畢業(yè)論文題目PLC控制中央空調(diào)節(jié)能改造設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師答辯日期目錄摘要.1第一章緒論.21.1課題背景.21.2問(wèn)題的提出.21.2.1原系統(tǒng)簡(jiǎn)介.21.2.2原系統(tǒng)的運(yùn)行及存在問(wèn)題.3第二章中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能可行性分析.42.1中央空調(diào)原理圖及各結(jié)構(gòu)的作用.42.1.1制冷主機(jī)：.42.1.2冷凍水泵：.42.1.3冷卻水泵：.52.1.4冷卻塔：.52.1.5風(fēng)機(jī)盤管：.52.2中央空調(diào)現(xiàn)狀.52.3節(jié)能的可行性分析.6第三章中央空調(diào)系統(tǒng)主控制器.73.1PLC的發(fā)展.73.2PLC的特點(diǎn).83.2.1編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)，指令豐富.83.2.2功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高.83.2.3硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng).83.2.4無(wú)觸點(diǎn)面配線，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng).83.2.5系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少.83.2.6維修工作量小，維修方便.83.2.7體積小，功耗低.93.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域.93.3.1開(kāi)關(guān)量邏輯控制.93.3.2運(yùn)動(dòng)控制.93.3.3閉環(huán)過(guò)程控制.93.3.4數(shù)據(jù)處理.93.3.5通訊聯(lián)網(wǎng).93.4PLC的組成.10第四章基于PLC控制的中央空調(diào)系統(tǒng).124.1PLC控制系統(tǒng)I/O配置表.154.2冷凍水系統(tǒng)控制.164.2.1冷凍水系統(tǒng)邏輯控制：.164.2.2冷凍水系統(tǒng)PID控制：.174.2.3冷凍水系統(tǒng)電量監(jiān)控：.174.2.4冷凍水系統(tǒng)通訊控制：.174.3冷卻水系統(tǒng)控制.194.3.1冷卻水系統(tǒng)邏輯控制：.194.3.2冷卻水系統(tǒng)PID控制：.194.3.3冷卻水系統(tǒng)電量監(jiān)控：.194.3.4冷卻水系統(tǒng)通訊控制：.194.4冷卻塔系統(tǒng)控制.204.4.1冷卻塔系統(tǒng)邏輯控制：.204.4.2冷卻塔系統(tǒng)PID控制：.214.4.3冷卻塔系統(tǒng)電量監(jiān)控：.214.4.4冷卻塔系統(tǒng)通訊控制：.21第五章PLC與變頻器控制設(shè)計(jì).225.1三菱FR-F540-37K-CH變頻器主要參數(shù)的設(shè)定.225.2三菱PLCFX2N-64MR與FR-F540-37K-CH變頻器的接線以及I/O分配.225.2.1I/O分配：.225.2.2PLC與變頻器接線圖：.235.2.3完整梯形圖:.275.2.4指令表:.30第六章節(jié)能改造前后運(yùn)行效果比較.376.1節(jié)能效果及投資回報(bào).376.2對(duì)系統(tǒng)的正面影響.37結(jié)論:.38參考文獻(xiàn):.38致謝:.38PLC控制中央空調(diào)實(shí)現(xiàn)節(jié)能第1頁(yè)共41頁(yè)摘要中央空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設(shè)施之一，電能的消耗非常大，約占建筑物總電能消耗的50%。由于中央空調(diào)系統(tǒng)都是按最大負(fù)載并增加一定余量設(shè)計(jì)，而實(shí)際上在一年中，滿負(fù)載下運(yùn)行最多只有十多天，甚至十多個(gè)小時(shí)，幾乎絕大部分時(shí)間負(fù)載都在70%以下運(yùn)行。通常中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍主機(jī)的負(fù)荷能隨季節(jié)氣溫變化自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載，而與冷凍主機(jī)相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載，幾乎長(zhǎng)期在100%負(fù)載下運(yùn)行，造成了能量的極大浪費(fèi)，也惡化了中央空調(diào)的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行質(zhì)量。隨著變頻技術(shù)的日益成熟，利用變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成溫差閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，達(dá)到節(jié)能目的提供了可靠的技術(shù)條件。