CN203628934U - 基于plc的中央空调节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于PLC的中央空调节能控制系统，包括蒸发器、冷凝器、冷却塔、冷冻水泵组、冷却水泵组、两个冷冻水变频器、两个冷却水变频器、PLC控制器、数模转换模块、冷冻回水温度传感器、冷冻出水温度传感器、冷却回水温度传感器、冷却出水温度传感器、温度接口模块和磁水器；所述冷冻回水温度传感器、冷冻出水温度传感器、冷却回水温度传感器和冷却出水温度传感器均通过温度接口模块与PLC控制器相连，所述PLC控制器通过数模转换模块与两个冷冻水变频器和两个冷却水变频器相连。本实用新型能够根据负载轻重自动调整水泵的运行频率，减少冷凝器、冷却塔结垢，节约电能消耗。

Description

基于PLC的中央空调节能控制系统

技术领域

 本实用新型属于空调领域，具体涉及一种基于PLC的中央空调节能控制系统。 

背景技术

我国是一个人均能源相对贫乏的国家，人均能源占有量不足世界水平的一半，随着我国经济的快速发展，我国已成为世界第二耗能大国，但能源使用效率普通偏低， 造成电能浪费现象十分严重。尽管我国电网总装机容量和发电量快速扩容，但仍赶不上用电量增加的速度，供电形势严峻， 节能节电已迫在眉睫。

中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统设计时必须按天气最热、负荷最大时设计，且留有10%-20%左右的设计余量。而实际上在一年中，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在100%负载下运行。据统计，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%—24%，而在冷冻主机低负荷运行时，冷却水、冷冻水循环用电就达30%—40%。因此，冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行，造成了能量的极大浪费。而且冷冻、冷却水泵采用的均是Y—△起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3—4倍，在如此大的电流冲击下，接触器的使用寿命大大下降；同时，启动时的机械冲击和停泵时的水锤现象，容易对机械器件、轴承、阀门和管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备件费用。

另外，由于冷冻泵轴输送的冷量不能跟随系统实际负荷的变化，其热力工况的平衡只能由人工调整冷冻主机出水温度，以及大流量小温差来掩盖。这样，不仅浪费能量，也恶化了系统的运行环境、运行质量。特别是在环境温度偏低、某些末端设备温控稍有失灵或灵敏度不高时，将会导致大面积空调室温偏冷，感觉不适，严重干扰中央空调系统的运行质量。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种基于PLC的中央空调节能控制系统；该基于PLC的中央空调节能控制系统能够根据负载轻重自动调整水泵的运行频率，减少冷凝器、冷却塔结垢，节约电能消耗。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于，包括蒸发器、冷凝器、冷却塔、冷冻水泵组、冷却水泵组、两个冷冻水变频器、两个冷却水变频器、PLC控制器、数模转换模块、冷冻回水温度传感器、冷冻出水温度传感器、冷却回水温度传感器、冷却出水温度传感器、温度接口模块和磁水器；

所述冷冻水泵组包括第一主用冷冻水泵、第二主用冷冻水泵和备用冷冻水泵，所述两个冷冻水变频器分别通过转换开关与第一主用冷冻水泵、第二主用冷冻水泵和备用冷冻水泵中的任意两个相连；

所述冷却水泵组包括第一主用冷却水泵、第二主用冷却水泵和备用冷却水泵；所述两个冷却水变频器分别通过转换开关与第一主用冷却水泵、第二主用冷却水泵和备用冷却水泵中的任意两个相连；

所述冷冻回水温度传感器安装在蒸发器的回水端，所述冷冻出水温度传感器安装在蒸发器的出水端；所述冷却回水温度传感器安装在冷凝器的回水端，所述冷却出水温度传感器安装在冷凝器的出水端；所述磁水器安装在冷却塔的入口；

所述冷冻回水温度传感器、冷冻出水温度传感器、冷却回水温度传感器和冷却出水温度传感器均通过温度接口模块与PLC控制器相连，所述PLC控制器通过数模转换模块与两个冷冻水变频器和两个冷却水变频器相连。

本实用新型所述的基于PLC的中央空调节能控制系统中的PLC控制器通过温度接口模块及多个温度传感器将蒸发器和冷凝器的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据蒸发器和冷凝器的回水与出水的温差值来控制变频器的转速，调节出水的流量，控制热交换的速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻水泵的转速，加快冷冻水的循环速度和流量，加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻水泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能；

