PLC和变频器在中央空调系统中的节能应用 摘要:介绍一种以PLC作为总控制部件，采用变频器控制中央空调冷冻水循环泵，构成恒压 循环供水；变频调速循环供水，以及用PLC控制一台软起动器分别起动4台井水泵的控制系统。 从而实现节能的目的，提高系统的可靠性，确保设备的安全运行。 关键词：PLC；变频器；软起动器；节能 1引言 晶澳太阳能有限公司采用3台设备制冷机组用 于生产设备制冷，设备冷冻水循环泵2台，额定功 率30kW，一备一用。另采用2台空调制冷机组用 于环境制冷，空调冷冻水循环泵3台，额定功率 37kW，二用一备。两种循环水泵均为工频全速运转， 由于设备冷冻水采用传统的固定节流方式来满足生 产设备恒压供水要求和空调冷冻水采用固定节流的 方式实现调节室内温度的目的，造成了大量电能的 浪费，减短了水泵和阀门的使用寿命。现改造为由 PLC作为核心控制部件，由变频器和设备冷冻水泵 组成恒压供水系统。空调冷冻水根据温差△T控制 原理，由变频器，PID温差控制器，温度变送器， 循环泵组成温差△T控制变频调速系统。 现公司有4口水井，井水泵额定功率为75kW， 采用工频恒速运行。井水统一供给两种制冷机组冷 却水、其他车间用水、消防用水等。由于井水泵的 自耦降压起动方式控制机构宠大，故障率高。现改 造为由PLC控制一台软起动器分别起动4台井水泵 的起动方式。 2硬件配置 设计选用一台PLC作为核心控制部件，控制井 水泵的软起动，设备冷冻水恒压供水和空调冷冻水 的变频调速。其中，PLC选用Siemens公司的s7-200， CPU选用S7-222，电源模块一块，数字扩展模块选 用EM223 24VDC 16输入/16输出。共24个输入点， 22个输出点。数字量输入主要有循环泵手/自动运行 方式的切换，循环水泵和井水泵的手动启/停操作和 井水流量反馈。数字输出点用于19点继电器输出和 两个冷冻水系统故障报警和井水流量报警。 变频器选用MicroMaster430系列2台，一台额 定功率30kW，用于控制设备冷冻水循环泵，另一 台额定功率37kW，用于控制空调冷冻水循环泵。 MicroMaster430系列变频器是风机类和水泵类的专用变频器，它拥有内置PID调节器，可以提高供水 压力的控制精度，改善系统的动态响应。软起动器 选用SIRIUS 3RW40系列一台，额定功率75kW， 用于软起动井水泵。PID温差控制器一台，选用 Transmit（全仕）G-2508系列PID双路温差控制器， 用于设定温差，并将PID处理后的4～20mA的模拟 信号送至变频器。压力变送器一个，用于检测设备 冷冻水的管网压力，并将压力信号反馈给变频器。 温度变送器两个，用于检测蒸发器两端的温度，并 将温度信号送至PID温差控制器。 3控制方案设计 1设备冷冻水恒压供水控制方案设计 控制原理如图2所示，设备冷冻水循环系统是 一个密闭的系统，由1#，2#循环泵供水，供水压力 要求在0±5Mbar。正常情况下，一台循环泵工 频全速运转时，出水压力可达5 Mbar。具有很大 的裕量，为避免电能的浪费，将设备冷冻水循环系 统设计为恒压供水系统。方案设计有手动/自动两种 工作方式。 在手动方式下，工作人员可以根据实际情况现 场决定起/停水泵的变频运行，并设最高优先控制 级，不受PLC的自动控制，以保证检修或出现故障 时的安全使用。 自动方式控制过程：将控制面板上设备冷冻水 泵的手动/自动开关，打到“自动”档，由井水泵的运 行给定PLC设备冷冻水泵的起动信号，PLC控制 KM11吸合，并与变频器通信，由变频器1F软起动 1#循环泵。压力变送器检测设备冷冻水管网压力， 转化为4～20mA的模拟信号反馈至变频器1F，变频器1F通过内置的PID将检测压力与压力给定值 进行比较优化计算，输出运行频率调节1#循环泵 的转速。当压力变送器检测到的管网压力低于给定 压力时，变频器输出频率上升，增加1#泵的转速， 提高管网压力；反之，则频率下降，降低1#水泵的 转速。为防止备用泵在备用期间发生锈蚀现象，在 自动控制方式下，将1#、2#循环泵设置起始/停止周 期，使其自动定时循环使用。 为避免在水泵切换时，管网压力变化过大，应 采取必要的起/停时间协调措施，以尽量保证水压的 稳定，并在切换过程中，对压力检测信号进行一定 延时的“屏蔽”，防止变频器在较高的压力信号下不 起动。切换过程为：当设定的循环周期已到时，屏 蔽压力检测信号。将正在运行的水泵的频率升至 50Hz后切换为工频运行，之后将备用泵变频起动 （备用泵与运行泵不固定），在频率升至30Hz时， 切除工频泵，并取消对压力信号的屏蔽，恢复正常 运行，如此循环。在水泵切换时为了防止KM11与 KM12、KM21与KM22、KM11与KM22误动作同 时吸合发生故障，须将它们电气互锁和程序互锁。 当工作泵发生故障时，则立即停止工作泵，将备用 泵投入变频运行，并输出声光报警，提示工作人员 及时检修，当变频器发生故障时则停止水泵运行立 即输出报警。 2空调冷冻水系统循环泵变频调速控制方案设计 控制原理如图3所示，空调冷冻水系统的供回 水温度之差反映了冷冻水从室内携带热量的情况。 温差大，说明室内温度高，应提高冷冻水泵的转速， 加快冷冻水循环；反之，温差小，说明室内温度低， 可以适当降低冷冻水泵的转速，减缓冷冻水循环。 一般中央空调冷冻水系统设计温差为5oC~7oC。通 过温差△T控制，控制冷冻水系统的循环状态，可 以降低能源损耗，延长水泵的寿命。此外，空调冷 冻水系统是一个密闭的系统不必考虑恒压问题。 差控制器和循环泵温差闭环变频调速系统，控制冷 冻水泵的转速随着室内热负载的变化而变化。