關(guān)鍵詞：PLC中央空調(diào)閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)第2頁(yè)共41頁(yè)第一章緒論1.1課題背景中央空調(diào)是現(xiàn)代大型建筑物如賓館、商場(chǎng)、辦公樓、居民小區(qū)、工廠和其它大型建筑不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施之一，它能帶給人們四季如春，溫馨舒適的每一天。中央空調(diào)是一種通過(guò)集中制冷，然后分別將冷量輸送到各空調(diào)房間的設(shè)備，以調(diào)節(jié)各個(gè)空調(diào)房間內(nèi)溫度達(dá)到適合人辦公或者生活。作為建筑內(nèi)部重點(diǎn)耗能設(shè)備，中央空調(diào)系統(tǒng)的耗電一般要占整座建筑電耗的40%以上。而中央空調(diào)機(jī)組是以滿足使用場(chǎng)所的最大冷熱量來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而在實(shí)際應(yīng)用中絕大多數(shù)用戶在使用時(shí)，冷熱負(fù)荷是變化的，一般與最大設(shè)計(jì)供冷熱量存在著很大的差異，系統(tǒng)各部分90%以上運(yùn)行在非滿載額定狀態(tài)。傳統(tǒng)的中央空調(diào)水、風(fēng)系統(tǒng)均采用調(diào)節(jié)閥門或風(fēng)門開(kāi)度的方式來(lái)調(diào)節(jié)水量和風(fēng)量，這種調(diào)節(jié)方式的缺點(diǎn)不僅是消耗大量能量，而且調(diào)節(jié)品質(zhì)難以達(dá)到理想狀態(tài)而導(dǎo)致空調(diào)的舒適度不良。中央空調(diào)變頻節(jié)能改造投資價(jià)值極高，用戶用于該產(chǎn)品的全部投資，可在很短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)減少能耗支出予以回收。投資收益率根據(jù)日運(yùn)行時(shí)間不同，在2540%之間。應(yīng)用交流變頻技術(shù)通過(guò)對(duì)中央空調(diào)的末端空調(diào)風(fēng)機(jī)箱、冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷凍水/冷卻水水泵、甚至主機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速等進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，從而使空調(diào)各子系統(tǒng)風(fēng)量、水流量等負(fù)荷工況參數(shù)按負(fù)荷情況得到適時(shí)調(diào)節(jié)，不但能改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，達(dá)到閥門、風(fēng)門節(jié)/回流調(diào)節(jié)、變極調(diào)速等落后調(diào)節(jié)方式所不能相比的調(diào)節(jié)性能，改善空調(diào)的舒適性；更能達(dá)到節(jié)約大量電能，降低設(shè)備運(yùn)行噪聲，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、減輕設(shè)備維護(hù)工作量及費(fèi)用的理想運(yùn)行效果。通過(guò)變頻控制調(diào)節(jié)，中央空調(diào)系統(tǒng)的水、風(fēng)系統(tǒng)耗電水平可降低30%60%，主機(jī)系統(tǒng)可節(jié)電10%以上，總體系統(tǒng)節(jié)電可達(dá)40%左右。用戶可在設(shè)備投運(yùn)后幾個(gè)運(yùn)行期后，即可從節(jié)省的電費(fèi)支出中收回投資。因此中央空調(diào)用戶應(yīng)用變頻節(jié)能控制系統(tǒng)不僅有著良好的直接經(jīng)濟(jì)收益，還能達(dá)到節(jié)約能源消耗，有利于環(huán)境保護(hù)的社會(huì)效益。1.2問(wèn)題的提出1.2.1原系統(tǒng)簡(jiǎn)介中央空調(diào)一般包含以下組成部分：制冷系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)以及風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，某些高級(jí)中央空調(diào)系統(tǒng)還有新風(fēng)機(jī)，通過(guò)控制室內(nèi)CO2含量適量引入室外新風(fēng)，讓在室內(nèi)活動(dòng)的人感到舒適。中央空調(diào)系統(tǒng)改造前的主要設(shè)備和控制方式：450冷噸冷氣主機(jī)2臺(tái)，型號(hào)為特靈二極式離心機(jī)，兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行；冷凍水泵和冷卻水泵各有3臺(tái)，型號(hào)均為TS-200-150315，揚(yáng)程32米，配用功率37KW。均采用兩用一備的方式運(yùn)行。冷卻塔3臺(tái)，風(fēng)扇電機(jī)7.5KW，并聯(lián)運(yùn)行。第3頁(yè)共41頁(yè)1.2.2原系統(tǒng)的運(yùn)行及存在問(wèn)題由于中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須按天氣最熱、負(fù)荷最大時(shí)設(shè)計(jì)，且留有10%-20%左右的設(shè)計(jì)余量。