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1、 毕 业 设 计级工业电气自动化专业题目：中央空调三台冷却泵电动机变频节能学 生： 学 号： 指导老师： 目 录摘要.3关键词.4前言.4第1章.研究的课题1.1中央空调运行控制方法分析.51.2中央空调调速节能原理.6第2章.总体方案设计2.1总体方案确定.112.2控制方案.11 第3章.输入输出及接线3.1I/O分配.123.2PLC接线图.123.3PLC编程图.13第四章.相关技术的发展状况4.1变频空调.164.2燃气空调.164.3太阳能空调.16总结致谢词参考文献 摘要 本课题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
2、，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
3、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
4、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。关键词；PLC自动控制系统；自动控制；变频器节能前 言在现代工厂企业、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
5、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。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
6、。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。第1章 研究的课题与研究课题的意义1.1中央空调运行控制方法分析中央空调系统设计首先是根据室外气象参数和室内空调设计参数计算冷负荷，按分区结构特点，根据产品样本选择相应的设备，组合成一个系统。但空调系统绝大部分时间是在不满负荷的情况下工作。在不满负荷工作的控制方式不合理，系统能效比会大大降低。现在空调系统在运行调节方式上，风水系统主要是阀门（手动、自动阀门调节），主机利用卸荷方式，而这些方式是牺牲了阻力能耗来适应末端负荷要求，造成运行成本居高不下。若采用变频控制
7、，能量的传递和运输环节控制为变水量（VWV）和变风量（VAV），使传递和运输耦合并达到最佳温差置换，其动力仅为其它控制系统的3060%，而且节能是双效的，因为对制冷主机的需求能耗同时下降。主机采用变频节能控制，保持设计工况下的制冷剂运动的物理量（如温差、压力等）变化，节能较其它调荷方式明显，如约克（YORK）的YT型离心式冷水机组，配置变频机组在部分负荷下能效比可降至0.2kw/冷吨，可见变频控制方式在空调系统中应用前景十分广阔。过去由于价格的原因，在中央空调系统中应用变频技术推广较难。在变频技术、计算机自动化控制技术非常成熟的今天，用此技术与暖通空调专业技术相结合，它并不是一门高价的技术，在
8、小功率空调中其经济性都可承受，在中央空调系统中更不应该成问题：（1）中央空调运行时间更长，节能问题更突出；（2）变频控制在整个系统中所占的造价比例不高；（3）变频控制器的容量越大，每千瓦功率单价越低。中央空调系统采用变频器是可行的，其投资回收一般在612个月，以变频控制器使用寿命10年计，其净收益在10倍投资额以上。1.2中央空调调速节能原理制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中，由风机吹送冷风达到降温的目的。经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量，与冷却循环水进行热交换，由冷却水泵将带来热量的冷却水带到散热水塔
9、上由水塔风扇对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大气中去。1中央空调系统的组成 （1）冷冻机组 这是中央空调的“制冷源”，通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”，降温为“冷冻水”。 2冷却水塔用于为冷冻机组提供“冷却水”； 3“外部热交换”系统由两个循环水系统组成； （1）冷冻水循环系统 由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各房间内进行热交换，带走房间热量，使房间内的温度下降。 从冷冻机组流出、进入房间的冷冻水简称为“出水”：流经所有的房间后回到冷冻机组的冷冻水简称为“回水”。 （2）冷却水循环系统 由冷冻泵、冷却水管道及冷却
10、塔组成。冷冻机组进行热交换，使水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔与大气进行热交换，然后在将降了温的冷却水，送回到冷却机组。如此不断循环，带走了冷冻机组释放的热量。 流进冷冻机组的冷却水简称为“进水”；从冷冻机组流回冷却塔的冷却水简称为“回水”。 4冷却风机有两种情况： （1）室内风机 安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换。 （2）冷却塔风机 用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。 可以看出，中央空调系统是工作过程室一个不断地进行热交换的
11、能量转换过程。在这里，冷冻水和冷却水循环系统是能量的主要传递者。因此，对冷冻水和冷却水循环系统的控制便是中央空调控制系统的重要组成部份。 5温度检测 通常使用热电阻，如图1中的Rt1、Rt2、Rt3。中央空调的拖动系统通常由以下部份组成： 冷冻机组拖动系统； 冷冻泵拖动系统 由若干台水泵组成； 冷却泵拖动系统 也由若干台水泵组成； 风机（包括室内风机和冷却塔风机）拖动系统。 拖动系统一般均不能调速，故耗能大，且温度的调节比较粗略。 下面就冷冻水泵的冷却水泵变频调速进行分析（冷冻机组和冷却塔风机也可进行变频调速，可以参见风机和压缩机的变频调速），由于冷冻水泵和冷却水泵都是循环水，这就和供水系统有