工作 过程为：温度变送器1、2分别在空调机组蒸发器输 入和输出端测得温度后，转换为4～20mA的标准信 号送入PID温差控制器，经PID与给定温差值比较 处理后，输出4～20mA的标准信号到变频器2F的 模拟量输入端，变频器2F输出相应频率，调节循环 水泵的转速，达到控制温度的目的，形成一个完整 的闭环控制系统。系统设计为手动和自动两种控制 方式手动方式工作过程与设备冷冻水泵手动工作方 式类似自动控制过程为：将控制面板上的空调冷冻 水循环泵手动/自动控制开关打到“自动”档，系统将 在自动方式下运行，由井水泵的运行给定PLC空调 冷冻水泵起动指令后，首先控制KM31吸合投入3# 循环泵变频运行，由温度变送器1、2检测蒸发器两 端的温度，并将温度信号送到PID温差控制器，PID 温差控制器将检测到的温差与给定温差比较处理后 的标准信号反馈给变频器2F。若检测到的温差大于 温差给定值时，变频器2F提升输出频率，提高水泵 的转速，加快冷冻水的循环；反之，则降低频率， 降低水泵转速。在自动运行方式下，将3台水泵设 定自动循环周期，定时自动循环使用。3台水泵的 开闭顺序为“先开先关”的顺序，当室内热负荷加 大时，若变频器2F的输出频率已升至50Hz，经一 定延时（如20min），当检测温差值仍大于温差给定 值时，通过PLC程序控制，把3#水泵切换为工频运 行，再投入4#水泵变频运行，如此循环，直到变频 运行5#水泵。当3台水泵被全部投入运行，且变频 泵频率已至50Hz，经延时若频率仍没下降，则由 PLC输出报警，提醒工作人员及时修改空调机组设 定值；相反，当室内热负荷减小时，变频器2F降低 输出频率，降低5#泵的转速，当频率降到20Hz时， 若检测温差值仍低于温差给定值时，经延时（如 20min），停止3#泵，依此类推。为保证变频器2F 只控制一台水泵，将KM31、KM41和KM51电气 互锁和程序互锁，同时须将KM31与KM32、KM41 与KM42、KM51与KM52电气互锁。当变频器2F 或水泵发生故障时，由PLC输出声光报警，提示工 作人员及时检修。 3井水泵软起动控制方案设计 如图1所示，利用PLC控制一台软起动器，即 可分别起动4台井水泵将井水泵的运行方式设计为 手动方式。具体控制过程为：按下控制面板上相应的起动按钮，如按下6#泵起动按钮，PLC控制KM61 吸合并运行软起动器，软起动6#井水泵。当软起动 器起动完毕后利用其辅助触点反馈信号给PLC， PLC断开KM61并立即闭合KM62，将6#井水泵切 入工频运行，并停止运行软起动器，依此类推。为 防止软起动器同时起动两台以上的井水泵，须将 KM61、KM71、KM81、KM91电气互锁和程序互 锁，另须将KM61与KM62、KM71与KM72、KM81 与KM82、KM91与KM92电气互锁， 4 S7-200与MM430变频器的通信设置 S7-200PLC作为核心控制部件，它有总线访问 权，可以读取或改写变频器的状态，控制软起动器 的运行状态，从而达到控制和监视设备运行状态的 目的。系统采用总线式拓扑结构，两台变频器采用 总线接插件连入总线。S7-200选用S7-222CPU，软 件采用WIN2。采用西门子Profibus屏蔽电缆及9 针D形网络连接头。利用S7-222的自由通信口功 能，即RS485通信口。由用户程序实现USS协议与 两台MM430变频器通信。在硬件连接完毕后，需 要对两台MM430变频器的通信参数进行设置，如 表1所示。 5软件设计 在应用设计中，PLC起到“总监总控”的角色， 可以对两台变频器的状态进行查询和控制。程序首 先将S7-222的通信口初始化为自由通信口方式，然 后程序进入一个顺序控制逻辑功能块。控制顺序为： 手动起动井水泵，在井水流量满足要求的情况下， 自动运行设备冷冻水循环泵和空调冷冻水循环泵。 在PLC的程序中设计了井水泵的手动软起动井水泵 控制、设备冷冻水循环泵和空调冷冻水循环泵自动 定时循环程序；同时设计了设备冷冻水循环泵和空调冷冻水循环泵的手动控制程序。在本系统中采用 了变频器自身控制的方法，这样就省去了对PLC的 PID算法的编程。 6结论 本系统设计实际应用运行一个夏季后，得出与 上个季度循环水泵电能消耗数据及故障次数如表2 所示。数据显示，系统改造后节能达30%以上，并 且在春，秋、冬季节空调冷冻水循环泵的节能效果 会更加明显，并且故障发生次数大幅下降。因此采 用调速调节流量的方式，可以大幅度降低截流能量 的损耗，具有显著的节能效果，并能延长水泵的寿 命，提高系统运行的稳定性，降低生产成本，提高 生产效率。 参考文献 [1]王仁祥，王小曼变频器在中央空调中的应用通用变 频器选型，应用与维护北京:人民邮电出版社，2002: 176- [2]西门子有限公司MM430通信设置MICROMASTER 430使用大全 [3]蔡行健S7-200模块深入浅出西门子S7-200PLC 北京:北京航空航天出版社，2003:95- [4]原魁，刘伟强变频器基础及应用北京:冶金工业出 版社， [5]罗宇航流行PLC实用程序及设计(西门子S7-200系 列)西安:西安电子科技大学出版社， 叮叮猫进士 回答采纳率:2% 2010-03-24 20:38 随着我国经济的高速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广泛。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关。