其中冷凍主機(jī)可以根據(jù)負(fù)載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負(fù)載變化作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。這樣，冷凍水、冷卻水系統(tǒng)幾乎長(zhǎng)期在大流量、小溫差的狀態(tài)下運(yùn)行，造成了能量的極大浪費(fèi)。而且冷凍、冷卻水泵采用的均是Y起動(dòng)方式，電機(jī)的起動(dòng)電流均為其額定電流的34倍，在如此大的電流沖擊下，接觸器的使用壽命大大下降；同時(shí)，啟動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊和停泵時(shí)的水錘現(xiàn)象，容易對(duì)機(jī)械器件、軸承、閥門和管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備件費(fèi)用。另外,由于冷凍泵軸輸送的冷量不能跟隨系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷的變化，其熱力工況的平衡只能由人工調(diào)整冷凍主機(jī)出水溫度，以及大流量小溫差來(lái)掩蓋。這樣，不僅浪費(fèi)能量，也惡化了系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行質(zhì)量。特別是在環(huán)境溫度偏低、某些末端設(shè)備溫控稍有失靈或靈敏度不高時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致大面積空調(diào)室溫偏冷，感覺(jué)不適，嚴(yán)重干擾中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。因?yàn)榭照{(diào)偏冷的問(wèn)題經(jīng)常遇到各種想不到的問(wèn)題造成不少人力資源的浪費(fèi)。本人提出：“利用變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等構(gòu)成的溫差閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。對(duì)冷凍、冷卻水泵進(jìn)行改造，以節(jié)約電能?！钡?頁(yè)共41頁(yè)第二章中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能可行性分析2.1中央空調(diào)原理圖及各結(jié)構(gòu)的作用圖2-1中央空調(diào)結(jié)構(gòu)原理圖2.1.1制冷主機(jī)：制冷主機(jī)通過(guò)壓縮機(jī)讓制冷劑迅速冷凍循環(huán)水的溫度快速降低（一般經(jīng)過(guò)制冷主機(jī)制冷后的水溫在7左右），這是中央空調(diào)冷源提供的地方，通過(guò)制冷主機(jī)冷凍的冷媒水由冷凍水泵送入空調(diào)房間。2.1.2冷凍水泵：制冷主機(jī)的制冷劑被降到冷卻水的溫度后，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥，溫度變的更低，這時(shí)用水將冷量帶走，這部分水稱為冷凍水，冷凍水帶走制冷劑的冷量后，再到空調(diào)系統(tǒng)末端（如風(fēng)機(jī)盤管，空調(diào)機(jī)組）與空氣換熱，溫度升高后再回到冷水機(jī)組內(nèi)帶走制冷劑冷量，這樣構(gòu)成冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)上的泵稱為冷凍水泵。第5頁(yè)共41頁(yè)2.1.3冷卻水泵：制冷劑在冷水機(jī)組里循環(huán)，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)是溫度升高，這時(shí)用水將溫度降下來(lái)，這部分水稱為冷卻水，冷卻水通過(guò)冷冷卻水泵把制冷主機(jī)所產(chǎn)生的熱量帶走，再經(jīng)過(guò)冷卻塔把熱量釋放到空氣中，然后回到冷水機(jī)組，這樣構(gòu)成一個(gè)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)上的泵是冷卻水泵。要清楚，空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)三個(gè)循環(huán)把室內(nèi)的熱量傳到室外：冷凍水循環(huán)，制冷劑循環(huán)，冷卻水循環(huán)。2.1.4冷卻塔：冷卻塔是利用水和空氣的接觸，通過(guò)蒸發(fā)作用來(lái)散去制冷主機(jī)所產(chǎn)生的廢熱的一種設(shè)備。通過(guò)冷卻水泵將溫度較高的水送上冷卻塔，通過(guò)冷卻塔噴頭，讓水自上而下流動(dòng)，一方面，通過(guò)自然空氣帶走水中熱量；另一方面，通過(guò)冷卻風(fēng)機(jī)帶動(dòng)空氣加速運(yùn)動(dòng)，通過(guò)空氣帶走熱量的同時(shí)加快蒸發(fā)，讓水溫降低。溫度降低后的冷卻水再次循環(huán)進(jìn)入制冷主機(jī)，帶走制冷主機(jī)產(chǎn)生的廢熱，如此循環(huán)。2.1.5風(fēng)機(jī)盤管：風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)是將由風(fēng)機(jī)和盤管組成的機(jī)組直接放在房間內(nèi)，工作時(shí)盤管內(nèi)根據(jù)需要流動(dòng)熱水或冷水，風(fēng)機(jī)把室內(nèi)空氣吸進(jìn)機(jī)組，經(jīng)過(guò)過(guò)濾后再經(jīng)盤管冷卻或加熱后送回室內(nèi)，如此循環(huán)以達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度的目的。