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摘要：近年来，随着我国社会经济的快速发展，能源消耗问题也日益严重，对环境造成了不利影响。随着现代商用建筑和各种智能大厦的出现，中央空调广泛应用于其中。中央空调的应用使得人们在拥有舒适的工作环境的同时，造成巨大的能源消耗。本文基于PLC的中央空调制冷系统变频控制研究展开论述。
关键词：PLC；中央空调制冷系统；变频控制研究
引言
中央空调的系统是一个十分具有综合性的工作系统，其核心的工作部件包括了冷冻机组、冷却水塔、外部交换热系统、冷却风系统，进行内外部的热量交换的工作，从而使得室温达到一个比较舒适的水平。冷冻机组的工作中，压缩机先对冷冻剂进行处理的工作，发生相变化液化处理，在通过蒸发装置进行反应器内的冷冻水的热交换的工作，从而将冷气送到风机口，吹到室内，使得温度降低。冷凝器通过制冷剂放热量进行循坏水的交换工作，这是典型的放热过程。中央空调系统通过不断进行热交换的工作进行工作能力的提升，在工作的过程中冷却水和其循环系统就是热量传递的枢纽，节能控制工作的要点也在于此。
1中央空调制冷系统的组成及工作原理
中央空调制冷系统主要由制冷压缩机（空调主机）系统、冷冻水循环系统、冷却水循环系统、风机盘管系统和冷却塔风机系统等组成，见图1。各组成部分的工作原理如下：（1）制冷压缩机（空调主机）系统：通向各个房间的冷冻水在制冷压缩机系统中与制冷剂进行热交换达到降温目的。（2）冷冻水循环系统：从制冷压缩机组降温的冷冻水由冷冻水泵加压送入冷冻水管道，然后被送到各风机风口的冷却盘管中吸收周围空气热量，产生低温空气送至房间，升温后的冷冻水再送回到冷水机组进行循环。（3）冷却水循环系统：冷却水吸收冷冻机组中制冷剂释放的热量，冷却水泵将升温后的冷却水送入冷却塔进行换热，降低温度后再送回冷水机组进行循环。（4）风机盘管系统：风机盘管系统负责周围空气与冷冻水进行换热，送低温空气至房间。（5）冷却塔风机系统：将制冷机组中升温的冷却水进行冷却。
2中央空调系统节能理论依据
本设计主要内容就集中在冷水机组的集中控制和循环水泵的变频控制两个方面。主机集控是指包括压缩机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔风机集中控制的方式。是指当需要开启一定的机组数后，因负荷降低压缩机卸载或停机、或因故障停机使压缩机总的出力负荷小于等于所开机组数压缩机总负荷减去1台机组压缩机总负荷时，自动调整压缩机运行方式、调整冷冻泵、冷却泵、冷却塔风机的运行台数，从而达到降低运行成本的目的。水泵变流量控制系统在线实时采集供水缸和回水缸冷媒水进水、出水温度，根据冷媒水进出水温差计算空调主机的冷负荷。根据对冷媒水温度的检测，分析出目前空调主机的冷负荷，通过控制算法及时调节冷媒水泵变频器来控制冷媒水流量，使冷媒水流量适合目前空调负荷情况和末端流量需求，确保冷媒水泵处于最节能的状态下运行。同时，为了避免因冷媒水量的过大或过小影响空调主机的热交换，控制系统对冷媒水流量做了最大流量和最小流量限制，确保空调主机安全、高效运行。离心式流体传输设备（如离心式水泵、风机等）属于平方律负载，输出功率P与其转速n的三次方成正比，P=K×n3，其中，K为比例常数。降低水泵的转速，水泵的输出功率就可以下降更多。如将电机的供电频率由50Hz降为45Hz，则理论上45Hz与工频50Hz的输出功率之比为（45/50）3=0.729，可以节省耗电27.1%。因此，利用变频技术改变水泵、风机转速来调节水流量、空气流量，具有明显节能效果，一般都可以节电30%以上。