随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速的发展，其拖动技术已经发展到了变压变频调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。 通过对变频器和PLC的合理选择和设计，大大提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯得到了较为理想的控制和运行效果。并利用旋转编码器发出的脉冲信号构成位置反馈，实现电梯的精确位移控制。通过PLC程序设计实现楼层计数、换速信号、开门控制和平层信号的数字控制，取代井道位置检测装置，提高了系统的可靠性和平层精度。该系统具有先进、可靠、经济的特色。该电梯控制系统具有司机运行和无司机运行的功能，并且具有指层、厅召唤、选层、选向等功能和具有集选控制的特点。 关键词： 电梯； PLC； 变频调速； 旋转编码器 ABSTRACT As China's rapid economic development， exchange of VVVF technology has entered a new era， its application more The elevator as a modern high-rise building the vertical transport， and is closely related to people's lives， as people raise their requirements， the lift has been the rapid development of its technology has developed to drag the PSA Frequency Control， the logic control Also by the PLC to replace the original control Through the PLC chip and a reasonable choice and design， Greatly improving the control of the elevator， the elevator and to improve the operation of comfort， so that the lift has been better control and operation And using a rotary encoder pulse a position feedback， and lift the precise control of PLC program designed to achieve through the floor count， for speed signal， to open the door of peace control of the digital control signals to replace Wells Road location detection devices， improving the reliability of the system accuracy of the The system has advanced， reliable and economic The elevator control system has run drivers and drivers operating without that manual and automatic features， and with that layer， called the Office for the election of the Commission to function， with election-control Keywords: lift ; PLC; VVVF; rotary encoder 目 录 1 绪论 1 1 PLC控制交流变频电梯的简介 1 2 电梯控制的国内外发展现状 2 3 题目选择的来源与意义 3 4 本文所做的主要工作 3 2 电梯设备的介绍 4 1 电梯设备 4 1 电梯的分类 4 2 电梯的主要参数 4 3 电梯的安全保护装置 5 3 变频器的选择及其参数计算 7 1 变频器的分类 7 2 变频器的选择 7 1 变频器品牌型号的选择 7 2 变频器规格的选择 8 3 选择变频器应满足的条件 8 3 VS-616G5型通用型变频器 8 4 变频器有关参数的计算 10 1 变频器容量的计算 10 2 变频器制动电阻的计算 11 4 PLC的选择及硬件开发 12 1 PLC简介 12 2 控制器件的选择 14 1 PLC的选择 14 2 轿厢位置的检测元件 14 3 PLC硬件系统的设计 16 1 设计思路 19 2 I/O点数的分配及机型的选择 21 5 系统软件开发 25 1 电梯的三个工作状态 25 1 电梯的自检状态 25 2 电梯的正常工作状态 25 3 电梯的强制工作状态 26 2 系统的软件开发方法确定 26 1 软件设计特点 26 2 软件流程 27 3 模块化编程 29 3 系统的软件开发 30 1 电路的开关门运行回路 30 2 电梯的外召唤信号的登记消除及显示回路 33 3 利用旋转编码器获取楼层信息 35 4 呼梯铃控制与故障报警 35 5 电梯的消防运行回路 36 结 论 38 致 谢 39 参考文献 40 附录 Ⅰ VS-616G5型变频器的常用参数 41 附录 Ⅱ VS-616G5变频器主要参数设置表 42 附录 Ⅲ 梯形图 43
