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1、引言

通過電氣控制手段，制冷空調(diào)設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)以及運(yùn)行過程中的節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性提升均可獲得有力支持，但筆者在實(shí)際調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，電氣控制手段落后的情況仍廣泛存在于我國(guó)制冷空調(diào)設(shè)備電氣控制領(lǐng)域，為了盡可能提升制冷空調(diào)設(shè)備電氣控制水平，本文圍繞該課題開展具體研究。

2、制冷空調(diào)設(shè)備控制方式

2.1 機(jī)械控制

作為較為傳統(tǒng)的制冷空調(diào)設(shè)備控制方式，機(jī)械控制主要以開關(guān)、接觸器作為控制元件，電動(dòng)機(jī)則為控制提供動(dòng)力，相應(yīng)的控制工作也需要通過人為的方式完成。在應(yīng)用機(jī)械控制的制冷空調(diào)設(shè)備控制中，人工感應(yīng)溫度屬于控制的關(guān)鍵，但隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的快速發(fā)展，機(jī)械控制已無法滿足制冷空調(diào)設(shè)備控制需要，控制能力較差、易引發(fā)安全事故屬于該控制方式存在的不足，這些都使得機(jī)械控制方式逐漸被淘汰[1]。

2.2 電子元件控制

電子元件控制屬于現(xiàn)階段較為常見的制冷空調(diào)設(shè)備電氣控制方式之一，該控制方式的應(yīng)用需得到集成電路中硬件的支持，接觸器、繼電器器件的控制以此即可實(shí)現(xiàn)。在制冷空調(diào)設(shè)備的電子元件控制中，該控制可基于實(shí)際情況自動(dòng)設(shè)置精準(zhǔn)溫度，并能夠在溫度值出現(xiàn)變化時(shí)自動(dòng)采取相應(yīng)制動(dòng)措施，這些都使得電子元件控制具備較高的安全性和穩(wěn)定性。

2.3 智能控制

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展?；谖㈦娔X、控制系統(tǒng)的智能化控制方式廣泛應(yīng)用于我國(guó)各領(lǐng)域，該控制方式也屬于制冷空調(diào)設(shè)備的主流控制方式。在智能控制支持下，電氣器件信息處理和控制功能可合理融入機(jī)械裝置中，信息、電子、機(jī)械等各項(xiàng)技術(shù)的合理應(yīng)用自然能夠?qū)崿F(xiàn)制冷空調(diào)設(shè)備的最優(yōu)化控制。智能控制屬于自動(dòng)化程度較高的控制方式，其具備的自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)控制、自動(dòng)補(bǔ)償功能可保證制冷空調(diào)設(shè)備始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，其性能也能夠由此實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)足提升，由此可見智能控制的應(yīng)用價(jià)值[2]。

3、基于能效優(yōu)化的制冷空調(diào)設(shè)備電氣控制

3.1 結(jié)構(gòu)與原理分析

為提升研究的實(shí)踐價(jià)值，本文選擇某高層建筑的中央空調(diào)制冷系統(tǒng)作為研究對(duì)象，該系統(tǒng)由制冷主機(jī)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、末端風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)組成。結(jié)合相關(guān)研究不難發(fā)現(xiàn)，變水量控制系統(tǒng)、可變冷媒控制系統(tǒng)、變風(fēng)量控制系統(tǒng)、冷凍水變流量控制系統(tǒng)、冷卻水變流量節(jié)能控制系統(tǒng)均屬于較為常見的中央空調(diào)制冷系統(tǒng)節(jié)能控制方式，本文研究則基于中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的傳統(tǒng)節(jié)能指標(biāo)、能效指標(biāo)、水系統(tǒng)能效影響因子，提出了基于能效優(yōu)化的電氣控制設(shè)計(jì)。

3.2 硬件設(shè)計(jì)

3.2.1 整體設(shè)計(jì)

在中央空調(diào)冷凍機(jī)房設(shè)置控制系統(tǒng)，主控柜配置機(jī)架式SC501PLC，冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵各配置一臺(tái)SC20PLC，冷機(jī)通訊卡負(fù)責(zé)主機(jī)與主站PLC通訊，從站的PLC運(yùn)行狀態(tài)直接由主站PLC控制，從站PLC則負(fù)責(zé)輔助設(shè)備的控制，如通過控制繼電器實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)、水泵啟、停及變頻運(yùn)行，圖1為基于能效優(yōu)化的制冷空調(diào)設(shè)備電氣控制結(jié)構(gòu)圖。結(jié)合圖1，即可開展主控柜結(jié)構(gòu)及配電圖、SC501PLC模塊、SC20PLC模塊、電動(dòng)蝶閥、變頻器的硬件設(shè)計(jì)。

