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　1 引言

　　徐州金港大酒店的中央空调系统原是20世纪80年代采用百事图(Brist01)压缩机有限公司的全封闭制冷压缩机，该系统采用两组制冷回路，每个回路由三台压缩机制冷，在一个回路不工作时，另一回路仍能正常运行。该套机组本从美国进口，元器件性能优良，装配规范，运行稳定，但逻辑控制部分采用继电器控制。元器件数量多，接线复杂。进入21世纪，随着科技的发展，先进控制技术及设备的不断涌现，空调技术和性能得到了很大进步，空调开始向大功率，多功能，无氟，节能，智能化，人性化方向发展，原控制系统的落后状态逐渐暴露，并且近些年来，随着元器件的日益老化，故障率显著上升，维修成本增加，而且采用的是二位式的控制，耗能巨大，对系统的正常运转已经构成威胁，因此，应用先进的自动化控制技术，对其设备进行改造已是迫在眉睫。

　　2变频空调工作原理

　　中央空调系统如图1所示，是由一系列驱动流体流动的动件(如水泵及压缩机)、各种型式的热交换器(如冷却风机、蒸发器、冷凝器及中间热交换器等)及连接各种装置的管道、阀件和电气控制装置组成。

　　冷水机组是中央空调的“制冷源”、“心脏”，通往各个房间的循环水由冷水机组进行”内部交换”，在蒸发器中吸热后的制冷剂通过压缩机压缩成高温高压气体，送至冷凝器与冷却水热交换后变成常温高压液体，经节流阀(膨胀阀)进入蒸发器蒸发吸收冷媒水的热量，然后又回到压缩机，如此形成制冷剂循环过程。冷媒水循环系统，由冷媒水泵及冷媒水管道组成，从冷水机组流出的冷媒水由冷媒泵加压送入冷媒水管道，在各个房间内进行热交换，带走房间内热量，使房间内的温度下降。冷却水循环系统，由冷却泵和冷却水管道及冷却塔组成，冷水机组进行热交换，在水温冷却的同时，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，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降了温的冷却水，送回到冷水机组，如此不断循环，带走冷水机组释放的热量。冷却风机安装于所需要降温的房间内，用于将由冷媒水冷却了的空气吹人房间，加速房间内的热交换。

　　3系统方案的确定

　　根据改造的中央空调系统的控制特点和节能要求，涉及的主要控制对象为6台压缩机组和两台水泵的变频控制，另外还有部分相关的保护装置。压缩机和水泵都采用变频器控制，以降低能耗和提高控制精度，各种触点和逻辑控制则选用现在广泛使用的可编程控制器(PLC)，系统的框图如图2所示：

　　该压缩机机组型号为I.SZ.42，采用全自动运行方式，单台输入功率22kW，具有高压安全阀、高低压控制器、冷却水和冷媒水断水、电机过载等主要的安全保护装置。两台水泵电机功率分别为18.5kW和22kW。根据控制系统的实际情况计算系统的输入输出点数，本着节约元器件，降低成本的原则，选用1台西门子s7一226型PLC作为控制器，2块EM232模拟量输出模块，3块EM231模拟量输入模块。CPU226集成了24输入，16输出，共40个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，大扩展至248路数字量I/O点，或35路模拟量I/O点，13KB程序和数据存储空间，6个独立的30kHz高速计数器。2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器，2个RS485通信编程口，具有PPI通信协议，MPI通信协议和自由方式通信能力，可完全适应于一些复杂的中小型系统。压缩机变频器选用日本安川公司的电流矢量控制通用变频器CIMR.F'/A2075，额定输出容量为110kVA，它的调制方式为优化空问矢量PWM控制，控制方式为V/F控制，具有转矩提升，点动、制动、多速运行、自动电压调整、任意设定V/F曲线及与上位机通讯等功能，完全可以满足改造系统的要求，其频率控制由PLC输出的模拟量来决定。对于两台水泵的控制，由于其功率的不同，采用两台变频器分别控制，选用适合于风机泵类负载使用的三菱新一代FR一700型变频器，此种变频器内置噪声滤波器，带有浪涌电流吸收回路，还具有先进的寿命诊断及预警功能，安全系数大，具有自动和手动两种操作方式，手动信号由控制柜门板上的电位器给定，自动信号通过压力变送器(4～20mA)电流构成。更为方便的是，FR.700自带有节能监视功能，通过操作面板，输出端子(0～10V，4—20mA)和人机通信即可显示出节能的效果。

