摘　要：清遠(yuǎn)市某公司的生產(chǎn)車間和辦公室共用一臺(tái)美國(guó)1997年產(chǎn)的麥克維爾PE079離心式中央空調(diào)，其主機(jī)功能完善，但水系統(tǒng)沒(méi)有用變頻技術(shù)控制, 而是采用傳統(tǒng)的控制方式, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅該空調(diào)的用電就達(dá)到全公司用電量的30%以上，成本奇高。為降低成本和減少故障，公司2001年下決心組織相關(guān)工程技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行改造, 2003年獲得改造成功。

  關(guān)鍵詞：離心式中央空調(diào)　PLC　變頻技術(shù)　改造

  一、中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

  中央空調(diào)系統(tǒng)主要由制冷機(jī)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)和散熱水塔組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

  制冷機(jī)通過(guò)壓縮機(jī)將制冷劑壓縮成液態(tài)后送蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風(fēng)機(jī)中的冷卻盤管中，由風(fēng)機(jī)吹送冷風(fēng)達(dá)到降溫的目的。經(jīng)蒸發(fā)后制冷劑在冷凝器中釋放出熱量，與冷卻循環(huán)水進(jìn)行熱交換，由冷卻水泵將帶來(lái)熱量的冷卻水泵到散熱水塔上由水塔風(fēng)扇對(duì)其進(jìn)行噴淋冷卻，與大氣之間進(jìn)行熱交換，將熱量散發(fā)到大氣中去。

  二、該公司中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題       

   
  該公司中央空調(diào)水系統(tǒng)的冷水機(jī)的功率是203.6KW，冷卻水泵和冷凍水泵的電機(jī)各是18.5KW，水塔風(fēng)機(jī)是7.5KW。絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)，實(shí)際需要的冷負(fù)荷低于設(shè)計(jì)值，冷凍水泵、冷卻水泵和水塔風(fēng)機(jī)由工頻控制，處于100%的滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，能源浪費(fèi)非常嚴(yán)重。

  三、中央空調(diào)水系統(tǒng)改造的原理

  冷凍水泵、冷卻水泵和水塔風(fēng)機(jī)都是傳送流體的裝置，這類負(fù)載消耗的能量與流速的立方成正比，推算可得到能量消耗與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，具體的關(guān)系表達(dá)式：

即TL=TO+KTnL2； PL=TLnL/9550；PL=PO+KPnL3。
  式中TL—水泵和風(fēng)機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩（N）；

TO—空載轉(zhuǎn)矩（）；      

 KT—轉(zhuǎn)矩比例常數(shù)；

nL—負(fù)載的轉(zhuǎn)速（r/min）；    

 PL—負(fù)載功率；

PO—空載功率或損耗功率（KW）；       
  KP—比例常數(shù)。      

        
  如果忽略空載功率，當(dāng)頻率為50Hz時(shí)，n=k0×50轉(zhuǎn)/分，功率PL1=KP(k0×50)3；當(dāng)頻率為45Hz時(shí)，n=k0×45轉(zhuǎn)/分，功率PL2=KP(k0×45)3。

PL2/PL21=KP(k0×45)3/KP(k0×50)3×100%=72.9%，由此可見(jiàn)，當(dāng)電源頻率從50Hz降為45Hz時(shí)，就可節(jié)約電能達(dá)27.1%。

  四、中央空調(diào)水系統(tǒng)改造方法 

  根據(jù)上面的原理，在原中央空調(diào)水系統(tǒng)中增加PLC控制器、變頻器、壓差控制器、溫差控制器、傳感器等控制冷卻水泵、冷凍水泵、水塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

  原中央空調(diào)水系統(tǒng)是采用傳統(tǒng)的繼電接觸器控制的星-三角降壓起動(dòng)電路，主電路如圖3所示，控制電路如圖4所示。改造后主電路還保留原來(lái)的星-三角降壓起動(dòng)主電路，并增加了一路變頻器控制電機(jī)，正常情況下是在變頻器控制電機(jī)，在節(jié)能模式下運(yùn)行，當(dāng)變頻器控制電機(jī)這一路有故障時(shí)，可以切回星-三角降壓起動(dòng)運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的安全性。整個(gè)控制功能的實(shí)現(xiàn)以PLC、變頻器和傳感信號(hào)處理器為主。

