CN204757285U - 一种基于plc的中央空调节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：包括PLC控制器和与PLC控制器连接的模拟量输入模块、模拟量输出模块，模拟量输入模块和温度变送器连接，模拟量输出模块与多个驱动柜连接，多个驱动柜与变频器连接，变频器与多个冷冻泵连接，多个冷冻泵为多个主用冷冻泵及其对应的备用冷冻泵，PLC控制器还与人机界面模块连接。本实用新型设计一种变流量中央空调系统，可根据实际负荷的大小改变冷冻水流量，水泵也可以根据系统实际所需流量自动调节其转速或运行台数，实现按照中央空调主机所要求的最佳运行参数去控制中央空调系统的运行，使主机始终保持较高的热转换效率，达到节约水泵能耗的目的。

Description

一种基于PLC的中央空调节能控制系统

技术领域

本实用新型涉及中央空调节能技术领域，尤其是涉及一种基于PLC的中央空调节能控制系统。

背景技术

中央空调系统包括空调主机，风机盘管系统、水系统及相应的控制系统。空调主机由压缩机、蒸发器和冷凝器组成，风机盘管系统为房间内的末端，水系统出冷冻水循环系统、冷却水循环系统组成。中央空调系统的冷冻水和冷却水循环系统是能量的主要传递者，对冷冻水和冷却水循环系统的控制是中央空调控制系统的重要组成部分。

目前国内的中央空调系统，基本上都采用传统的定流量控制方式。也就是说，只要启动空调主机，冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机都在50Hz工频状态下运行。定流量控制方式的特征是系统的循环水量保持恒定，当负荷发生变化时，通过改变供水或回水温度来满足要求。定流量供水方式最主要的优点是系统简单，不需要复杂的自控设备。但这种控制方式存在以下问题：

(1)中央空调系统是一个多参量、非线性、时变性的复杂系统，由于末端负荷的频繁波动，必然造成系统的运行参量偏离空调主机的最佳工作状态，导致主机热转换效率大大降低，系统长期在低效率状态下运行，也会增加系统的能源消耗。

(2)无论末端负荷大小如何变化，空调系统均在设计的额定状态下运行，系统能耗始终处于设计的最大值。而由于受多种因素不断变化的影响，如：季节交替、气候昼夜变化、使用频率、人流量增减等。空调负荷的这种不恒定性，决定了系统对空调冷量的需求也是一个随机变化的量。若不进行系统优化，定会造成能源浪费。

(3)在工频状态下启停大功率水泵和风机，冲击电流大，不利于电网的安全运行，且水泵、风机等机电设备长期在工额额定状念下高速运行，机械磨损严重，导致使用寿命缩短和设备故障大幅度增加。

因此，亟待对目前的中央空调控制系统进行设计改进，更好实现节能的目的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于PLC的中央空调节能控制系统，本实用新型设计一种变流量中央空调系统，可根据实际负荷的大小改变冷冻水流量，水泵也可以根据系统实际所需流量自动调节其转速或运行台数，实现节约水泵能耗的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：包括PLC控制器和与PLC控制器连接的模拟量输入模块、模拟量输出模块，所述模拟量输入模块和温度变送器连接，所述模拟量输出模块与多个驱动柜连接，所述多个驱动柜与变频器连接，所述变频器与多个冷冻泵连接，所述多个冷冻泵为多个主用冷冻泵及其对应的备用冷冻泵，所述PLC控制器还与人机界面模块连接。

上述的一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：所述变频器分别通过电机连接多个冷冻泵。

上述的一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：所述变频器采用MM440型变频器。

上述的一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：所述PLC控制器采用西门子S7-200型可编程控制器。

上述的一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：所述模拟量输入模块、模拟量输出模块型号分别为EM231、EM232。

上述的一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：所述温度变送器为PT100铂热电阻型温度传感器。

上述的一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：所述人机界面模块为TD200型文本显示设备。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

本实用新型设计一种变流量中央空调系统，可根据实际负荷的大小改变冷冻水流量，水泵也可以根据系统实际所需流量自动调节其转速或运行台数，实现按照中央空调主机所要求的最佳运行参数去控制中央空调系统的运行，根据系统的运行工况及制冷剂工质参数的变化，通过PID控制调节，确保空调主机始终处于优化的最佳工作点上，使主机始终保持较高的热转换效率，达到节约水泵能耗的目的。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的中央空调冷冻水循环控制系统主回路连接示意图;

图2为本实用新型的冷冻水变流量控制系统控制流程图；

图3为本实用新型的温度变送器接线示意图；

图4为本实用新型的中央空调控制系统电路图；

图5为本实用新型的中央空调控制系统主要设备的端口连接图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：包括PLC控制器和与PLC控制器连接的模拟量输入模块、模拟量输出模块，所述模拟量输入模块和温度变送器连接，所述模拟量输出模块与多个驱动柜连接，所述多个驱动柜与变频器连接，所述变频器与多个冷冻泵连接，所述多个冷冻泵为多个主用冷冻泵及其对应的备用冷冻泵，所述PLC控制器还与人机界面模块连接。

本实施例中，所述变频器分别通过电机连接多个冷冻泵。

本实施例中，所述变频器采用MM440型变频器。MM440型变频器是全新一代用于控制三相交流电动机速度和转矩的多功能标准变频器。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。采用脉冲频率可选的专用脉宽调制技术，可使电动机低噪声运行。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护创新的BiCo(内部功能互联)功能有无可比拟的灵活性。其具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的可变速控制系统供电的理想变频传动装置。由于MM440型变频器具有全面而完善的控制功能，在设置相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。既可用于单独传动系统，也可集成到自动化系统中。