同时本实用新型中磁水器的设置，可以将冷却水中的钙、镁和其他盐类在常温下以正负离子状态溶解于水中，当冷却水以一定的速度流经磁水器的磁场时，溶解的钙、镁等离子获得感应电能，使其电荷状态发生变化，不易形成粘结力强的坚硬水垢，可有效防止新水垢的生成，而且还能清除原有的水垢，进一步的节约电能。

进一步的，所述两个冷冻水变频器和两个冷却水变频器均为三菱FR-F540-37K-CH变频器；PLC控制器为FX2N-64MR三菱PLC。

如此设置，可以使设备既具有良好的运行稳定性，又具有较高的性价比，同时又能与各水泵相匹配。

进一步的，所述冷冻回水温度传感器、冷冻出水温度传感器、冷却回水温度传感器和冷却出水温度传感器均采用PT-100 3850RPM/℃电压型温度传感器，所述温度接口模块采用具有4路模拟信号输入通道的FX2N-4AD-PT温度模块。

如此设置，使得温度检测的精确度更高，控制更加精确。

进一步的，所述蒸发器的出水端和冷凝器的出水端均设置有一排污阀。

如此设置，便于中央空调系统在出现故障时，以及维修或保养时能够方便的进行排污。

进一步的，所述冷却塔上设置有补水管，所述补水管上安装有一用于测量水流量的水表。

如此设置，便于方便及时的向冷却塔内补水，保证冷却水循环系统的正常运行。

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述。

附图说明

图1为中央空调系统结构图；

图2为基于PLC的中央空调节能控制系统的结构框图；

图3为PLC控制器与各变频器的接线图。

具体实施方式

如图1-3所示，一种基于PLC的中央空调节能控制系统，包括蒸发器1、冷凝器2、冷却塔3、冷冻水泵组4、冷却水泵组5、两个冷冻水变频器、两个冷却水变频器、PLC控制器、数模转换模块、冷冻回水温度传感器、冷冻出水温度传感器、冷却回水温度传感器、冷却出水温度传感器、温度接口模块和磁水器6；

所述冷冻水泵组4包括第一主用冷冻水泵、第二主用冷冻水泵和备用冷冻水泵，所述两个冷冻水变频器分别通过转换开关与第一主用冷冻水泵、第二主用冷冻水泵和备用冷冻水泵中的任意两个相连；

所述冷却水泵组5包括第一主用冷却水泵、第二主用冷却水泵和备用冷却水泵；所述两个冷却水变频器分别通过转换开关与第一主用冷却水泵、第二主用冷却水泵和备用冷却水泵中的任意两个相连；

所述冷冻回水温度传感器安装在蒸发器1的回水端，所述冷冻出水温度传感器安装在蒸发器1的出水端；所述冷却回水温度传感器安装在冷凝器2的回水端，所述冷却出水温度传感器安装在冷凝器2的出水端；所述磁水器6安装在冷却塔3的入口；

所述冷冻回水温度传感器、冷冻出水温度传感器、冷却回水温度传感器和冷却出水温度传感器均通过温度接口模块与PLC控制器相连，所述PLC控制器通过数模转换模块与两个冷冻水变频器和两个冷却水变频器相连。

本实用新型所述的基于PLC的中央空调节能控制系统根据具体情况，同时考虑到成本控制，尽可能的利用了原有的电器设备；冷冻水泵及冷却水泵均采用两用一备的方式运行，冷冻水泵和冷却水泵的主备切换控制利用原有电器设备，通过接触器、启停按钮、转换开关进行电气和机械互锁，确保每台水泵只能由一台变频器拖动，避免两台变频器同时拖动同一台水泵造成交流短路事故；并且每台变频器任何时间只能拖动一台水泵，以免一台变频器同时拖动两台水泵而过载。

PLC控制器通过温度接口模块及多个温度传感器将蒸发器1和冷凝器2的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据蒸发器1和冷凝器2的回水与出水的温差值来控制变频器的转速，调节出水的流量，控制热交换的速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻水泵的转速，加快冷冻水的循环速度和流量，加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻水泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能；

由于蒸发器1和冷凝器2运行时，其冷凝器2的热交换量是由冷却水带到冷却塔3散热降温，再由冷却水泵送到冷凝器2进行不断循环的。冷却水进水出水温差大，说明蒸发器1和冷凝器2负荷大，需冷却水带走的热量大，应提高冷却水泵的转速，加大冷却水的循环量；温差小，则说明，蒸发器1和冷凝器2负荷小，需带走的热量小，可降低冷却水泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。