2.2中央空調(diào)現(xiàn)狀通常在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，建筑物的中央空調(diào)系統(tǒng)通常按極端環(huán)境條件去計(jì)算空調(diào)負(fù)荷，即以其最大冷（熱）負(fù)荷的1.11.5倍去確定空調(diào)主機(jī)及外圍設(shè)備的額定容量。然而由于氣候條件、環(huán)境溫度、使用時(shí)間、空調(diào)房間內(nèi)人數(shù)等因素的變化，實(shí)際出現(xiàn)最大冷（熱）負(fù)荷的時(shí)間，每年不超過(guò)10h20h?？照{(diào)冷凍、冷卻水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程和流量比實(shí)際需要的揚(yáng)程和流量高出很多，空調(diào)風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)供風(fēng)量也比實(shí)際需要的風(fēng)量大，只要啟動(dòng)中央空調(diào)主機(jī)，水泵和風(fēng)機(jī)都在工頻50HZ下運(yùn)行，也就是一直在滿負(fù)荷狀態(tài)下工作，從而造成整個(gè)系統(tǒng)的能源利用效率比較低，導(dǎo)致電能的嚴(yán)重浪費(fèi)，這也是中央空調(diào)節(jié)能的可行性之所在。利用節(jié)能裝置可大大降低水泵電機(jī)運(yùn)行頻率，從而降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，使循環(huán)水流量恰到好處地根據(jù)空調(diào)房間的需要與制冷量實(shí)時(shí)匹配，從而輕而易舉地將部分電能節(jié)約下來(lái)。特別是對(duì)長(zhǎng)年運(yùn)行在日夜變化，季節(jié)變化，使用面積的變化而引起制冷量需求變化的系統(tǒng)，節(jié)能效果更為明顯。中央空調(diào)系統(tǒng)的工作過(guò)程是一個(gè)不斷進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換以及熱交換的過(guò)程。其理想運(yùn)行狀態(tài)是：在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中,在冷凍泵的作用下冷凍水流經(jīng)冷凍主機(jī)，在蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換，被吸熱降溫后（7。C）被送到終端盤管風(fēng)機(jī)或空調(diào)風(fēng)機(jī)，經(jīng)表冷器吸收空調(diào)室內(nèi)空氣的熱量升溫后（12。C），再由冷凍泵送到主機(jī)蒸發(fā)器形成閉合循環(huán)。在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中,在冷卻泵的作用下冷卻水流經(jīng)冷凍機(jī)，在第6頁(yè)共41頁(yè)冷凝器吸熱升溫后（37。C）被送到冷卻塔，經(jīng)風(fēng)扇散熱后（32。C）再由冷卻泵送到主機(jī)，形成循環(huán)。在這個(gè)過(guò)程里，冷凍水、冷卻水作為能量傳遞的載體，在冷凍泵、冷卻泵得到動(dòng)能不停地循環(huán)在各自的管道系統(tǒng)里，不斷地將室內(nèi)的熱量經(jīng)冷凍機(jī)的作用，由冷卻塔排出。如圖1-1所示。在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，冷凍泵、冷卻泵的裝機(jī)容量是取系統(tǒng)最大負(fù)荷再增加10%20%余量作為設(shè)計(jì)安全系數(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水、冷卻水循環(huán)用電約占系統(tǒng)用電的12%24%，而在冷凍主機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，冷卻水、冷凍水循環(huán)用電就達(dá)30%40%。因此，實(shí)施對(duì)冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的能量自動(dòng)控制是中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造及自動(dòng)控制的重要組成部分。2.3節(jié)能的可行性分析風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載：P（負(fù)載）=Q（流量）H（揚(yáng)程），當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)腘降至N時(shí)，流量Q，揚(yáng)程H及軸功率P的關(guān)系如下：Q=Q（N/N）H=H（N/N）2，P=P（N/N）3根據(jù)上面公式可以看出，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，流量按線性關(guān)系變化，而電功率按立方關(guān)系方式變化，例如，電機(jī)功率為15KW，當(dāng)其轉(zhuǎn)