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PLC、變頻器在北海賓館空調(diào)冷凍泵、冷卻泵控制系統(tǒng)改造中應(yīng)用

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產(chǎn)品簡介

摘要:  本文介紹了利用可編程控制器、變頻器改造賓館空調(diào)冷凍泵、冷卻泵控制系統(tǒng),實現(xiàn)了技術(shù)升級、確保設(shè)備低耗運行,并提高了電氣控制系統(tǒng)運行的可靠性

詳細介紹

摘要:
  本文介紹了利用可編程控制器、變頻器改造賓館空調(diào)冷凍泵、冷卻泵控制系統(tǒng),實現(xiàn)了技術(shù)升級、確保設(shè)備低耗運行,并提高了電氣控制系統(tǒng)運行的可靠性。

關(guān)鍵詞:
  賓館 空調(diào) 控制系統(tǒng) PLC 變頻器 改造

1 引言
  汽包水位 給水流量 蒸汽流量 三沖量 自動控制系統(tǒng) 燃燒過程控制在賓館里,空調(diào)是不可決少的,耗電非常大,空調(diào)主要是用來實現(xiàn)室內(nèi)的恒溫,空調(diào)主要由制冷機、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機盤管系統(tǒng)、風(fēng)機和冷卻塔等組成??照{(diào)工作原理圖如圖1所示。通常冷凍水泵的容量是按溫度、滿住率,并在此基礎(chǔ)上留有10-20%的余量設(shè)計,在一年四季中,水泵系統(tǒng)長期在固定的水流量工作,由于季節(jié)、晝夜及住房率變化大,空調(diào)實際的熱負載在絕大部分時間內(nèi)遠比設(shè)計負載低。與決定水泵流量和壓力的設(shè)計負載(負荷率99%)相比,一年中負荷率在50%以下的運行時間將近一半,一般冷凍水設(shè)計溫度為5---7℃,而事實上在全年決大部分時間冷凍水的溫度僅為2---4℃,即水泵卻是全功率運行,增加了管道能量損失,浪費了水泵運行的輸送能量。這就存在能量的無效使用,而通過變頻調(diào)速技術(shù)就能實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)流量并顯著節(jié)能的效果,用PLC改造傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的則使運行可靠性大大加強。


2 變頻調(diào)速功能

2.1 變頻器節(jié)能原理:
  變頻器是輸出頻率可改變的交流電力拖動設(shè)備。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給 電機定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流元件整流,變成直流,再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電,以此為電源再供給電機使用。
  由水泵的工作原理可知:風(fēng)機、水泵特性:Q∝n H∝n2 P∝n3
即流量與轉(zhuǎn)速成正比,壓力與轉(zhuǎn)速平方成正比,軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。
根據(jù)公式:轉(zhuǎn)速

  其中f為電源頻率,我國工頻為50HZ,P為極對數(shù),S為轉(zhuǎn)差率,那么調(diào)節(jié)電動機電源頻率就可調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速也就是調(diào)節(jié)它的負載轉(zhuǎn)速,那么,根據(jù)風(fēng)機、水泵特性可知,調(diào)節(jié)風(fēng)機水泵的轉(zhuǎn)速可以達到調(diào)節(jié)流(風(fēng))量的目的,同時,顯著調(diào)節(jié)軸功率。通過在水泵加裝變頻器,,則可實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制,可使系統(tǒng)工作平緩穩(wěn)定。并通過變頻節(jié)能收回投資。如圖2所示,圖中陰影部分為同一臺水泵的工頻運行狀態(tài)與變頻運行狀態(tài)在隨著流量變化所耗的功率差。因此,隨熱負載而改變水量的變流量空調(diào)水系統(tǒng)顯示了巨大的*性。

2.2 變頻技術(shù)應(yīng)用:
  空調(diào)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù),電機可在很寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速,可將所有節(jié)流閥去掉,使管道暢通,可免去節(jié)流損耗。通過改變電機轉(zhuǎn)速而改變水的流速,從而改變水流量,達 到制冷機正常工作要求和平衡熱負荷所需冷量要求,達到節(jié)能目的。采用變頻調(diào)速技術(shù)的關(guān)鍵是電機轉(zhuǎn)速的可調(diào)和可控。電機的變頻調(diào)速系統(tǒng)是由PLC控制器進行切換和控制的。


3 PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)工作原理:
  3.1 采用性能可靠的松下系列PLC為控制核心,所有輸入信號起停,保護都通過光電隔離輸入到PLC的輸入口,利用專用編程軟件,根據(jù)控制要求對PLC進行梯形圖編程,PLC輸出控制變頻器的起停。采用PLC控制后,可取消全部時間繼電器和中間繼電器,所有邏輯控制通過梯形圖軟編程,在不用改變控制線路的情況下,可隨時按控制要求修改程序,實現(xiàn)新的控制方案,靈活性相當(dāng)高;并具有強大的通訊接口,可與上位電腦相連,,實現(xiàn)遠程監(jiān)控,為將來聯(lián)網(wǎng)控制留 有接口,具有良好的擴展性,能與其他控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。變頻器調(diào)速控制電路簡單, 克服傳統(tǒng)線路易出故障的缺點,降低了事故發(fā)生。

3.2 根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的實際情況,設(shè)計應(yīng)包括以下幾點:
(1)冷卻系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)各裝1臺變頻器。
(2)可根據(jù)一天內(nèi)不同階段的冷量要求,設(shè)置不同要求運行。
(3)常用與備用可切換。
(4)變頻控制與原控制間可換,確保設(shè)備正常運行。

3.3 控制系統(tǒng)的主電路圖


3.4 冷凍泵、冷卻泵PLC的控制系統(tǒng)圖
  PLC軟件采用梯形圖語言,實現(xiàn)各種邏輯控制、變頻器啟動控制及手動/自動,工頻/變頻轉(zhuǎn)換和故障自動切換等功能。
(1)I/O接口圖

(2)系統(tǒng)軟件編程圖


4、結(jié)束語
  (1)新的控制方案已于2004年底在北海公路賓館投入使用,達到大幅度節(jié)電效果,具體比較如下:

  在冷凍泵、冷卻泵上應(yīng)用變頻器,一般都有40%的節(jié)電率。
  每天節(jié)約的電費=電機功率×每天運行時間×節(jié)電率×電價
=(45KW+55KW)×24小時×40%×0.81/度
  而改造費大約十萬元,投資回收期=100000÷583≈170(天)
  通過以上分析計算,改造后系統(tǒng)經(jīng)濟效益可觀,符合《中華人民共和國節(jié)約能源法》。
  (2)對電機實現(xiàn)了軟起動、軟制動,大大降低了起動電流、避免了對電機和電網(wǎng)的沖擊;
 ?。?)電機運行噪音減小、溫升降低、震動減少、負載運行順滑平衡;
 ?。?)大幅度改善電機的功率因素;
  (5)具有過流、過壓、短路、缺相等多種保護功能,增強了對電機及所帶負載的保護功能。
 ?。?)在任意一設(shè)定的頻率下,電機都能以效率運行;
 ?。?)能檢測負載輕微的變化,并迅速調(diào)整輸出功率,顯示在操作屏上;
  (8)利用PLC 實現(xiàn)各種邏輯控制、變頻器啟動控制及手動/自動,工頻/變頻轉(zhuǎn)換和故障自動切換等功能,是系統(tǒng)控制靈活方便,功能齊全。


參 考 文 獻
[1] 日本日立變頻技術(shù)手冊
[2] 松下PLC編程技術(shù)手冊

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