中央空调实现PLC自动化控制的设计要点赵学高

中央空调实现PLC自动化控制的设计要点赵学高

赵学高

（浙江盾安人工环境股份有限公司浙江诸暨311800）

摘要：在现代建筑设计中，中央空调在提升现代建筑居住舒适度方面起着不可替代的作用。然而中央空调的能耗非常高，根据有关部门的统计数据显示，中央空调的能耗大概占建筑总能耗的6成，因此必须采取科学的技术措施，降低中央空调的能耗。在中央空调的节能改造工作中，通过应用PLC，不仅可以是建筑系统具有维修维护方便、运行可靠、编程灵活、结构简化的优点，还可以大幅度提高中央空调自动化的程度和节约能量。因此，现代建筑工程在中央空调系统节能改造的过程中，PLC技术受到人们的追捧，得到了推广和普及。

关键词：中央空调；PLC自动化；控制

一、中央空调系统概述

正常情况下，水冷式冷水机组组成的空调系统可以分为冷却塔散热系统、水系统、风系统、末端系统和空调机组等，空调系统在压缩机的作用之下，制冷机把制冷剂经过压缩机压缩成高压高温的气体，再把高压高温气体输送到冷凝器进行冷却，冷凝器中的水经过热交换后，通过冷却水泵的作用，将热水传输冷却塔散热系统进行降温处理，在这个过程中，与外界环境之间进行热交换，将室内的热量释放到空气中去。经过冷却的中温高压液体通过节流阀的降压作用变成低温低压的液体进入蒸发器，在蒸发器内和冷冻水进行热交换，则制冷剂由液态转化成为气态。当冷冻水泵将较低水温的冷冻水传输到空调的末端，通过这一连串的过程，空调将室内环境的温度降下来。

二、中央空调系统的PLC控制

（一）冷冻水系统控制

针对工厂空调控制而言，这其中非常重要的环节当属冷冻水系统，一般情况下，工厂应用空调的目的非常明确，即更好的调节室内空气温度，正是因为如此，必须要确保冷冻水系统具有足够的冷量。根据专业人士的多年研究可知，冷冻水出水温度相对比较固定，基本上保持在7°C，而其回水温度则控制在12°C，始终保持在节能状态。为了获得良好的冷冻水控制效果，需要借助PLC控制系统，使制冷系统始终运行在最佳状态。PLC控制系统通过读取模拟量输入模块的温度，根据实际冷冻回水温度或冷冻出水温度进行PID控制。

当实际冷冻回水温度或冷冻出水温度高于目标设定值时，这就说明实际房间内负荷较大，制冷量存在不足无法满足空调房间实际需求，必须适当增加冷量。则PLC控制系统发出加载控制指令，从而促使压缩机输出更大冷量，最终使冷冻回水温度或冷冻出水温度在目标温度附近。当实际冷冻回水温度或冷冻出水温度低于目标设定值时，则实际供冷量存在富余，容易使空调房间温度过低，这时就需要减少冷量，则PLC控制系统发出卸载控制指令，从而促使压缩机减小冷量。为了能将水温控制的更加稳定，可以根据水温的变化速率提前对压缩机的加卸载进行干预，从而确保冷冻水的工艺要求。为确保冷冻水系统安全性，当回水温度损坏时自动采用出水温度进行代替，从而避免由于其中一个损坏而导致无法运作的情况。

（二）冷却水系统控制

冷却水控制是中央空调PLC自动化控制设计的关键部分，也是关系到中央空调制冷机能否稳定可靠的运行，由此可以看出，冷却水循环系统正常工作的重要性。当制冷机在实际工作中出现冷却水难以散去时，就会导致高压保护，这样制冷机将无法正常作业出现停机情况。根据以往专业调研可知，冷却水出水温度相对比较固定，通常情况下是保持在37°C，回水温度则为32°C，保持在最节能的状态下。

在冷却水系统中，温差基本上高于实际温差，这说明实际散热不足，针对制冷机中的废热难以做到及时散热，这时就需要借助冷却水泵，增加其循环速度，从而达到散出废热的目的，PLC控制主要是通过控制输出电流，提高冷却水泵转速，促使水循环能力有所增加，则实际温差会逐步缩小，最终接近设定温差；而当设定温差低于实际参考值，这就说明实际冷却水循环存在富余情况，这时就需要降低冷却水循环水流量。在过渡季节时，也可以在冷却水回路中增加旁通二通阀或旁通三通阀控制，使制冷机开机过程中更快的建立冷却水温，避免出现制冷机缺油等故障保护。

（三）冷却塔系统控制

针对冷却塔系统来说，是将冷却水水泵抽取的水，借助室外空气达到冷却目的，从而促使水温快速冷却，这主要归功于冷却塔系统。冷却塔工作机理极为简单，主要是借助室外空气的温差，即低于冷却水抽出水的温度，然后利用空气流通，并且借助热传递以达到热量交换目的，与此同时，能够加快水蒸发。蒸发过程中则需要吸收热量，而通过吸热能够达到冷却水温的目的。值得注意的是，冷却水的温度需要控制在37°C，回水温度则控制在32°C，保持在最佳状态5°C温差。当冷却水温过低时，可通过PLC控制使冷却塔风机停止。

三、程序设计

（一）自动控制模块

为了最大程度减轻管理人员的工作量，并实现无需专业人员运行操作，不仅设置了在触摸屏上点击自动运行系统，还设置了由末端设备控制系统自动运行系统的方式。当系统设置在自动运行状态下，PLC采集到来自触摸屏或系统末端设备运行的信号60s后，开始投入系统自动运行，系统自动启动运行顺序为：末端设备（60s后）冷却水泵（30s后）冷冻水泵（30s后）冷水机组，当冷却水温高于35度时冷却塔启动，冷却水温低于30度时，冷却塔不停止，以上动作完成以后，系统自动启动过程完成，正式投入系统供冷周期。

在自动启动运行过程中，除冷却塔外每台设备均设置有互锁，当前面的设备没有启动运行或出现故障时，后面的设备保持原状态不变。在设备正常运行供冷期间，当末端负荷需求减少时，冷水机组供冷量自动进行调节，冷冻与冷却水泵同步通过变频器调节转速以达到节能。自动停止，当PLC采集到来自系统末端设备停止的信号30s后，进入自动停止运行状态，自动停止顺序为：冷水机组（60s后）冷冻水泵（30s后）冷却水泵（60s后）冷却塔（120s后）末端设备。自动停止过程中只有冷水机组与后面设备有互锁，其它设备之间不设互锁，即当冷水机组没有停止时，后面设备不能停止，而其它设备只要记数时间到了就会自动停止运行。

（二）故障报警模块

报警模块只要是在设备使用过程中出现的一些异常情况进行报警提示，主要有冷却塔风机电机过载、冷却与冷冻水泵电机过载、水流开关信号、冷水机组故障与空气处理机组电机过载等几部分，在报警故障没有解除之前系统处于停止工作状态，待故障排除后，PLC接收到了故障解除的按扭信号后，系统恢复工作状态。

四、结语

总体来说，工厂空调伴随社会经济发展速度逐步完善，并且在工厂的需求量方面有所递增，而在实际设计过程中，通过PLC自动化控制获得良好的控制效果，促使空调能够正常运行。文章针对PLC自动化控制要点进行了全面的分析，以促进工厂空调控制达到理想的状态。

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