同时本实用新型中磁水器6的设置，可以将冷却水中的钙、镁和其他盐类在常温下以正负离子状态溶解于水中，当冷却水以一定的速度流经磁水器的磁场时，溶解的钙、镁等离子获得感应电能，使其电荷状态发生变化，不易形成粘结力强的坚硬水垢，可有效防止新水垢的生成，而且还能清除原有的水垢。

考虑到设备的运行稳定性及性价比，以及水泵电机的匹配，本实用新型选用三菱FR-F540-37K-CH变频器；PLC控制器所需I/O点数为：输入24点、输出14点，考虑到输入输出需留一定的备用量，以及系统的可靠性和价格因素，选用FX2N-64MR三菱PLC；温度接口模块选用FX2N-4AD-PT，该模块是温度传感器专用的模拟量输入A/D转换模块，有4路模拟信号输入通道（CH1、CH2、CH3、CH4），接收冷冻水泵和冷却水泵进出水温度传感器输出的模拟量信号；每个温度传感器均选用PT-100 3850RPM/℃电压型温度传感器，其额定温度输入范围-100℃—600℃，电压输出0—10V，对应的模拟数字输出-1000—6000；数模转换模块型号为FX2N-4DA，是4通道D/A转换模块，每个通道可单独设置电压或电流输出，是一种具有高精确度的输出模块。

为了便于中央空调系统在出现故障时，以及维修或保养时能够方便的进行排污，所述蒸发器的出水端和冷凝器的出水端均设置有一排污阀。

为了便于方便及时的向冷却塔内补水，保证冷却水循环系统的正常运行，所述冷却塔上设置有补水管，所述补水管上安装有一用于测量水流量的水表。

本实用新型所述的基于PLC的中央空调节能控制系统，平均节能率在30.85%，经济效益十分显著。

本实用新型不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本实用新型公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本实用新型，因此，凡是采用本实用新型的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本实用新型保护的范围。

Claims (5)

1.一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于，包括蒸发器、冷凝器、冷却塔、冷冻水泵组、冷却水泵组、两个冷冻水变频器、两个冷却水变频器、PLC控制器、数模转换模块、冷冻回水温度传感器、冷冻出水温度传感器、冷却回水温度传感器、冷却出水温度传感器、温度接口模块和磁水器；

所述冷冻水泵组包括第一主用冷冻水泵、第二主用冷冻水泵和备用冷冻水泵，所述两个冷冻水变频器分别通过转换开关与第一主用冷冻水泵、第二主用冷冻水泵和备用冷冻水泵中的任意两个相连；

所述冷却水泵组包括第一主用冷却水泵、第二主用冷却水泵和备用冷却水泵；所述两个冷却水变频器分别通过转换开关与第一主用冷却水泵、第二主用冷却水泵和备用冷却水泵中的任意两个相连；

所述冷冻回水温度传感器安装在蒸发器的回水端，所述冷冻出水温度传感器安装在蒸发器的出水端；所述冷却回水温度传感器安装在冷凝器的回水端，所述冷却出水温度传感器安装在冷凝器的出水端；所述磁水器安装在冷却塔的入口；

所述冷冻回水温度传感器、冷冻出水温度传感器、冷却回水温度传感器和冷却出水温度传感器均通过温度接口模块与PLC控制器相连，所述PLC控制器通过数模转换模块与两个冷冻水变频器和两个冷却水变频器相连。

2.根据权利要求1所述的基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于，所述两个冷冻水变频器和两个冷却水变频器均为三菱FR-F540-37K-CH变频器；PLC控制器为FX2N-64MR三菱PLC。

3.根据权利要求1所述的基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于，所述冷冻回水温度传感器、冷冻出水温度传感器、冷却回水温度传感器和冷却出水温度传感器均采用PT-100 3850RPM/℃电压型温度传感器，所述温度接口模块采用具有4路模拟信号输入通道的FX2N-4AD-PT温度模块。

4.根据权利要求1所述的基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于，所述蒸发器的出水端和冷凝器的出水端均设置有一排污阀。

5.根据权利要求1所述的基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于，所述冷却塔上设置有补水管，所述补水管上安装有一用于测量水流量的水表。

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