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1、引言

通過電氣控制手段，制冷空調(diào)設(shè)備的安全運轉(zhuǎn)以及運行過程中的節(jié)能性與經(jīng)濟性提升均可獲得有力支持，但筆者在實際調(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 機械控制

作為較為傳統(tǒng)的制冷空調(diào)設(shè)備控制方式，機械控制主要以開關(guān)、接觸器作為控制元件，電動機則為控制提供動力，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)濟與社會的快速發(fā)展，機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，該控制可基于實際情況自動設(shè)置精準溫度，并能夠在溫度值出現(xiàn)變化時自動采取相應(yīng)制動措施，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

隨著計算機技術(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械裝置中，信息、電子、機械等各項技術(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。智能控制屬于自動化程度較高的控制方式，其具備的自動調(diào)節(jié)、自動控制、自動補償功能可保證制冷空調(diào)設(shè)備始終處于最佳運行狀態(tài)，其性能也能夠由此實現(xiàn)長足提升，由此可見智能控制的應(yīng)用價值[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

為提升研究的實踐價值，本文選擇某高層建筑的中央空調(diào)制冷系統(tǒng)作為研究對象，該系統(tǒng)由制冷主機、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、末端風機盤管系統(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、能效指標、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。

3.2 硬件設(shè)計

3.2.1 整體設(shè)計

在中央空調(diào)冷凍機房設(shè)置控制系統(tǒng)，主控柜配置機架式SC501PLC，冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵各配置一臺SC20PLC，冷機通訊卡負責主機與主站PLC通訊，從站的PLC運行狀態(tài)直接由主站PLC控制，從站PLC則負責輔助設(shè)備的控制，如通過控制繼電器實現(xiàn)風機、水泵啟、停及變頻運行，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、電動蝶閥、變頻器的硬件設(shè)計。

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

SC501PLC模塊、SC20PLC模塊的設(shè)計如下：

（1）SC501模塊設(shè)計。該模塊采用24V直流供電，并與冷卻泵進水壓力傳感器、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。整個中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷卻塔風機、冷卻水泵、冷凍水平均SC20型號的PLC作為控制器，在接收主站指令、現(xiàn)場設(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

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 電動蝶閥與變頻器控制設(shè)計

具體設(shè)計如下：

（1）電動蝶閥控制設(shè)計。電動蝶閥存在就地控制與遠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)維護或升級時，可應(yīng)用就地控制進行電動蝶閥控制，遠程控制則用于一般情況下的控制。

（2）變頻器控制設(shè)計。該環(huán)節(jié)控制需重點關(guān)注變頻器電源進線和電機動力線，以此避免二者接反，否則將導致變頻器的燒毀，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

3.3.1 整體設(shè)計

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，即可開展系統(tǒng)的軟件設(shè)計，由于制冷站主控制柜為中央調(diào)度中心，因此其需要負責現(xiàn)場采集的流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)分析，并以此進行設(shè)備運行狀態(tài)、系統(tǒng)負荷狀態(tài)的分析與計算，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、冷卻塔風機瞬時電功率、冷卻泵瞬時電功率、冷凍泵瞬時電功率、冷水機組瞬時電功率、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

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、停止運行時均可按照嚴格遵循特定順序，必須開展系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)鎖控制設(shè)計，其中系統(tǒng)設(shè)備的啟動順序可概括為：“開始→開啟電動蝶閥→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→水泵延時完成→開啟冷機→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→冷機關(guān)閉完畢→水泵稀釋運行→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)閉電動蝶閥→結(jié)束”。

3.3.3 制冷主機、主機加載控制設(shè)計

除上述設(shè)計外，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)計還包括制冷主機控制設(shè)計、主機加載控制設(shè)計，具體設(shè)計如下：

（1）制冷主機控制設(shè)計。制冷主機的開機控制流程可概括為：“開始→負荷計算→回水溫度＞13.5℃→冷機負荷＞95%→需開冷機→冷機啟動→結(jié)束”，停止控制流程則為：“開始→負荷計算→回水溫度＜10.5℃→冷機負荷＜60%→需關(guān)冷機→冷機關(guān)閉→結(jié)束”，該設(shè)計是為了最大化主機能效，建筑瞬時冷負荷的計算屬于其中關(guān)鍵。

（2）主機加載控制設(shè)計。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格的要求，因此設(shè)計人員確定了如下設(shè)備的加載順序：“開始→回水溫度＞13.5℃→平均負荷＞95%→延長時間＞20min→啟動冷卻水泵并延時→開啟冷卻水閥門→啟動冷凍水泵并延時→開啟冷凍水閥門→閥門開到位→加載冷機→結(jié)合”，由此即可避免停機、事故的發(fā)生。

3.3.4 程序與界面設(shè)計

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；中央空調(diào)系統(tǒng)人機界面設(shè)計則采用了北京亞控公司的組態(tài)王軟件作為上位機軟件，由此即可開展系統(tǒng)流程監(jiān)控、設(shè)備控制臺、冷機參數(shù)、PID參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)控制模式等界面的設(shè)計。

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185574.64元，可見該系統(tǒng)具備的較高應(yīng)用價值。

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、軟件設(shè)計、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關(guān)注。

參考文獻

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[2] 朱琴躍，管蕾，陶靈. 商業(yè)建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗優(yōu)化控制研究[J]. 機電一體化，2018，24(01): 27-34.

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