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摘要:隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人們對(duì)環(huán)境的舒適性要求越來(lái)越高，為了保證溫度恒定，人們對(duì)中央空調(diào)控制系統(tǒng)的運(yùn)行效果也在改變。舒適節(jié)能的設(shè)計(jì)方案最符合人們對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的期望，據(jù)調(diào)查顯示，傳統(tǒng)的中央空調(diào)控制系統(tǒng)耗電量較大，并且存在著很大的能源浪費(fèi)。在實(shí)際生活中力求在能耗更低的情況下保持室內(nèi)舒適的溫度和濕度。所以采用新技術(shù)來(lái)降低系統(tǒng)能耗成為首要任務(wù)。因?yàn)槟茉词且粋€(gè)國(guó)家發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要因素，節(jié)能減排是我們國(guó)家的一項(xiàng)重要任務(wù)。

關(guān)鍵詞:PLC;節(jié)能;智能建筑

隨著建筑市場(chǎng)的飛速發(fā)展，樓宇智能化技術(shù)也得到快速的發(fā)展。隨之人們對(duì)建筑環(huán)境有了更高的要求，在節(jié)約能源的同時(shí)要有舒適的辦公環(huán)境。因此誕生了集散型中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)，此中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)綜合了現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)以及微電子于一體的控制系統(tǒng)。在智能建筑中得到了廣泛應(yīng)用，集散型中央空調(diào)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較高，對(duì)系統(tǒng)可以進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)、控制和管理，可以節(jié)約大量的運(yùn)行費(fèi)用。20世紀(jì)90年代未至21世紀(jì)初推出的中央空調(diào)變頻調(diào)速控制節(jié)能系統(tǒng)在集散型中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再通過(guò)PLC和變頻技術(shù)相結(jié)合的控制方法去實(shí)現(xiàn)智能化控制，并將變頻控制系統(tǒng)與工頻控制系統(tǒng)相結(jié)合，從而使中央空調(diào)機(jī)組在不同頻率下隨實(shí)際負(fù)荷的變化而變化，在保證建筑物空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷要求的前提下，使得中央空調(diào)控制系統(tǒng)節(jié)約大量的能源。本文主要通過(guò)中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)介紹PLC在中央空調(diào)節(jié)能控制中的應(yīng)用：

1控制系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)的控制采用PLC與變頻器相結(jié)合的控制方式對(duì)空調(diào)系統(tǒng)機(jī)組進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)控制，設(shè)置就地操作員站，空調(diào)機(jī)滿足的溫、濕度控制要求，具有完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)（PLC）以及溫度測(cè)量?jī)x表、變頻控制系統(tǒng)等，自成獨(dú)立系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有對(duì)整套工藝系統(tǒng)各參數(shù)顯示、系統(tǒng)控制、連鎖、報(bào)警的全套功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1。該系統(tǒng)主要由可編程控制器、變頻器、主接觸器、水泵機(jī)組及溫度檢測(cè)裝置組成閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。PLC是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵運(yùn)算與控制機(jī)構(gòu)，它的作用在控制系統(tǒng)中很重要，是連接各空調(diào)機(jī)組與變頻器之間的橋梁，控制系統(tǒng)通過(guò)接觸器和變頻器的邏輯切換來(lái)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的運(yùn)行及控制。對(duì)中央空調(diào)制冷系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，然后將檢測(cè)到的溫度信號(hào)經(jīng)變送器和A/D轉(zhuǎn)換模塊傳輸給PLC進(jìn)行運(yùn)算處理，再由PLC輸出給變頻器，通過(guò)變頻器改變頻率來(lái)控制泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到對(duì)溫度的進(jìn)一步控制。