　　系统设置了超温延时报警，因此，当冷凝器进水温度高于警报功能中设定的温度上限值时，计时功能启动，延迟一段时间后，如水温仍偏高，温控器发出报警信号，输入PLC，相应保护环节动作。冷媒水系统中系统进、出水压力差的测量采用西门子公司的差压型智能变送器，该变送器精度达0.1级，并具有遥控设定、数据通信、自诊断等功能。其余的部分显示电路和辅助电路的控制依旧保留原来系统。而对冷媒水温度的检测元件则选用西门子公司生产的专门用于暖通空调系统的温度控制器RWC32，该控制器是完全独立作业的电子式温度控制器，带有用于暖通空调的P或PI调节，可接两组Nil000传感器温度输入及一组无源数字输入，输出信号电压范围是DC0—10V，温度检测范围可达一35。C一130。C，精度-t-O.5。C，所有数据参数的设置、修改均可直接通过控制器上的按键进行，并具有LCD显示。

　　4变频空调Pl_C控制系统硬件构成

　　改造后的PLC硬件接线图如图3所示：

图3给出了PLC控制压缩机的硬件接线图，根据系统要求，以PLC为控制核心，将6台压缩机改造成变频控制方式，采用一台变频器拖动三台压缩机的方式，6台压缩机共需2台变频器。其变频器接线如图4所示。

　　5系统软件设计

　　根据控制要求，对压缩机和水泵的控制方式可分为自动和手动两种。当系统工作于自动状态时，控制系统根据冷媒水的温度反馈信号，使用变频器通过对压缩机电源频率的改变来对冷媒水的温度进行自动控制，使其达到空调系统所要求的温度。当冷媒水的温度降至90C时，系统将自动停机。此后以4分钟为单位延时，并不断检测冷媒水温度，待冷媒水的温度升至11.8℃时系统将自动开机。

　　当系统工作于手动状态时，压缩机电源的频率不能根据冷媒水的温度自动进行变化，它的频率将由控制箱门上的给定电位器设定和调节。当冷媒水的温度降至7℃时，系统将自动停机，此后以4分钟为单位延时，并不断检测冷媒水温度，待冷媒水的温度升至11。8't2时系统将自动开机。

　　对冷却水系统采用温度控制器测量冷凝器进水温度作为水泵变频控制系统被调参数，对冷媒水系统采用压力变送器测量系统进、出水压力差作为被调参数。利用PLC对水泵电机、变频器、传感器、变送器与电柜之间的电气连接进行协调控制。

　　根据控制要求编写的控制压缩机主程序流程图如图5所示，整个软件的编写采用梯形图，简单明了，分为MAIN、SBR0、SBRl和INT0四部分，之间通过相应的语句联系起来，其核心的部分是进行PID算法的编写和模拟量的处理，虽然采用的PLC内部资源带有P1D算法模块，给编程提供了方便。但是对程序的调试还是比较困难，主要是对Kp、K，和Kd三个参数的确定。由于中央空调是一个纯滞后、大惯性系统，调试本身费时费力，再加之缺乏经验，参数的设定仅凭理论指导，难免要走弯路。

　　该系统改造以来，已经连续运行3年多，无任何故障，在实际运行中发现变频器频率经常在43—30Hz之间，冬季采用手动调节时，运行频率曾下调至25Hz，很显然与常规的起、停恒转速控制相比，节能效果非常显著。