CN109855237A - 一种空调的节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调控制设备技术领域，具体为一种空调的节能控制系统，包括ABB变频器、与ABB变频器连接的冷冻水机组控制装置、以及与冷冻机组控制装置连接的上位监控机；ABB变频器包括交流电抗器、整流器、逆变器、第一电源、检测模块、门极驱动器、控制面板、电机及应用控制模块、电机控制专用集成电路、控制I/O模块和选卡模块；本发明能够根据系统系集回来的数据做出判断，实时的调整系统的运行状态，以达到运行在最佳状态、节能降耗的目的；由于变频器的启动、停止过程是渐强、渐弱式，能消除电机启动对电网的冲击；并可避免电机因过载而引起的故障；由于电机经常处于低速、低负荷运行，电机温度明显下降，能大幅度延长电机及水泵的寿命。

Description

一种空调的节能控制系统

技术领域

本发明涉及空调控制设备技术领域，具体为一种空调的节能控制系统。

背景技术

目前国内民用、商用建筑使用的中央空调系统普遍存在高能耗的问题，空调年耗电量约占整个供电部门供电的40％左右，是众多能耗当中重要的一部分。我国目前中央空调水送能耗与重视节能设计、节能管理的欧美国家，特别是与日本相比，差距较大。

节能降耗应是每一个有责任心企业的必然选择。中国发电机装容量及全国每年发电量，均居世界第二位。在未来二三十年，中国将会投资大量资金发展电力市场。变频器作为节能降耗减排的利器之一，在电力节能降耗中的作用极为明显。因此，变频器也成为越来越多高能耗行业改造技术的首选。

因此，本申请提供一种空调的节能控制系统。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种能够根据系统系集回来的数据做出判断，实时的调整系统的运行状态，以达到运行在最佳状态、节能降耗目的的空调的节能控制系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种空调的节能控制系统，包括ABB变频器、与所述ABB变频器连接的冷冻水机组控制装置、以及与所述冷冻机组控制装置连接的上位监控机；所述ABB变频器包括交流电抗器、整流器、逆变器、第一电源、检测模块、门极驱动器、控制面板、电机及应用控制模块、电机控制专用集成电路、控制I/O模块和选卡模块；所述交流电抗器与整流器电性连接，所述整流器分别与第一电源、检测模块和逆变器电性连接，所述检测模块与电机及应用控制模块电性连接，所述电机及应用控制模块分别与控制面板、控制I/O模块和电机控制专用集成电路电性连接，所述电机控制专用集成电路通过门极驱动器与逆变器电性连接，所述选卡模块与电机及应用控制模块电性连接，所述第一电源连接有风扇。

进一步的，所述冷冻水机组控制装置包括微控制器、以及与所述微控制器连接的冷冻水机组，所述冷冻水机组包括冷冻水泵电机、主机蒸发器、第一温度变送器、第二温度变送器和第二电源，所述第二电源与ABB变频器电性连接，所述ABB变频器与冷冻水泵电机电性连接，所述冷冻水泵电机分别与第一温度变送器和主机蒸发器电性连接，所述主机蒸发器与第二温度变送器电性连接，所述第一温度变送器和第二温度变送器均与微控制器电性连接，所述微控制器分别与上位监控机和HMI电性连接。

进一步的，所述微控制器为LPC1768微控制器。

进一步的，所述上位监控机包括监控中心、与所述监控中心连接的数据采集模块，所述监控中心通过数据采集模块与冷冻水机组控制装置电性连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述的一种空调的节能控制系统，包括ABB变频器、与所述ABB变频器连接的冷冻水机组控制装置、以及与所述冷冻机组控制装置连接的上位监控机；所述ABB变频器包括交流电抗器、整流器、逆变器、第一电源、检测模块、门极驱动器、控制面板、电机及应用控制模块、电机控制专用集成电路、控制I/O模块和选卡模块；本发明能够根据系统系集回来的数据做出判断，实时的调整系统的运行状态，以达到运行在最佳状态、节能降耗的目的；同时，由于变频器的启动、停止过程是渐强、渐弱式，能消除电机启动对电网的冲击；并可避免电机因过载而引起的故障；由于电机经常处于低速、低负荷运行，电机温度明显下降，能大幅度延长电机及水泵的寿命；同时因没有启动、停止的冲击，加上流量的减少，管路承压及所受冲击减小，故对管道、阀门、末端设备也起到了一定的保护作用。另一方面，设备噪音、震动均减小，保护了环境。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中ABB变频器的原理结构示意图；

