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摘 要：调查显示中央空调系统的能耗在商用建筑能耗中所占的比例可达50%～60%，在目前电价上涨，全社会节能减排、保护环境的情况下，如何提高中央空调系统的运行效率，减少能耗降低运行成本就成为了一个我们所需要面对的问题。因此，变频节能技术在中央空调电气控制系统中就有了很高的应用价值。
关键词：中央空调；可编程控制器；变频器
1绪论
通过变频控制调节，中央空调系统的水、风系统耗电水平可降低30%～60%，主机系统可节电10%以上，总体系统节电可达40%左右。用户可在设备投运后几个运行期后，即可从节省的电费支出中收回投资。因此中央空调用户应用变频节能控制系统不仅有着良好的直接经济收益，还能达到节约能源消耗，有利于环境保护的社会效益。
2中央空调系统节能可行性分析
2.1中央空调水系统的节能分析
2.1.1变水量系统的基本原理
变水量系统运行的基本原理可用热力学第一定律表述为
热力学第一定律表明，在冷水系统中，可以根据实际冷负荷的大小调整冷水流量或冷水系统送回水温差。进行冷水系统设计时， q、C 、△t 已经确定， q为系统设计工况下的冷负荷， △t为按规范确定的温差，一般取5℃，因此冷水流量Q也被确定， Q成了独立参数，它与室外的气象条件和室内散热量等诸多因素相关。当系统冷却负荷q变化时，为保证式（2-1）的平衡，有热力学第一定律，系统也必须相应改变冷水流量Q或温差△t的大小。
2.1.2水泵的基本原理
离心水泵的相似定律又称为比例定律，表示如下
2.1.3水泵变频调速节能原理
由前面分析可知：对于变频调速来说，转速基本上与电源频率成正比，而对于水泵来说，根据离心水泵相似定律，即式（2-2）～式（2-4）可知：水泵流量与频率成正比，水泵扬程与频率的平方成正比，水泵消耗的功率与频率的三次方成正比。
3 基于PLC控制的中央空调系统
3.1 冷冻水系统控制
3.1.1 冷冻水系统逻辑控制
首先选择自动模式控制，并设定好温差，启动冷冻水自动控制，PLC主机首先控制冷冻水出水和回水阀门，延时5秒钟启动冷冻水循环泵，两台冷冻水泵由变频器控制并联运行（主电路分开，变频器频率信号一样），变频器频率由模拟量DA模块输出电流信号控制。在PLC程序中设定最小输出频率，最小输出频率由空调房间末端压力传感器控制，为了提供人性化的控制方案，可以通过触摸屏选择自动启动冷冻循环泵。
3.1.2 冷冻水系统PID控制
当设定温差大于实际温差时，表明实际供冷量不足以满足空调房间需要，需要增加冷量，PLC通过TO指令控制DA模块输出电流增加，从而提高冷冻泵转速以使实际供冷量增加，则实际温差会逐渐减小直至接近设定温差；当设定温差小于实际温差时，表明实际供冷量有富余超过了空调房间的需要，需要减小冷量，PLC通过TO指令控制DA模块输出电流减小，之所以出水和回水用2个温度传感器检测，是为了保证冷冻水系统的安全，不会因为某一个传感器有故障而致使整个冷冻水系统不能正常运行。
3.1.3 冷冻水系统电量监控
用一个电量表监测当前有功功率、无功功率、功率因素、电压、电流等，用于监测电源质量以及统计节能状况。
3.1.4冷冻水系统通讯控制
通讯接口一：通过PLC主机的RS232编程口与触摸屏[4]通讯，这样触摸屏可以实时修改PLC主机的控制参数；通讯接口二：通过PLC主机上自带的RS485口与电表通讯，通过MODBUS协议RTU方式通讯，实时取回电量表参数，并存在PLC内存里；通讯接口三：通过PLC主机上扩展的RS485口连接到主监控室，通过MODBUS协议RTU方式与主控室内电脑通讯，实现远程监控，并通过电脑把通讯取回来的电量参数进行统计形成报表，同时监控各节点的运行状态。
3.2冷却水系统控制与冷却塔系统控制
原理与控制过程与冷冻水相似，這里不再赘述。
4 PLC与变频器控制设计
4.1设备选型方案
4.1.1 PLC的选型
本设计需要大约38个输入输出I/O接口，PLC还应留有一部分的空余端子以备其他用途，故选用三菱FX2N—64MR型号PLC，AC电源，DC输入，合计64点，输入32点，DC24V，输出32点，继电器型输出。外形尺寸W*H*D（mm）220*90*87.