圖1 基于能效優(yōu)化的制冷空調(diào)設(shè)備電氣控制結(jié)構(gòu)圖

3.2.2 PLC 設(shè)計(jì)

SC501PLC模塊、SC20PLC模塊的設(shè)計(jì)如下：

（1）SC501模塊設(shè)計(jì)。該模塊采用24V直流供電，并與冷卻泵進(jìn)水壓力傳感器、冷卻泵出水壓力傳感器接線連接，冷凍水總管流量、冷凍水供水總管壓力、冷凍水回水總管壓力、冷凍水供水總管溫度、冷凍水回水總管溫度、冷卻水進(jìn)水總管溫度、冷卻水出水總管溫度、室外溫度均能夠接入SC501模塊。

（2）SC20PLC模塊設(shè)計(jì)。整個(gè)中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷卻水泵、冷凍水平均SC20型號(hào)的PLC作為控制器，在接收主站指令、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)反饋支持下，SC20PLC可開展變頻器頻率控制，中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的節(jié)能將由此實(shí)現(xiàn)。其中，SC20PLC模塊需連接控制電源、斷路器、控制器電源、頻率表電源、變頻信號(hào)回路，并由此開展緊急旁路控制、接觸器控制、系統(tǒng)故障指示[3]。

3.2.3 主控柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主控柜屬于基于能效優(yōu)化的制冷空調(diào)設(shè)備電氣控制核心之一，采用了長(zhǎng)800mm、寬600mm、高1000mm的立式柜子作為主控柜，柜體分上中下三部分，柜子頂部中央開孔用于安裝散熱風(fēng)扇，其中上部、中部、下部分別用于安裝開關(guān)電源和斷路器、主控PLC、接線端子。

3.2.4 電動(dòng)蝶閥與變頻器控制設(shè)計(jì)

具體設(shè)計(jì)如下：

（1）電動(dòng)蝶閥控制設(shè)計(jì)。電動(dòng)蝶閥存在就地控制與遠(yuǎn)程控制兩種控制模式，在基于能效優(yōu)化的制冷空調(diào)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)維護(hù)或升級(jí)時(shí)，可應(yīng)用就地控制進(jìn)行電動(dòng)蝶閥控制，遠(yuǎn)程控制則用于一般情況下的控制。

（2）變頻器控制設(shè)計(jì)。該環(huán)節(jié)控制需重點(diǎn)關(guān)注變頻器電源進(jìn)線和電機(jī)動(dòng)力線，以此避免二者接反，否則將導(dǎo)致變頻器的燒毀，其中71、72管腳分別用于0～10V輸出、4～20mA輸出，485+與485-則用于作為變頻器的通訊接口并需要采用帶屏蔽線的通訊線。

3.3 軟件設(shè)計(jì)

3.3.1 整體設(shè)計(jì)

基于能效優(yōu)化的制冷空調(diào)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，即可開展系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，由于制冷站主控制柜為中央調(diào)度中心，因此其需要負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)采集的流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)分析，并以此進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)負(fù)荷狀態(tài)的分析與計(jì)算，通過統(tǒng)一分配冷卻塔控制柜、冷卻泵控制柜、冷凍泵控制柜功能，即可保證基于能效優(yōu)化的制冷空調(diào)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)安全、有序運(yùn)行，冷卻水總管流量、冷凍水總管流量、冷卻水總管壓力、冷凍水總管壓力、冷卻塔風(fēng)機(jī)瞬時(shí)電功率、冷卻泵瞬時(shí)電功率、冷凍泵瞬時(shí)電功率、冷水機(jī)組瞬時(shí)電功率、室外環(huán)境溫濕度、冷凍水供回水總管溫差、冷卻水供回水總管溫差屬于用于分析和計(jì)算的主要數(shù)據(jù)。

3.3.2 系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)鎖控制設(shè)計(jì)