图3是本发明中ABB变频器与工频的切换线路图；

图4是本发明中上位监控机的架构示意图；

图5是本发明与用户的连接示意图。

图中：1ABB变频器、2上位监控机、3交流电抗器、4整流器、5逆变器、6第一电源、7检测模块、8门极驱动器、9控制面板、10电机及应用控制模块、11电机控制专用集成电路、12控制I/O模块、13选卡模块、14风扇、15微控制器、16冷冻水泵电机、17主机蒸发器、18第一温度变送器、19第二温度变送器、20第二电源、21HMI、22监控中心、23数据采集模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种空调的节能控制系统，包括ABB变频器1、与所述ABB变频器1连接的冷冻水机组控制装置、以及与所述冷冻机组控制装置连接的上位监控机2；所述ABB变频器1包括交流电抗器3、整流器4、逆变器5、第一电源6、检测模块7、门极驱动器8、控制面板9、电机及应用控制模块10、电机控制专用集成电路11、控制I/O模块12和选卡模块13；所述交流电抗器3与整流器4电性连接，所述整流器4分别与第一电源6、检测模块7和逆变器5电性连接，所述检测模块7与电机及应用控制模块10电性连接，所述电机及应用控制模块10分别与控制面板9、控制I/O模块12和电机控制专用集成电路11电性连接，所述电机控制专用集成电路11通过门极驱动器8与逆变器5电性连接，所述选卡模块13与电机及应用控制模块10电性连接，所述第一电源6连接有风扇14。

在本实施例中，电机及应用控制模块基于微处理软件控制。微处理根据检测信号参数设定值和来自控制I/O模块及控制面板的指令对电机进行控制。电机及应用控制模块向电机控制专用集成电路发出指令该电路计算出IGBT的开关位置，门极驱动器对这些信号进行放大用来驱动IGBT逆变桥。控制面板是连接用户与变频器的桥梁，通过面板来设置参考值，读取装态数据和给出控制指令。变频器还可以通过控制面板和电缆与微机相连。控制I/O模块与电源电压是隔离的，并通过1000K电阻与4.7NF电容接地，也可通过控制板上的跳线器使控制I/O模块不通过电阻接地。三相交流电抗器与直流中间环节电容器构成了LC滤波器，再加上二极管桥就产生了IGBT逆变桥所需的直流电压。交流电抗器的作用是抑制从电流到变频器或变频器内部产生对电源侧的高频扰动，它同时也可改善变频器的输入电流波形。IGBT桥产生作用于电机的对称三相交流PWM调制电压，从电源侧吸收的功率几乎都是有功功率。

以上可知，该ABB变频器具有以下特点：

1)抗干扰能力强，确保系统的正常稳定运行。为防止电磁干扰，它完全使用金属外壳，内置交流电抗器能显著减少由变频器产生的谐波电流。能适应环境恶劣的工业生产现场。

2)ABB变频器采用标准化和模块化设计，主板和扩展板都通过总线插槽连接，因而结构紧凑，便于维修维护。由于采用高集成度的元器件，使装置具有很高的可靠性。

3)操作简单，具有键盘锁定功能，防止误操作。具有很强的自诊断处理功能，能提供有关故障原因信息，使排除股障更加简单，维护方便。

4)可选用多种方式实现通讯功能。通讯总线的选择范围广，可采用USS、INTERBUS-S、MODBUS等多种方式与上位机通讯联网，不同宏功能的应用，可快速满足不同的控制要求，同时提供多种图形软件工具，如FCLOAD、FCDRIVE和FC1131-3等。因此，采用变频器控制系统，系统调试方便、维护和操作简单，具有较大的实际推广价值。

具体的，所述冷冻水机组控制装置包括微控制器15、以及与所述微控制器15连接的冷冻水机组，所述冷冻水机组包括冷冻水泵电机16、主机蒸发器17、第一温度变送器18、第二温度变送器19和第二电源20，所述第二电源20与ABB变频器1电性连接，所述ABB变频器1与冷冻水泵电机16电性连接，所述冷冻水泵电机16分别与第一温度变送器18和主机蒸发器17电性连接，所述主机蒸发器17与第二温度变送器19电性连接，所述第一温度变送器18和第二温度变送器19均与微控制器15电性连接，所述微控制器15分别与上位监控机2和HMI21电性连接。其中，所述微控制器15为LPC1768微控制器。

在本实施例中，在实际应用时，以四台泵为例，变频调速恒温差冷水供水系统主要由泵组、外围传感器和电气控制系统组成。该系统是一个温差反馈闭环控制系统，通过温度变送器将电气空制系统与泵联系起来，根据进出水口的温差控制投入运行的水泵台数，并自动调节变速调速泵的转速以保证进出水口一定的温差。正常运时，至少有一台泵处于变速运行，其余的泵或处于工频运行或处于停止状态。系统从停机状态转入自动运行时，首先通过变频器启动一台水泵，其转速由零逐渐增加，进出水口的温差逐渐降低、当变频器的输出频率达到50HZ以后，如果进出水口的温差仍未降到设定值，控制系统便将原来处于变速运行的水泵切换为工频运行，再变速启动下一台水泵，直至进出水口温差达到设定值要求。

在运行中，如果由于天气原因等，部分用户将空调关闭，引起进出水口的温差降到了设定值以下，变频器将自动降低输出频率，以保持出水口的温差，当变频输出频率很低时，而出水口的温差仍然低于设定值时，则控制系统自动退出一台连续工频运行时间最长的水泵，来使出水口的温差上升至设定值。

