维修电工技师论文

论文题目：冷泵空调创新应用国家职业资格全国统一鉴定

（国家职业资格二级）

维修电工

编号：

2011年维修电工技师论文

冷泵空调创新应用

摘 要：随着我国各行业不断地发展，能源问题在我国日渐突出，现

代企业、办公大楼、酒店等环境中，中央空调系统是不可缺少的，虽然能给人们提供一个舒适的环境，但是耗电量也相当大。因此，在人们日益重视环保与节能的今天，中央空调的节能问题这是人们所期待要解决的关键技术问题。

中央空调系统除主机的耗能。冷冻、冷却水泵是第二大耗能设备，由于冷冻泵、冷却泵的配置是按实际设计使用,由于气候情况，客观流量活动内容等各种因素的变化，所需负荷的不断变化。因此使中央空调系统温度稳定，需要按实际变化对冷冻、冷却泵进行调节，这就需要有较好的自动控制模块。

中央空调系统自动化控制和节能设计的一些基本思路和方法，并介绍了交流电动机变频调速的特点及节能原理，在变频调速系统中的应用，并对系统的主回路和控制回路大概概述,本文主要是对空调出口温度进行检测，采用变频器调节中央空调的转速，使其高效运行，达到节能的目的。

关键词：空调冷泵、高效 节能 安全

引 言

该设计描述了格力中央空调(R134a)冷泵机通过PLC改进调速功能及使用功能，采用了西门子S7-200变频器、模拟量扩展模块采用EM231为主导，中央空调在大企业、办公大楼、商厦等环境,经常用到的设备，具有很高的利用价值，但由于中央空调耗电量很大，改进利用变频调速技术和PLC技术可以有效的提高自动化效益并大幅度节约电能量，并使系统具有运行可靠、结构简化、维护方便等优点。

第一章

1.1中央空调工作原理分析

公司空调的制冷系统主要由冷冻主机、冷却水循环系统、冷冻水

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循环系统、风机盘管系统、风机和冷却塔等组成,是由广东格力空调电器有限公司制造。

该公司制冷系统采用格力空调型号(R134a)由8台冷冻主机，5台冷却水泵，4台冷冻系统，268台风机盘管系统组成、以及风机等周边设备构成。主要结构原理如图1示

房间风机盘管冷却塔冷却水进水冷却水风机盘管冷冻水回水冷冻水空调主机冷却水回水冷却泵冷冻水出水冷冻泵 工作原理（图1）

原有的冷泵存在着大量耗电量过大，泵量工作周期过量使用等缺点，结合实际情况对该冷泵进行技术优化，以达到范围工作周期，扩大节约经济效益为目的。 1．2系统的设计分析

1）最大限度地满足被控对象的控制要求 2）保证PLC控制系统安全可靠 3）力求简单、经济、使用及维修方便 4）适应发展的需要 5) 温度检测部分设计 6）检测元件选取 7) 模拟量输入模块的选取

EM231热电阻模块可以通过DIP开关来选择热电阻的类型，接

线方式，测量单位和开路故障方向。连接到同一个扩展模块上的热电阻必须是相同类型的。改变DIP开关后必须将PLC断电后再通电，新的设置才能起作用。

模拟量输入端的接线方式： 模拟量是通过带屏蔽的双绞线把信号

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输入每个信道，将第一路测量信号接入EM231的A+和A-端；将第二路测量信号介入EM231的B+和B-端。

A/D转换的输入/输出关系曲线如图4.2所示。

(图2) A/D转换的输入/输出关系曲线

第二章：设计分析方案

2.1 PLC流程图

设定显示A/D转换器PLCD/A转换器变频器主接触器主泵机组温度检测

（图3）

2.2 PLC冰泵调速系统构造

该系统主要由变频器、PLC 控制器、水泵、调节器、主接触等组成自动闭环控制系统。 2.3 PLC冰泵工作原理分析

PLC是变频调速控制系统的关键部件。其作用是协调各机组与变频器之间的电气连接，通过接触器与变频器的继电器和接触器进行逻辑切换来实现系统的控制方案。PLC的输入信号有机组选择信号、运行方式选择信号、冷却塔和主机开/关信号、冷冻泵和冷却泵的起

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/停信号等。输入信号经程序运算，发出相应的动作信号，经微型继电器及相应的常闭、常开触头分别控制变频器及中央空调系统的运行，以及声、光报警器件的动作。

该系统主要由变频器、可编程控制器、主接触器、水泵机组及温度检测装置组成闭环自动控制系统。

水泵机组都可运转在工频以下和变频以下两种状态。这由系统根据实际需要进行切换控制。

可编程控制器用I/O扩展接口分别接入A/D和D/A模块，A/D模块通过PLC将温度模拟量转换为数字量，D/A模块将PLC输出的开关量转换为模拟量，以控制变频器的升速过程及降速过程。