F2N系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。对每一个FX2N主单元可配置总计达8个特殊功能模块。
4.1.2变频器的选型
由于本设计是采用变频器[5]来控制水泵的转速，考虑到设备的运行稳定性及性价比，以及水泵电机的匹配，又因为三菱FR—F540系列[6]变频器是专门适用于水泵和风机的，且三菱FR—F540系列，内置RS—485通讯口，内置PID控制算法，内置浪涌保护器，根据6台水泵的配用功率均为37KW，所以选用三菱FR—F540—37K—CH变频器。
结论
本文介绍了基于PLC及变频调速器的控制，采用三菱PLC和三菱变频器对中央空调节能技术改造，对现有的中央空调控制系统进行深入分析的基础上，设计了中央空调的变频控制系统。对经常运行的冷冻泵、冷却泵进行一对一的技术改造，最大限度地为水泵争取了变频运行的时间，把节能空间争取到最大。经理论验证，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器等组成的温差闭环自动控制系统，对中央空调系统的节能改造是成功的。
参考文献：
[1]空调设计[M].长沙：湖南大学出版社. 1991.
[2]中央空调[M].北京：人民邮电出版社，2008.
[3]黄江峰，罗建君.电气控制与PLC应用[M].北京：中国电力出版社，2010.
[4] PLC与人机界面在变频器监控系统上的应用[J].电工技术杂志，2004.
[5]通用变频器及其应用[M].天津：机械工业出版社. 1996.
[6] FX系列PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.
[7]三菱系列PLC原理及应用[M].北京：人民邮电出版社，2009.
关键词：中央空调；可编程控制器；变频器
1绪论
通过变频控制调节，中央空调系统的水、风系统耗电水平可降低30%～60%，主机系统可节电10%以上，总体系统节电可达40%左右。用户可在设备投运后几个运行期后，即可从节省的电费支出中收回投资。因此中央空调用户应用变频节能控制系统不仅有着良好的直接经济收益，还能达到节约能源消耗，有利于环境保护的社会效益。
2中央空调系统节能可行性分析
2.1中央空调水系统的节能分析
2.1.1变水量系统的基本原理
变水量系统运行的基本原理可用热力学第一定律表述为
热力学第一定律表明，在冷水系统中，可以根据实际冷负荷的大小调整冷水流量或冷水系统送回水温差。进行冷水系统设计时， q、C 、△t 已经确定， q为系统设计工况下的冷负荷， △t为按规范确定的温差，一般取5℃，因此冷水流量Q也被确定， Q成了独立参数，它与室外的气象条件和室内散热量等诸多因素相关。当系统冷却负荷q变化时，为保证式（2-1）的平衡，有热力学第一定律，系统也必须相应改变冷水流量Q或温差△t的大小。
2.1.2水泵的基本原理
离心水泵的相似定律又称为比例定律，表示如下
2.1.3水泵变频调速节能原理
由前面分析可知：对于变频调速来说，转速基本上与电源频率成正比，而对于水泵来说，根据离心水泵相似定律，即式（2-2）～式（2-4）可知：水泵流量与频率成正比，水泵扬程与频率的平方成正比，水泵消耗的功率与频率的三次方成正比。
3 基于PLC控制的中央空调系统
3.1 冷冻水系统控制
3.1.1 冷冻水系统逻辑控制
首先选择自动模式控制，并设定好温差，启动冷冻水自动控制，PLC主机首先控制冷冻水出水和回水阀门，延时5秒钟启动冷冻水循环泵，两台冷冻水泵由变频器控制并联运行（主电路分开，变频器频率信号一样），变频器频率由模拟量DA模块输出电流信号控制。在PLC程序中设定最小输出频率，最小输出频率由空调房间末端压力传感器控制，为了提供人性化的控制方案，可以通过触摸屏选择自动启动冷冻循环泵。