本实施例中，所述PLC控制器采用西门子S7-200型可编程控制器。S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列出色表现在以下几个方面：1)极高的可靠性；2)极丰富的指令集；3)易于掌握；4)便捷的操作；5)丰富的内置集成功能；6)实时特性；7)强劲的通讯能力；8)丰富的扩展模块。

本实施例中，所述模拟量输入模块、模拟量输出模块型号分别为EM231、EM232。

EM231技术指标如下：1.具有4个模拟量输入通道。2.电压输入范围：单极性0-10V、0-5V；双极性±5V，±2.5V。3.电流输入范围：0-20mA。4.每个通道占用存储器AI区域2个字节。该模块模拟量的输入值为只读数据。5.输入信号经模数转换后的数字量数据值是12位二进制数。最高有效位是符号位：0表示正值数据，1表示负值数据。6.模拟量输入数据字格式有单极性数据格式和双极性数据格式。前者的全量程范围设置为0-32000.后者为-32000-32000。

EM232技术指标如下：1.提供2路模拟量输出。2.输出信号的范围：电压输出为±10V，电流输出为0-20mA。3.每个输出通道占用存储器AQ区域2个字节，用户程序无法读取模拟量输出值。4.PLC运算处理后的数字量信号(BIN数)为12位，最高有效位是符号位：0表示正值，1表示负值。5.电流输出数据格式为0-32000。6.电压输出的数据格式为-32000-32000。

如图3所示，本实施例中，所述温度变送器为PT100铂热电阻型温度传感器。其设计原理：PT100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。PT100的阻值与温度变化关系为：当PT100温度为0℃时它的阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。本实施例中，铂电阻温度变送器直接安装于PT100铂电阻接线盒内(与不同结构形式的铂电阻构成热电阻一体化温度变送器)将热电阻PT100的电阻信号转化为二线制4-20mA输出。

本实施例中，所述人机界面模块为TD200型文本显示设备。TD200设备的组态需要完成以下操作：1)STEP7-Micro/WIN的文本显示向导,创作操作员界面和报警和组态TD设备的参数块；2)TD参数中，选择TD设备的类型、启用CPU功能、选择更新速率、选择语言和字符集和组态按键；3)屏幕设置中，创建用户菜单，定义屏幕；4)报警设置中，选择显示选项，定义报警信息；5)语言集设置中，选择提示和菜单的语言，选择字符集；6)翻译报警和屏幕，把翻译后的信息反馈回报警和屏幕；7)参数块地址设置中，定义参数块的地址，即V存储区。

如图2所示，为实用新型的冷冻水变流量控制系统控制图。

中央空调循环水变流量控制系统，是将整个中央空调系统从节能、高效、环保、健康、安全、管理等方面进行全面综合考虑，把科学的节能理念和方法与成熟的控制理论技术、网络通讯技术、检测技术、变频技术及其产品进行融合，形成了一个完整的节能与管理体系。

1、变频调速的原理

变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：(1-1)

式中：

——为同步转速，单位为r/min；

——为电源频率，单位为Hz；

——为磁极对数。

异步电动机的转速总是小于其同步转速，异步电机的实际转速可由下式给出：(1-2)

式中：

n——电动机实际转速；

s——异步电动机的转差率。

由式(1.2)可知，改变参数，s中的任意一个就可以改变电动机的转速，即对异步电动机进行调速控制。因此，可以通过改变该电源的频率来实现对异步电动机的调速控制。从某种意义上说，变频器就是一个可以任意改变频率的交流电源。

在中央空调水系统中，最主要的运行设备是水泵。水泵调速运行节电的理论之一是水泵学比例律。幽水泵学比例律可知，对于同一台水泵，当以不同转速运行时，水泵的流量Q，扬程H，轴功率P与转速n有如下关系

(1-3)

由公式(1-3)知，流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。由此可见，当降低转速时，功率的减少量远比流量的减少量大得多。因此，控制水泵的转速可以有效地控制水泵的消耗功率，这就是中央空调系统高效节能的基础。

如图4、5所示，系统PLC选用西门子S7-200，CPU型号为226。该PLC上集成了通讯接口可供RS-485线缆通讯，并设置了TD200文本显示器，用来显示系统工作状态和报警信息等。变频器MM440可通过串口与PLC通讯。通过变频器的控制来决定冷冻泵的工作频率和工作台数。该控制系统分手动和自动模式，手动模式下通过开关的闭合控制电机的运转，自动模式下通过PLC及变频器控制，启动时1#冷冻泵变频启动，当温度条件不满足需要增加工频泵数量时，工频触点吸合1#冷冻泵转为工频运行，2#冷冻泵待机等待启动脉冲信号，当温度条件满足不需要多台冷冻泵工频运行时，工频触点断开减少工频工作台数，变频触点吸合转为变频运行，以此类推，实现节能的目的。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：包括PLC控制器和与PLC控制器连接的模拟量输入模块、模拟量输出模块，所述模拟量输入模块和温度变送器连接，所述模拟量输出模块与多个驱动柜连接，所述多个驱动柜与变频器连接，所述变频器与多个冷冻泵连接，所述多个冷冻泵为多个主用冷冻泵及其对应的备用冷冻泵，所述PLC控制器还与人机界面模块连接。

2.按照权利要求1所述的一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：所述变频器分别通过电机连接多个冷冻泵。

3.按照权利要求1所述的一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：所述变频器采用MM440型变频器。

4.按照权利要求1所述的一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：所述PLC控制器采用西门子S7-200型可编程控制器。

5.按照权利要求1所述的一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：所述模拟量输入模块、模拟量输出模块型号分别为EM231、EM232。

6.按照权利要求1所述的一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：所述温度变送器为PT100铂热电阻型温度传感器。

7.按照权利要求1所述的一种基于PLC的中央空调节能控制系统，其特征在于：所述人机界面模块为TD200型文本显示设备。