2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)組都可以在工頻和變頻兩種狀態(tài)下運(yùn)行，具體運(yùn)行于哪一種狀態(tài)，PLC系統(tǒng)可根據(jù)需要進(jìn)行自動(dòng)切換控制。可編程控制器用輸入輸出擴(kuò)展板接口分別接入模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）和數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）模塊。模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）模塊將模擬量溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）模塊將PLC輸出的開(kāi)關(guān)量轉(zhuǎn)換為模擬量，用來(lái)控制變頻器的調(diào)速過(guò)程。在中央空調(diào)控制系統(tǒng)中，為了節(jié)約能源，提高系統(tǒng)的工作效率，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量。變頻調(diào)速的基本控制原理是應(yīng)用變頻技術(shù)和微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率的方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的控制方法。變頻器的選擇要結(jié)合PLC的選型以及其他硬件的選擇合理匹配，在以往設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行大多數(shù)是在額定電壓和額定頻率下工作的。在這種狀態(tài)下工作的電動(dòng)機(jī)，其軸上的輸出轉(zhuǎn)矩和電功率都可以達(dá)到額定值。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成變頻調(diào)速系統(tǒng)的情況下，供電頻率是不斷變化的，因此電機(jī)的實(shí)際輸出功率和轉(zhuǎn)矩也會(huì)隨著發(fā)生變化。因此，在選擇變頻器時(shí)，根據(jù)不同的拖動(dòng)場(chǎng)合，結(jié)合電動(dòng)機(jī)容量，來(lái)選擇相應(yīng)的變頻器。PLC是變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的關(guān)鍵控制機(jī)構(gòu)。它將各機(jī)組與變頻器之間的電氣連接很好地銜接了起來(lái)，通過(guò)PLC控制變頻器進(jìn)行邏輯切換來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制方案。PLC的輸入信號(hào)有溫度采集信號(hào)、機(jī)組選擇信號(hào)、運(yùn)行方式選擇信號(hào)、主機(jī)開(kāi)/關(guān)信號(hào)、冷凍泵和冷卻泵的起/停信號(hào)等。輸入信號(hào)經(jīng)PLC程序一系列運(yùn)算后，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而控制變頻器及中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行，以及其他的聯(lián)動(dòng)設(shè)備。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的總體目的是利用PLC控制變頻器的頻率來(lái)控制水泵轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到控制室內(nèi)溫度的目的。

3PLC的軟件設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，中央空調(diào)的制冷機(jī)組、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)等都是按照建筑物最大負(fù)荷制定的，且留有足夠的余量。在任何時(shí)間內(nèi)各電機(jī)都長(zhǎng)期處在工頻狀態(tài)下全速運(yùn)行，完全可以滿足最大的用戶負(fù)荷，但不能隨用戶負(fù)荷的大小來(lái)調(diào)節(jié)，而實(shí)際在大多數(shù)時(shí)間里，用戶負(fù)荷是比較低的，這樣就造成了能源的巨大浪費(fèi)。中央空調(diào)控制系統(tǒng)中的水泵機(jī)組系統(tǒng)，長(zhǎng)時(shí)間在恒定的負(fù)荷下運(yùn)行，但由于用戶負(fù)荷隨著季節(jié)和氣候的變化而變化，一年中大部分時(shí)間在低負(fù)荷下運(yùn)行，也就是說(shuō)，中央空調(diào)系統(tǒng)存在著很大的節(jié)能空間。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有效的節(jié)能運(yùn)行，本系統(tǒng)在硬件配置合理的基礎(chǔ)上通過(guò)PLC程序設(shè)計(jì)來(lái)完成控制目的，主要通過(guò)對(duì)空調(diào)進(jìn)出水溫度進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)控制要求通過(guò)PLC控制變頻器對(duì)中央空調(diào)機(jī)組的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，使得系統(tǒng)在提高其運(yùn)行效率的同時(shí)達(dá)到節(jié)能的目的。PLC程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是將溫度傳感器采集到的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后送給PLC，PLC經(jīng)過(guò)進(jìn)一步運(yùn)算后控制變頻器的頻率來(lái)控制空調(diào)機(jī)組的轉(zhuǎn)速，即根據(jù)需要控制空調(diào)機(jī)組運(yùn)行，使其運(yùn)行效率提高，使室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的要求，在很大程度上提高了系統(tǒng)的運(yùn)行特性，也節(jié)約能源。當(dāng)電機(jī)頻率降低后，電機(jī)低速運(yùn)行，可以有效地延長(zhǎng)中央空調(diào)機(jī)組的壽命。

4結(jié)論

本文闡述了中央空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制和節(jié)能設(shè)計(jì)的基本思路和方法，介紹了交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的特點(diǎn)，系統(tǒng)在硬件配置合理的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件程序來(lái)控制中央空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行，在提高系統(tǒng)效率的同時(shí)也使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期和調(diào)試周期縮短，保證了控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、可靠安全地運(yùn)行，最大限度地滿足了被控對(duì)象控制要求，使控制系統(tǒng)的維護(hù)使用更方便。控制系統(tǒng)在硬件選型時(shí)，除了滿足技術(shù)性能要求外，還要留有足夠的余量。由于系統(tǒng)的邏輯功能是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的，從而減少了大量的硬件接線，提高了控制系統(tǒng)連鎖保護(hù)的功能，運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械誤動(dòng)作,系統(tǒng)的可靠性和安全性進(jìn)一步得到了提高。因此,此系統(tǒng)具有較強(qiáng)的擴(kuò)充能力,再加上其可靠性高和安裝調(diào)試方便等特點(diǎn)，使得該系統(tǒng)在中央空調(diào)市場(chǎng)能良好地發(fā)展。

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作者:呂麗榮 單位:內(nèi)蒙古建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院