為了保證基于能效優(yōu)化的制冷空調(diào)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)在開始、停止運(yùn)行時(shí)均可按照嚴(yán)格遵循特定順序，必須開展系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)鎖控制設(shè)計(jì)，其中系統(tǒng)設(shè)備的啟動(dòng)順序可概括為：“開始→開啟電動(dòng)蝶閥→冷卻塔蝶閥開到位→開啟冷卻塔→冷卻泵蝶閥開到位→開啟冷卻泵→冷凍泵蝶閥開到位→開啟冷凍泵→水泵延時(shí)完成→開啟冷機(jī)→結(jié)束”，而系統(tǒng)設(shè)備的停止順序則可以概括為：“開始→關(guān)閉冷機(jī)→冷機(jī)關(guān)閉完畢→水泵稀釋運(yùn)行→關(guān)閉冷卻塔→冷卻水泵稀釋完畢→關(guān)閉冷卻水泵→冷凍水泵稀釋完畢→關(guān)閉冷凍水泵→關(guān)閉電動(dòng)蝶閥→結(jié)束”。

3.3.3 制冷主機(jī)、主機(jī)加載控制設(shè)計(jì)

除上述設(shè)計(jì)外，基于能效優(yōu)化的制冷空調(diào)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)還包括制冷主機(jī)控制設(shè)計(jì)、主機(jī)加載控制設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)如下：

（1）制冷主機(jī)控制設(shè)計(jì)。制冷主機(jī)的開機(jī)控制流程可概括為：“開始→負(fù)荷計(jì)算→回水溫度＞13.5℃→冷機(jī)負(fù)荷＞95%→需開冷機(jī)→冷機(jī)啟動(dòng)→結(jié)束”，停止控制流程則為：“開始→負(fù)荷計(jì)算→回水溫度＜10.5℃→冷機(jī)負(fù)荷＜60%→需關(guān)冷機(jī)→冷機(jī)關(guān)閉→結(jié)束”，該設(shè)計(jì)是為了最大化主機(jī)能效，建筑瞬時(shí)冷負(fù)荷的計(jì)算屬于其中關(guān)鍵。

（2）主機(jī)加載控制設(shè)計(jì)。中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備多為大功率設(shè)備，這就使得其設(shè)備的加載順序有著較為嚴(yán)格的要求，因此設(shè)計(jì)人員確定了如下設(shè)備的加載順序：“開始→回水溫度＞13.5℃→平均負(fù)荷＞95%→延長(zhǎng)時(shí)間＞20min→啟動(dòng)冷卻水泵并延時(shí)→開啟冷卻水閥門→啟動(dòng)冷凍水泵并延時(shí)→開啟冷凍水閥門→閥門開到位→加載冷機(jī)→結(jié)合”，由此即可避免停機(jī)、事故的發(fā)生。

3.3.4 程序與界面設(shè)計(jì)

采用了SCWinPP編程軟件用于中央空調(diào)主控柜程序編寫，由此即可開展主控制器IP配置、I/O模塊配置、程序的上傳與下載等內(nèi)容的設(shè)計(jì)；中央空調(diào)系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)則采用了北京亞控公司的組態(tài)王軟件作為上位機(jī)軟件，由此即可開展系統(tǒng)流程監(jiān)控、設(shè)備控制臺(tái)、冷機(jī)參數(shù)、PID參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)控制模式等界面的設(shè)計(jì)。

3.4 節(jié)能效果分析

基于能效優(yōu)化的制冷空調(diào)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)于2017年10月投入運(yùn)用，至本文撰寫前（2018年8月6日），該系統(tǒng)共節(jié)約193323.09kW?h電能，節(jié)約電費(fèi)185574.64元，可見該系統(tǒng)具備的較高應(yīng)用價(jià)值。

4、結(jié)論

綜上所述，制冷空調(diào)設(shè)備的電氣控制具備較高現(xiàn)實(shí)意義，在此基礎(chǔ)上，本文涉及的結(jié)構(gòu)與原理分析、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、節(jié)能效果分析等內(nèi)容，則提供了可行性較高的制冷空調(diào)設(shè)備電氣控制路徑，而為了實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的電氣控制，水泵的變流量策略、冷卻塔的節(jié)能改造均需要得到重點(diǎn)關(guān)注。

參考文獻(xiàn)

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