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关于制冷空调设备电气与控制的研究

2019-04-15 11:20:33 来源:《家电科技》2019年第一期 点击:1001

【大比特导读】通过电气控制手段,制冷空调设备的安全运转以及运行过程中的节能性与经济性提升均可获得有力支持,但笔者在实际调研中发现,电气控制手段落后的情况仍广泛存在于我国制冷空调设备电气控制领域,为了尽可能提升制冷空调设备电气控制水平,本文围绕该课题开展具体研究。

1、引言

通过电气控制手段,制冷空调设备的安全运转以及运行过程中的节能性与经济性提升均可获得有力支持,但笔者在实际调研中发现,电气控制手段落后的情况仍广泛存在于我国制冷空调设备电气控制领域,为了尽可能提升制冷空调设备电气控制水平,本文围绕该课题开展具体研究。

 

关于制冷空调设备电气与控制的研究

 

2、制冷空调设备控制方式

2.1 机械控制

作为较为传统的制冷空调设备控制方式,机械控制主要以开关、接触器作为控制元件,电动机则为控制提供动力,相应的控制工作也需要通过人为的方式完成。在应用机械控制的制冷空调设备控制中,人工感应温度属于控制的关键,但随着经济与社会的快速发展,机械控制已无法满足制冷空调设备控制需要,控制能力较差、易引发安全事故属于该控制方式存在的不足,这些都使得机械控制方式逐渐被淘汰[1]。

2.2 电子元件控制

电子元件控制属于现阶段较为常见的制冷空调设备电气控制方式之一,该控制方式的应用需得到集成电路中硬件的支持,接触器、继电器器件的控制以此即可实现。在制冷空调设备的电子元件控制中,该控制可基于实际情况自动设置精准温度,并能够在温度值出现变化时自动采取相应制动措施,这些都使得电子元件控制具备较高的安全性和稳定性。

2.3 智能控制

随着计算机技术的快速发展。基于微电脑、控制系统的智能化控制方式广泛应用于我国各领域,该控制方式也属于制冷空调设备的主流控制方式。在智能控制支持下,电气器件信息处理和控制功能可合理融入机械装置中,信息、电子、机械等各项技术的合理应用自然能够实现制冷空调设备的最优化控制。智能控制属于自动化程度较高的控制方式,其具备的自动调节、自动控制、自动补偿功能可保证制冷空调设备始终处于最佳运行状态,其性能也能够由此实现长足提升,由此可见智能控制的应用价值[2]。

3、基于能效优化的制冷空调设备电气控制

3.1 结构与原理分析

为提升研究的实践价值,本文选择某高层建筑的中央空调制冷系统作为研究对象,该系统由制冷主机、冷冻水循环系统、冷却水循环系统、末端风机盘管系统、电气控制系统组成。结合相关研究不难发现,变水量控制系统、可变冷媒控制系统、变风量控制系统、冷冻水变流量控制系统、冷却水变流量节能控制系统均属于较为常见的中央空调制冷系统节能控制方式,本文研究则基于中央空调制冷系统的传统节能指标、能效指标、水系统能效影响因子,提出了基于能效优化的电气控制设计。

3.2 硬件设计

3.2.1 整体设计

在中央空调冷冻机房设置控制系统,主控柜配置机架式SC501PLC,冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵各配置一台SC20PLC,冷机通讯卡负责主机与主站PLC通讯,从站的PLC运行状态直接由主站PLC控制,从站PLC则负责辅助设备的控制,如通过控制继电器实现风机、水泵启、停及变频运行,图1为基于能效优化的制冷空调设备电气控制结构图。结合图1,即可开展主控柜结构及配电图、SC501PLC模块、SC20PLC模块、电动蝶阀、变频器的硬件设计。

 

关于制冷空调设备电气与控制的研究

 

图1 基于能效优化的制冷空调设备电气控制结构图

3.2.2 PLC 设计

SC501PLC模块、SC20PLC模块的设计如下:

(1)SC501模块设计。该模块采用24V直流供电,并与冷却泵进水压力传感器、冷却泵出水压力传感器接线连接,冷冻水总管流量、冷冻水供水总管压力、冷冻水回水总管压力、冷冻水供水总管温度、冷冻水回水总管温度、冷却水进水总管温度、冷却水出水总管温度、室外温度均能够接入SC501模块。

(2)SC20PLC模块设计。整个中央空调制冷系统的冷却塔风机、冷却水泵、冷冻水平均SC20型号的PLC作为控制器,在接收主站指令、现场设备状态反馈支持下,SC20PLC可开展变频器频率控制,中央空调制冷系统的节能将由此实现。其中,SC20PLC模块需连接控制电源、断路器、控制器电源、频率表电源、变频信号回路,并由此开展紧急旁路控制、接触器控制、系统故障指示[3]。

3.2.3 主控柜结构设计

主控柜属于基于能效优化的制冷空调设备电气控制核心之一,采用了长800mm、宽600mm、高1000mm的立式柜子作为主控柜,柜体分上中下三部分,柜子顶部中央开孔用于安装散热风扇,其中上部、中部、下部分别用于安装开关电源和断路器、主控PLC、接线端子。

3.2.4 电动蝶阀与变频器控制设计

具体设计如下:

(1)电动蝶阀控制设计。电动蝶阀存在就地控制与远程控制两种控制模式,在基于能效优化的制冷空调设备电气控制系统维护或升级时,可应用就地控制进行电动蝶阀控制,远程控制则用于一般情况下的控制。

(2)变频器控制设计。该环节控制需重点关注变频器电源进线和电机动力线,以此避免二者接反,否则将导致变频器的烧毁,其中71、72管脚分别用于0~10V输出、4~20mA输出,485+与485-则用于作为变频器的通讯接口并需要采用带屏蔽线的通讯线。

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