3.1.2 冷冻水系统PID控制
当设定温差大于实际温差时，表明实际供冷量不足以满足空调房间需要，需要增加冷量，PLC通过TO指令控制DA模块输出电流增加，从而提高冷冻泵转速以使实际供冷量增加，则实际温差会逐渐减小直至接近设定温差；当设定温差小于实际温差时，表明实际供冷量有富余超过了空调房间的需要，需要减小冷量，PLC通过TO指令控制DA模块输出电流减小，之所以出水和回水用2个温度传感器检测，是为了保证冷冻水系统的安全，不会因为某一个传感器有故障而致使整个冷冻水系统不能正常运行。
3.1.3 冷冻水系统电量监控
用一个电量表监测当前有功功率、无功功率、功率因素、电压、电流等，用于监测电源质量以及统计节能状况。
3.1.4冷冻水系统通讯控制
通讯接口一：通过PLC主机的RS232编程口与触摸屏[4]通讯，这样触摸屏可以实时修改PLC主机的控制参数；通讯接口二：通过PLC主机上自带的RS485口与电表通讯，通过MODBUS协议RTU方式通讯，实时取回电量表参数，并存在PLC内存里；通讯接口三：通过PLC主机上扩展的RS485口连接到主监控室，通过MODBUS协议RTU方式与主控室内电脑通讯，实现远程监控，并通过电脑把通讯取回来的电量参数进行统计形成报表，同时监控各节点的运行状态。
3.2冷却水系统控制与冷却塔系统控制
原理与控制过程与冷冻水相似，這里不再赘述。
4 PLC与变频器控制设计
4.1设备选型方案
4.1.1 PLC的选型
本设计需要大约38个输入输出I/O接口，PLC还应留有一部分的空余端子以备其他用途，故选用三菱FX2N—64MR型号PLC，AC电源，DC输入，合计64点，输入32点，DC24V，输出32点，继电器型输出。外形尺寸W*H*D（mm）220*90*87.
F2N系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。对每一个FX2N主单元可配置总计达8个特殊功能模块。
4.1.2变频器的选型
由于本设计是采用变频器[5]来控制水泵的转速，考虑到设备的运行稳定性及性价比，以及水泵电机的匹配，又因为三菱FR—F540系列[6]变频器是专门适用于水泵和风机的，且三菱FR—F540系列，内置RS—485通讯口，内置PID控制算法，内置浪涌保护器，根据6台水泵的配用功率均为37KW，所以选用三菱FR—F540—37K—CH变频器。
结论
本文介绍了基于PLC及变频调速器的控制，采用三菱PLC和三菱变频器对中央空调节能技术改造，对现有的中央空调控制系统进行深入分析的基础上，设计了中央空调的变频控制系统。对经常运行的冷冻泵、冷却泵进行一对一的技术改造，最大限度地为水泵争取了变频运行的时间，把节能空间争取到最大。经理论验证，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器等组成的温差闭环自动控制系统，对中央空调系统的节能改造是成功的。
参考文献：
[1]空调设计[M].长沙：湖南大学出版社. 1991.
[2]中央空调[M].北京：人民邮电出版社，2008.
[3]黄江峰，罗建君.电气控制与PLC应用[M].北京：中国电力出版社，2010.
[4] PLC与人机界面在变频器监控系统上的应用[J].电工技术杂志，2004.
[5]通用变频器及其应用[M].天津：机械工业出版社. 1996.
[6] FX系列PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.
[7]三菱系列PLC原理及应用[M].北京：人民邮电出版社，2009.