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摘要：中央空调系统的节能运行在建筑节能方面已成为一个重要课题，进行系统节能改造意义重大。文章介绍了一种功能强大的控制器的应用，探讨了中央空调系统的节能改造，以期降低中央空调系统的电能损耗，实现中央空调系统节能的目的，具有一定的参考价值。
关键词：中央空调；节能改造；控制器；节能降耗
目前，能源供应的紧张对我国的经济发展和社会生活产生的巨大冲击，节约能源成为了人类共同的使命。与此同时，随着科技不断进步和发展，中央空调系统已经应用到各个工业领域，耗能也十分的惊人，约占建筑总能耗的40%至60%，并且存在能源浪费严重的现象。因此，如何采取合适的技术对中央空调系统进行节能改造，以提高运行效率，减少能耗，是一个急需解决的问题。下面，文章就中央空调运行系统节能改造进行了相关的论述。
1 Honeywell-SBC PCD系列PLC
Honeywell-SBC PCD系列PLC，具有强大的控制功能、经典的编程模式、复杂的数据结构等。该控制器将微处理器、集成电源、输入和输出电路、内置PROFINET接口、高速运动控制I/O以及板载模拟量输入组合到一个设计紧凑的外壳中以形成功能强大的控制器。控制器使用灵活、功能强大，设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集，这些优势的组合使它成为自动化应用中的完美解决方案，决定了Honeywell-SBC PCD系列PLC具有强大的功能，特别是它的以太网通信功能，顺应了工业信息化和高度自动化中的发展要求。
2 中央空调控制系统的设计
2.1 中央空调控制控制回路
根据节能的需要，中央空调冷冻水变流量控制控制回路设计成图1的结构。
某小型超市的中央空调控制系统是以温差来调节的闭环控制系统，实现对冷冻泵的流量、流速控制任务，从而达到控制房间温度和其它参数的目的。
2.2控制系统的组成
温度设定由上位机根据工作要求通过以太网交换机给出，温度调节器采用Honeywell-SBC PCD系列PLC，执行元件由1个MM440变频器、3台异步电动机、2台冷冻机主机，6台冷冻水水泵（3用3备用，每台功率为22千瓦）和盘管组成，进出水温度由2个PT100温度传感器检测，SM1231模拟量输入输出模块完成盘管后端温度模拟量的A/D转换，SM1234模拟量输入输出模块将数字量转换为模拟量，并将PLC根据温差确定的频率值传送至MM440变频器，控制异步电动机进行调速，RS－485串行口主要用以在组态中的精简面板显示变频器的工作状态。上位机主要有两个作用，一是设定空调的工作温度，二是监视现场设备的工作状态。控制系统电气原理图见图2。
2.3 中央空调变频原理
在中央空调水系统中，最主要的运行设备是水泵。由水泵学比例定律可知，对于同一台水泵，当以不同转速运行时，水流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，由此可见，当降低转速时，功率的减少量远比流量的减少量大得多。因此，控制水泵的转速可以有效地控制水泵的消耗功率，这就是中央空调系统高效节能的理论基础。要控制水泵的转速就必须控制异步电动机的转速，异步电机的实际转速可由下式给出：
n＝n0（1－s）＝60f/p（1－s） （3－1）
式中：n——电动机实际转速；s——异步电动机的转差率。
由式（2.2）可知，改变参数ｆ，S中的任意一个就可以改变电动机的转速，即对异步电动机进行调速控制。因此，可以通过改变该电源的频率来实现对异步电动机的调速控制。
2.4 中央空调控制系统的PID调节
PID调节不需要建立系统的数学模型，就可以实现系统的调节，因此获得了广泛应用。PID调节器是一种线性调节器，它将给定值r（t）与实际输出值c（t）的偏差e（t）的比例（P）、积分（I）、微分（D）通过线性组合构成控制量，PID调节规律为：
式中e（t）＝r（t）－c（t），其中KP＝20～60％，积分时间常数取值范围TI＝180～600s，微分时间常数TD＝3～180s；这些取值都是经验性的，而且各参数的预置是相辅相成的。
PID参数的工程整定方法主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。两种方法各有其特点，其共同点都要经过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定，工程上一般采用的是临界比例法。参数整定时，应根据实际情况进行如下细调：被控物理量在目标值附近振荡，首先加大积分时间I，如仍有振荡，可适当减小比例增益P。被控物理量在发生变化后难以恢复，首先加大比例增益P，如果恢复仍较缓慢，可适当减小积分时间I，还可加大微分时间D。
中央空调冷冻水温度PID控制采用Honeywell-SBC PCD系列PLC工艺对象模块中的PID来实现，其组态画面简单明了，比S7－200PLC组态画面更加友好，参数和状态的组态都很方便。
3 系统软件的设计
上位机软件设计是按照C/S结构进行的，其中OPC服务器的开发是关键。
3.1 上位机监控软件
上位机软件主要完成对中央空调现场设备运行状态的设定和监视，设计客户端和OPC服务器等软件，其软件开发的接口为一般选与PLC相匹配的OPCSiemensDAAutomation类。该软件还有与照明、配电、消防等系统的通讯接口，可以实时监控这些设备的运行情况，及时调整耗电设备的运行参数，定时记录运行数据，为以后作进一步的能源分析和管理提供原始数据。其工作流程较为简单，见图4。
3.2 下位机软件设计
下位机软件主要对空调系统中的各设备进行现场控制，可分为冷冻机房变频控制系统和空调机房控制系统的程序设计，空调机房的PLC程序设计又可分为AHU单元PLC控制和水循环PLC控制的设计。PLC主程序流程图见图4。
4 上位机与下位机Honeywell-SBC PCD系列PLC软件接口的实现
在空调控制系统中，上位机PC和下位机Honeywell-SBC PCD系列的PLC是通过ＲＪ45网络硬件接口进行以太网通信的，上位机和下位机软件通信采用了TCP/IP协议标准。标准为Windows应用程序和现场过程控制设备程序之间建立了桥梁。由于COM与语言、操作系统的无关性，在实现时不需要特定的语言和操作系统，只要按照COM规范开发即可。
在工程实现中，可将TCP/IP协议技术和以太网技术通过。Net平台进行融合，有效解决了上位机和下位机因软件接口不同而导致的不能通信问题，实现了空调控制系统的信息化和自动化。
5 结语
总之，降低空调系统的电能消耗对于节能减排意义和作用是不言而喻的。中央空调系统的节能潜力大，节能改造后的效益也是非常明显的，关键是如何挖掘。文章介绍的这种先进的空调控制技术，节能明显的同时改善了空调系统的运行质量，实现了空调控制系统的信息化和自动化，并降低了施工成本，具有较大的推广价值，可供参考。
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论文作者:刘平
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/18
标签：中央空调论文; 控制系统论文; 转速论文; 节能论文; 上位论文; 空调系统论文; 组态论文; 《基层建设》2016年8期论文;