冷机组进行外部热交换之后，冷冻水温度升高。冷冻水与冷却水进行内部热交换，将吸收的热量传递给冷却系统。冷却泵将升温后的冷却水送入冷却水塔，使之在冷却塔中与外界进行热交换，降温后的冷却水再次进入制冷机组，如此反复循环。
风机盘管系统：该系统的主要作用就是将冷却后的冷空气吹入房间。
2PLC和变频器在中央空调节能改造中的应用
中央空调多用于商城，高档酒店和一些其他公共场所，本文以某综合性商场为例，该商场的地下楼层为餐饮场所，地上为商品区和娱乐区，整体楼层为7层。该商场的中央空调系统由三台冷冻水机组和三台冷冻水泵组成，采用两备一用模式。其中电机的额定功率为85千瓦，采用自耦式变压调节，冷却水泵和冷冻水泵全年保持运行且电机以恒速运行状态，进出水的温度差在2℃左右，通过继电接触器实现全面控制。该系统在设计之初的预想是天气最热且室内热负荷最高，所以在运行过程中会浪费大量能源。因此应根据商场大楼的实际需求，对该中央空调系统进行节能改造，经过反复的研究与分析，工作人员选用了闭环自动控制法调节温差，进而实现节能改造。改造方法就是在冷冻水泵与冷却水泵上加入PLC控制和变频器，形成闭环模块，这样一来温控系统便可根据室温的变化情况，自行调整水泵运行频率，进而达到节能的效果。在具体设计中，工作人员充分考虑了中央空调系统中冷却水和冷冻水在循环过程中的耗能情况，加入PLC控制器可有效节约能源。下图一是中央空调经过PLC和变频器改造后的结构简图。
3PLC与变频器对中央空调的节能改进措施
3.1硬件改进方案
在空调的冷却泵和冷冻泵中加入PLC和变频控制器，连接触摸显示屏，使其成为具备控制功能的硬件设备，具体的硬件改进方案为：在冷却系统和冷冻系统中加入温度传感器，实时监控水温。冷冻泵和冷却泵都接入了变频控制器，并通过PLC系统控制工频接触器，并在两者之间设置电气连锁保护，以此保证改造后系统的稳定性。传感器将水温信息转化为电信号传输到PLC中，PLC经过对水温信息进行分析和处理，最后将处理后的数据传输到变频器中，变频器再根据水温数据对冷却泵或冷冻泵进行功率调频，控制水泵的运行速率，最终达到节能目的。PLC控制器与触摸屏搭配控制是今后PLC技术的发展趋势，PLC控制器与触摸屏搭配控制可减少机械按钮等输入部件的使用数量，降低设备的制造成本。触摸屏不但可以显示参数，还可以修改设定参数，使整体界面变得图像化，更加方便人工操作。水温、压力、频率等参数也能实时显示出来，人工就可以判断系统的运行状况。
3.2程序系统的改造
第一，D/A转换程序，在PLC控制系统中，数模转换中的数字量主要存储在寄存器之中，并在数字转化模块的作用下实现数字量信号向控制指令的转换，变频器接收转换后的控制指令，进而通过调节水泵转速实现对中央空调系统的控制。
第二、自动调速程序。由于短期内温度在水中的变化不是特别明显，同时也为了控制系统的精准性考虑，可将水温传感器传递信号的频率适当降低。每一个空调的冷却和冷冻系统都存在一个温度差，如果温度差超过额定值，PLC就会控制变频器提升水泵的运行频率；当温度差回到额定值之后，变频器便不再对水泵进行调节；同样，如果温度差低于额定值，则变频器会调节水泵降低运行频率。PLC和变频器在整个系统中充当着监视、控制和调节的角色，要时刻保证空调温度符合实际需求，从而达到最大化的节能效果。
3.3控制系统的输入输出分配情况
根据实际的温度情况对空调进行节能改造时，PLC也要选择经济适用型的设备，要求具备CPU模块一个，数字量输出模块2个，模拟量输出模块2个和脉冲输入模块3个。针对冷却泵和冷冻泵的不同使用功率，选用不同性能的PLC和变频控制器，其中冷却泵中配置的PLC应考虑多个参数为其设计输出和输入线路，其中以变频器的输出参数为主。将PLC和变频器合理的分配到空调的制冷循环系统中，能在一定程度上节省使用成本。
结语
我国是一个能源消耗大国，近几年能源匮乏问题也逐渐显现出来。随着人们生活水平的提高，大型建筑中中央空调也逐渐普及，一些公共场所中使用的中央空调如果没有进行节能改造，不但浪费国家能源，更是增加了用户的使用成本。对中央空调进行节能改造后不但能能有效的降低能耗，而且通过PLC和变频器控制空调水泵的运行速率，也能有效降低工作磨耗，延长中央空调系统的使用寿命。虽然对中央空调进行节能改造的投入成本比较大，但是综合其他因素考虑，对中央空调进行节能改造还是有必要的。
参考文献
[1]李婧.PLC和变频器在中央空调节能改造中的应用[J].电子技术与软件工程,2017,(02):132.
[2]林大权.PLC在中央空调控制系统改造中的应用[J].装备制造技术,2017,(06):197-198+213.
[3]陈武.PLC与变频器在中央空调系统节能系统的应用[J].科技风,2017,(12):285-286.
论文作者:王迎伟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第27期
论文发表时间:2017/12/28
标签：中央空调论文; 变频器论文; 节能论文; 系统论文; 水泵论文; 冷却水论文; 热交换论文; 《基层建设》2017年第27期论文;