在空调系统中，冷冻水靠水泵循环输送，由于末端装置负荷变化，使空调系统部分时间处于部分负荷状态。为适应负荷变化，常规的方法是调节冷冻水阀门，但阀门调节方式浪费了大量的能量，未能达到经济运行的目的。如将变频调速装置用于冷冻水泵，在满足空调系统设计和制冷运行工况的前提下，根据负荷变化情况改变水泵电动机运行工况，可改变水泵工况点和水泵性能。

空调制冷系统运行时，是通过制冷主机蒸发器进、出口两端的水压差或温度差来监控设备运行工况的，因此压差和温度差数值直接反映了该冷冻水循环系统实际裕量的大小。在冷冻水流量一定的条件下，蒸发器两端压差越大，表示水泵转速可以适当降低；蒸发器两端温差越小，表明系统温度裕量越大，预示流速可以减低一些。一般来说，主机蒸发器进、出口两端冷冻水温差以5到7度为宜，有的甚至为10度。其压差以0.1到0.25MPA为宜，参照管道系统最末端装置(如风机盘管机组)的压差不少于0.08MPA。空调系统负荷下降时，通过电动机的调速装置降低泵的转速来减少冷冻水的流量，泵轴功率相应减少，电动机的输入电功率也随之减少，这就是水泵的调速节能过程。空调水系统采用小流量大温差运行虽然会增加主机能耗，但可以大幅度减少水泵的配置功率，从而总体上降低中央空调能耗，全年运行节能效果将十分显著。

具体的，所述上位监控机2包括监控中心22、与所述监控中心22连接的数据采集模块23，所述监控中心22通过数据采集模块23与冷冻水机组控制装置电性连接。在本实施例中，上位机在线监控系统，通过了角工作人员对监控系统的要求，采用MCGS来完成监控系统的设计。MCGS是一套基于WINDOWS平台的软件。用于快速构造生成上位机监控系统的组态软件系统，为用户提供了解实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出及企业监控网络等功能。

同时，监控系统可实时监控现场运行的各种参数，能对改造后的电机远程监控。当系统异常时，能及时的进行相关报警。系统能将读回的数据按工作人员的要求以一定的格式存储到计算机内，便于以后的数据查阅和打印。

综上所述，该空调的节能控制系统中的空调冷冻水泵采用变频调速调节水流量，其控制方式优于阀门控制方式，它不仅节能显著，还提高了空调质量与设备自动化水平。水泵电动机功率越大，运行时间越长，节能效果越显著。且该控制系统已运用于实际项目中，并正常运行。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求以及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种空调的节能控制系统，其特征在于：包括ABB变频器(1)、与所述ABB变频器(1)连接的冷冻水机组控制装置、以及与所述冷冻机组控制装置连接的上位监控机(2)；所述ABB变频器(1)包括交流电抗器(3)、整流器(4)、逆变器(5)、第一电源(6)、检测模块(7)、门极驱动器(8)、控制面板(9)、电机及应用控制模块(10)、电机控制专用集成电路(11)、控制I/O模块(12)和选卡模块(13)；所述交流电抗器(3)与整流器(4)电性连接，所述整流器(4)分别与第一电源(6)、检测模块(7)和逆变器(5)电性连接，所述检测模块(7)与电机及应用控制模块(10)电性连接，所述电机及应用控制模块(10)分别与控制面板(9)、控制I/O模块(12)和电机控制专用集成电路(11)电性连接，所述电机控制专用集成电路(11)通过门极驱动器(8)与逆变器(5)电性连接，所述选卡模块(13)与电机及应用控制模块(10)电性连接，所述第一电源(6)连接有风扇(14)。

2.根据权利要求1所述的一种空调的节能控制系统，其特征在于：所述冷冻水机组控制装置包括微控制器(15)、以及与所述微控制器(15)连接的冷冻水机组，所述冷冻水机组包括冷冻水泵电机(16)、主机蒸发器(17)、第一温度变送器(18)、第二温度变送器(19)和第二电源(20)，所述第二电源(20)与ABB变频器(1)电性连接，所述ABB变频器(1)与冷冻水泵电机(16)电性连接，所述冷冻水泵电机(16)分别与第一温度变送器(18)和主机蒸发器(17)电性连接，所述主机蒸发器(17)与第二温度变送器(19)电性连接，所述第一温度变送器(18)和第二温度变送器(19)均与微控制器(15)电性连接，所述微控制器(15)分别与上位监控机(2)和HMI(21)电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种空调的节能控制系统，其特征在于：所述微控制器(15)为LPC1768微控制器。

4.根据权利要求2所述的一种空调的节能控制系统，其特征在于：所述上位监控机(2)包括监控中心(22)、与所述监控中心(22)连接的数据采集模块(23)，所述监控中心(22)通过数据采集模块(23)与冷冻水机组控制装置电性连接。