12、所区别。 1、供水系统 (1)用水特点 在供水系统中，用户抽用的水是消耗掉的。它并不回到水泵的进水口，对拖动系统毫无反馈作用。 (2)调速特点 在供水系统中，当通过改变转速来调节流量时，扬程也虽之改变，并且，扬程是和转速的平方成正比的： 3中央空调变频调速系统的控制依据 中央空调系统的外部热交换两个循环系统来完成。循环水系统的回水与进（出）水温度之差，反映了需要进行热交换的热量。因此，根据回水与进水（出）水温度之差来控制循环水的流动速度，从而控制了进行热交换的速度，是比较合理的控制方法。 （1）冷冻水循环系统的控制 由于冷冻水的回水温度是冷冻机组“冷冻”的结果，常常是比较稳定的。因此，单是回水
13、温度的高低就足以反映房间内的温度。所以，冷冻泵的变频调速系统，可以简单地根据回水温度进行如下控制：回水温度高，说明房间温度高，应该提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度；反之，回水温度低，说明房间温度低，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度，以节约能源。简言之，对于冷冻水循环系统，控制依据是回水温度，即通过变频调速，实现水的恒温度控制。 （2）冷却水循环系统的控制 由于冷却塔的水温是随环境温度而变的其单侧水温度不能准确地反映冷冻机组内产生热量的多少。所以，对于冷却泵，以进水和回水间的温差作为控制依据，宙实现进水和回水的恒温差控制是比较合理的。温差大，说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷却泵的
14、转速，增大冷却水的循环速度；温差小，说明冷冻机组产生的热量小，可以降低冷却泵的转速，减缓冷却水的循环速度，以节约能源。旧操作系统为“星-三角转换起动”全压运行，此时空调机组在满负荷状态下工作，系统在起动电机时不能平滑起动，起动时对电网冲击大，长时间频繁起动将造成电机的绝缘性下降，电机温升过高，在运行过程中不能有效的根据病房与办公楼的需求，对温度进行有效的调节，只能工频最大量进给，这将势必造成能量的浪费。而通过变频频改造后，能根据房间的制冷及制热的需求自动调节冷冻泵及冷却泵的流量而达到节能降耗的目地。第2章 总体方案设计2.1总体方案确定本课题是通过变频器和PLC作出的电路来对中央空调中三台冷却
15、泵电动机的运行频率进行自动调速，在保证空调正常运转的情况下来实现节能控制 2.2控制要求1）1号水泵先单台变频运行，当频率上限信号动作后，1号水泵转为工频运行，当频率下限信号动作后，一号水泵工频运行停止，保留2号水泵变频运行，当频率上限信号又动作时，2号水泵转为工频运行，同时三号水泵变频运行，如此反复循环运转。2）变频转换过程中，为保证接触器无电弧产生，首先要求变频器停止输出（MRS触点为ON），0.2S后才断开变频接触器，在延时0.5S（时间尽量短，否则水泵速度下降极快，易造成工频启动困难），后和工频接触器，在延时0.5S合一台变频接触器，最后MRS触点断开。3）变频与工频接触器除电气互锁外
16、还要机械互锁。4）工频接触器有热继电器保护。第3章输入输出及接线 3.1 I/O分配输入点XO启动X1上限信号X2下线信号X101号原变频接触器动合触点X112号原变频接触器动合触点X123号原变频接触器动合触点输出点Y11号水泵变频接触器Y21号水泵工频接触器Y32号水泵变频接触器Y42号水泵工频接触器Y53号水泵变频接触器Y63号水泵工频接触器Y10变频器的正转STF触点Y11变频器的停止输出MRS触点3.2电路接线图3.3plc编程图plc编程图第4章 相关技术的发展状况 空调技术的研究发展很快，开发出了种类繁多的空调产品，下面就对几类主流的先进空调进行介绍。 4.1变频空调变频空调器是
17、通过内装的变频率，从而控制空调压缩机的转速。使压缩机转速连续变化，实现压缩机能量的无级调节。与一般空调相比，变频空调有着高性能运转、舒适静音、节能环保、能耗低的显著特点，改善了人们的生活质量，提高了人们的生活水平。随着世界科学技术的发展，尤其是网络与数字技术的飞速发展，变频空调技术将密切跟踪世界最新技术，开发出最新的变频空调技术。4.2燃气空调以燃气为能源的空调设备简称燃气空调。燃气空调发展前景非常广阔。燃气空调的优势被全球能源专家和空调专家一致认同。许多国家已经或准备实施一系列燃气空调推广措施。4.3太阳能空调70年代后期。世界各国对太阳能利用的研究蓬勃发展。太阳能空调技术也随之出现，随着太
18、阳能制冷空调关键技术的成熟，特别在太阳能集热器和制冷机方面取得了迅猛发展，太阳能空调也得到了快速发展。4、世界空调的发展可分为四个阶段。首先是后风扇时代。典型特征是，功能仅限制于制冷制热，技术含量低；接下来是纯空调时代。这个时代的最显著标志是空调成为真正意义的空气调节器，随着各国政府对空调的能耗标准提出要求。空调进入了超空调时代，其显著特点是空调不仅仅是空调，还能满足节能环保的要求，在以网络信息代表的21世纪。作为家电产品的空调器也必将随之步入网络信息时代。 总 结本文介绍了可编程控制器、变频器、在中央空调冷却系统中的应用。该系统利用了可编程控制器与变频器结合组成的控制系统，满足了对中央空调冷
19、却电动机的节能控制。它具有较强的灵活性，提高了设备运行的可靠性，缩短产品开发周期，保证新产品各项技术开发的同步性，提高了劳动效率，达到了良好的经济效果。PLC程序的改写和移植都非常方便，为节能打下了新的基础。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。 致谢词毕业设计这段时间中，遇到很多困难，不过在吴老师指导下，终于圆满完成了此次毕业设计。在设计的过程中特别要感谢指导老师孜孜不倦的指导和对我的疑难问
20、题不厌其烦的解答和帮助。吴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，他总是带领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01 李道霖，电气控制与PLC 原理及应用.M电子工业出版社，200602 杨兴瑶，电动机调速的原理及系统.M 水利电力出版社出，1979.8【03】 S7系列PLC与变频器综合应用技术 M电子工业出版社，200620