  五、改用PLC控制的I/O分配表如表1所示，I/O接線圖如圖5所示。

  表1、PLC I/O分配表
  六、水系統(tǒng)PLC控制程序設(shè)計(jì)
  1、水系統(tǒng)變頻器或星-三角運(yùn)行選擇。

  2、冷凍泵手動(dòng)運(yùn)行控制或主機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制選擇。

  3、冷凍泵星三角運(yùn)行。

  4、冷凍泵變頻器控制。

  5、冷卻泵手動(dòng)運(yùn)行控制或主機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制選擇。

  6、冷卻泵星-三角運(yùn)行

  7、冷卻泵變頻器控制。

  8、水塔風(fēng)機(jī)手動(dòng)運(yùn)行控制或主機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制選擇。

  9、水塔風(fēng)機(jī)星-三角運(yùn)行

  10、水塔風(fēng)機(jī)變頻器控制。

  七、變頻器接線及參數(shù)設(shè)定

  1、變頻器接線如圖8所示。
  2、變頻器參數(shù)設(shè)置：
  冷凍水泵電機(jī)變頻器a參數(shù)設(shè)置：
  Pr.1上限頻率：49.5Hz；

Pr.2 下限頻率：35 Hz；

Pr.7 加速時(shí)間：6s；

Pr.8 減速時(shí)間：8s；

Pr.14適用負(fù)荷選擇：1；

Pr.20加/減速參考頻率：50Hz；

Pr.21加/減速時(shí)間單位：0；Pr。

60智能模式選擇：4；

Pr.71適用電機(jī)：6；

Pr.73 0—5V/0—10V選擇：0；

Pr.78逆轉(zhuǎn)防止選擇：1；

Pr.79 操作模式：2；

（在設(shè)置上述參數(shù)前Pr.79先設(shè)置1）；

Pr.251輸出欠相保護(hù)選擇：1。

  冷卻水泵電機(jī)變頻器b參數(shù)設(shè)置：
  Pr.1上限頻率：49.5Hz；

Pr.2 下限頻率：35 Hz；

Pr.7 加速時(shí)間：6s；

Pr.8 減速時(shí)間：8s；

Pr.14適用負(fù)荷選擇：1；

Pr.20加/減速參考頻率：50Hz；

Pr.21加/減速時(shí)間單位：0；

Pr.60智能模式選擇：4；

Pr.71適用電機(jī)：6；

Pr.73 0—5V/0—10V選擇：0；

Pr.78逆轉(zhuǎn)防止選擇：1；

Pr.79 操作模式：2；

（在設(shè)置上述參數(shù)前Pr.79先設(shè)置1）；

Pr.251輸出欠相保護(hù)選擇：1。

   水塔風(fēng)機(jī)變頻器c參數(shù)設(shè)置：
  Pr.1上限頻率：49.5Hz；

Pr.2 下限頻率：25 Hz；

Pr.7 加速時(shí)間：3s；

Pr.8 減速時(shí)間：8s；

Pr.14適用負(fù)荷選擇：1；

Pr.20加/減速參考頻率：50Hz；

Pr.21加/減速時(shí)間單位：0；

Pr.60智能模式選擇：4；

Pr.71適用電機(jī)：6；

Pr73 0—5V/0—10V選擇：0；Pr.

78逆轉(zhuǎn)防止選擇：1；

Pr.79 操作模式：2；

（在設(shè)置上述參數(shù)前Pr.79先設(shè)置1）；

Pr.251輸出欠相保護(hù)選擇：1。

  八、結(jié)束語(yǔ)

  筆者與兩名同事有幸參與了該中央空調(diào)水系統(tǒng)的改造,收獲頗豐。此次技術(shù)改造先后共投入6萬(wàn)余元資金，但經(jīng)過(guò)與往年對(duì)比，不足一年即節(jié)約出了成本。由于采取了降速運(yùn)行和軟啟動(dòng)，不僅減少了振動(dòng)、噪音和磨損，延長(zhǎng)了設(shè)備維修周期和使用壽命，提高了設(shè)備的MTBF（平均故障維修時(shí)間）值，而且減少了對(duì)電網(wǎng)沖擊，提高了系統(tǒng)的可靠性。
參考文獻(xiàn) 李佐周 主編《制冷與空調(diào)設(shè)備原理及維修》.高等教育出版社。
2、王兆義 編著《小型可編程控制器實(shí)用技術(shù)》.機(jī)械工業(yè)出版社。
3、三菱變頻器.《A540用戶使用手冊(cè)》。
4、三菱PLC.《FX2N編程手冊(cè)》。