3基于节能需求的酒店中央空调制冷控制系统软件设计
要使酒店中央空调制冷控制系统有效地对制冷系统进行控制，即对制冷系统的温度进行控制，采用PID算法对其进行软件设计。
对制冷系统各个子系统的温度控制如下：利用温度传感器分别测量冷却塔出水温度、冷却泵进水温度、冷冻泵进出水温度差和风机盘管系统中的冷风柜进风温度，与设定的标准温度（差）进行对比，通过PID控制器处理后，将频率信号传输给变频器，从而对冷却塔散热电动机、冷却水泵电动机、冷冻水泵电动机和风柜送风电动机的转速进行调节，增加或者减少制冷系统的供水量，将冷却塔的出水温度和进水温度、冷冻进出水温度差和冷风柜回风温度控制在一定范围内。
4变频技术原理
变频技术的应用是相对传统空调的定频技术而言的，定频技术所控制的中央空调在整体的运行过程中始终保持着一成不变的工作频率，其原理就在于对固定机组的压缩机机组和水泵元件的运行等进行固定化的控制工作，温度的调节则是通过风门和节流阀的控制工作实现的。而变频技术的工作原理为其通过对室内温度差的测量工作进行制冷机供电频率的控制工作，也就解决了原本定频技术在不同的环境中同样的运行速率的弊端，使得运行的效率大幅度提升。例如，某一段时间内的室内温度上升较快，供电频率增加，也就使得制冷工作的效率大幅度增加，保证室内的舒适。也就可以在与温度相关的频率控制中，进行更好的节能性的工作。
5中央空调系统控制设计方案
在冷冻水循环中，供回水温差可以很好地反映水系统与房间空气的热交换程度，温差小，说明室内温度低，负荷较小，应调低冷冻水泵的运行频率降低功率，从而降低流量减少与房间的换热量;反之亦然。PLC的控制程序采用模块化结构设计，主要由以下几个程序组成:启停控制、手动/自动转换控制、全速运行程序、模拟量输入/输出控制、手动增减频率以及自动温差转换控制等。(1)全速运行程序:为防止出现首次运行时温度交换不充分现象，控制系统增加了首次启动全速运行的功能，使水系统在实现自动调节流量之前充分换热一段时间(5分钟)，然后再根据温差对水泵进行调速。(2)手动/自动转换控制:控制过程中可以通过转换按钮随时切换M10继电器的状态，实现手动或自动调节变频器。(3)模拟量输入/输出控制:通过模拟量输入、输出程序，温度特殊适配器FX3U－4AD－PT－ADP的四个通道可直接与三线制的PT100连接，采集冷冻水、冷却水的供回水温度值，CH1为冷冻水供水温度(D10)，CH2为冷冻水回水温度(D11)，CH3为冷却水供水温度(D12)，CH4为冷却水回水温度(D13)，数据寄存器中的温度数字量进行减法运算得出冷冻水、冷却水的温差值保存到D20、D21中。模拟量的输出通过FX3U－4DA－ADP特殊适配器来实现，冷冻水泵、冷却水泵频率的数字量D100、D101通过D/A转换成模拟量信号输送到变频器中，从而改变变频器内部0～10V电压来达到改变水泵转速的目的。分段速变频控制水泵运行转速基本满足中央空调系统随负荷变化实现自动调节的功能，且其程序设计简单易懂，具有较强的稳定性，实现系统节能的同时能够减少水泵在调节过程中频繁变化转速所带来的电机损耗。
结束语
中央空调制冷系统作为中央空调中最主要的耗能来源，其内设备相对集中，各个控制点对整个制冷系统的影响较大，是一个多干扰、时变性的系统。如果不采用节能技术减少其耗能，则不利于可持续发展以及节能环保发展。针对酒店中央空调制冷控制系统进行开发和应用，使其满足节能需求，具有十分重要的意义。
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