温度检测装置将状态送A/D,A/D有多个数字量（x0、x1、x2、x3…）输人PLC,进行控制热负荷从小至大之间的变化，首先对PLC进行设定上限x1、下限x0。刚开始工作热交换量为零。x0、x1处于关断状态。PLC控制下，KM3接通，1号泵接入变频器电源，同时启动升速程序，按D/A模块输出电压的设定曲线升速,从而使1号泵进行软启动。1号泵转速逐渐增大，热交换量也逐渐增加。若达到设定的下限x0时，则1号泵在该频率下稳定运行；若频率增至50Hz时还未达到下限x0，则PLC发出指令

KM3释放，KM2闭合，1号泵由工频电网直接供电，全速运转，同时D/A

输出为0。PLC指令KM5闭合，2号泵接入变频调速状态，并由PLC控制按设定曲线升速。若升到50Hz频率下还未达到设定下限x0，则2号泵切换为工频，3号泵为变频调速, 继续下去, 直到热交换量达到下限x0，电机稳定运行于此状态下。

如果热交换量超过上限x1，设定下调时，接入变频器的第n个水泵，其输出频率降低，若降至0Hz时，还未达到上限x1，则第n个水泵停，同时D/A置5V，第n-1个水泵切换变频状态，并按设定曲线降低直至达其设定上限x1，水泵稳定运行于此状态下。

在水泵进行工频和变频电网的切换过程尽可能快，各接触器间互锁和动作时间要设置好。

该控制系统, 在任何状态下, 只需一台水泵电机处于调速状态, 其它电机可根据需要处于工频状态或停机状态, 就可实现热交换从零至最大的控制过程。

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2.4 内存变量分配

第三章：PLC中央空调变频调速系统 3.1程序分析

在系统中，PLC程序设计的主要是接受开关信号的输入，判断当前的系统状态以及输出信号去控制接触器、继电器等器件，以完成相应的控制任务。

(1)程序设计四大模块：

1)控制按钮模块主要处理各电机和电磁阀的启停控制。 2)报警处理模块主要处理变频器的故障报警和报警信息。 3)变频器给定模块将处理变频器的工作模式，调用变频器设定模块。

4)变频器设定模块，是接受由模拟量输入模块(EM231)接受速度传感器转换而来的信号，与频率给定值进行比较后再作为输入信号经D/A

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转换成模拟量给变频器PLC主程序设计，当PLC的主程序开始运行之后，就处于反复的循环执行之中，每一次循环被称为一次扫描：即对主程序的语句逐步扫描执行。

PLC主程序流程图如（图4）所示。

主程序初始化 总启动按下否各电机启动？是否3号电机运行10分钟?是3号电机停止

（图4）初始化程序流程图

(2)冷却水系统循环控制框图及PID流程图

温度反馈蒸发器冷却塔设定温度调节器变频器电机冷却水泵

（图5）冷却水的闭环控制系统控制框图

PID控制程序调用PID控制参数过程变量小于设定值？否是电机正常？否是过温保护PID控制值输出备用电机工作

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（图6）冷却水PID调节程序流程图

(图7) 冷却水系统PID调节程序梯形图

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（3）冷冻水系统循环控制及PID调节程序

温度反馈蒸发器设定用户温度调节器变频器电机冷冻水泵

(图8)冷冻水泵的闭环控制框图

(图9)冷冻水系统PID调节程序梯形图

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(4) 传送冷却水和冷冻水PID子程序

(图10)传送冷却水和冷冻水梯形图

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(5) 中断服务程序

PID算法程序测量温度值AC0PID输出值转换为实数转换为控制值转换为标准值转化成实数输出控制电压

(图11) 中断服务程序流程图

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(图12) 冷冻泵水温控制PID算法梯形图

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总 结

本文阐述了中央空调系统自动化控制和节能设计的基本思路和方法，通过模拟量检测电路检测冷冻水和冷却水的温度，并经过分析处理。

本系统采用模块化设计结构，PLC主模块及扩展模块的选择能满足系统的需要，输入、输出点数留有一定的裕量，以满足系统扩展的要求。由于逻辑功能通过软件实现，从而减少了大量的中间连线，完善了连锁保护功能，提高了系统运行的可靠性。因此系统具有开放性好、可扩充能力强、可靠性高、安装调试方便等优点，具有良好的发展前景。

本课题主要是对空调出口温度进行检测，采用变频器调节中央空调的转速，使其高效运行，达到节能的目的。将变频调速技术应用于中央空调系统，并且采用PLC和PID调节对系统进行自动控制，可以大大节约电能，对系统的起动特性和运行特性都有很大的改善。并且频率下调后，电机避免了长期高速的运行，有效地延长了电机和机组的寿命。

参考文献

参考网站：工控网.www.gongkong365.com网站 书籍：西门子PLC S7-300/ S7-400培训教材 书籍：三菱变频器使用手册

书籍：赵彬.中央空调变频节能的应用及展望.福建能源开发与节约.2000.23，40-41

书籍：电工新技术教程 作者：梁耀光 出版社：中国劳动社会保障出版社

书籍：热泵与中央空调节能技术 作者：陈万仁、王保东 出版社: 化学工业出版社