中央空调水系统的变频调节方案

毕业设计任务书一、毕业设计题目中央空调冷却水变频调速系统设计二、设计目的1）掌握变频器的特性及应用2）掌握机电设备驱动装置控制设计方法3）掌握电气设备的安装调试方法三、设计要求某宾馆中央空调系统，由三台15kW（转速为1450r/min）的冷却泵组成冷却系统，现改造为变频调速系统。

四、完成的技术资料（1）设计图纸：方框图、原理图、安装接线图。

（2）毕业设计说明书（10000字以上），主要内容：1）设计题目2）设计方案论证3）变频器选择说明4）控制原理说明5）安装调试说明6）材料明细表7）设计总结及改进意见、致谢等8）主要参考资料五、参考文献石秋洁主编.变频器应用基础.北京：机械工业出版社，2003张燕宾编著.SPWM变频调速应用技术.北京：机械工业出版社，2002 张燕宾主编.变频应用实践. 北京：机械工业出版社，2000目录第一章前言第一节、变频器的发展第二节、中央空调采用变频调速的意义和优点第二章中央空调系统的组成及控制方案第一节、中央空调系统的组成第二节、调速系统的控制依据第三章中央空调调速系统的设计第一节、系统的设计方案第二节、主电路及保护电路的设计第三节、控制电路及电器元器件的选择第四章变频器的安装维护及注意事项第一节变频器的安装第二节安装时的注意事项第三节维护注意事项第四节日常检查与维护第五章节能理论及经济效益分析第一节第二节变频调速的节能理论经济效益分析第六章元件明细表总结与致谢参考文献第一章前言第一节变频器的发展变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电的装置。

变频器的问世，使电气领域发生了一场技术革命。

即交流调速取代支流调速。

交流电动机变频调速技术具有节能.改善工艺流程.提高产品质量和便于自动控制等诸多的优势，被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

三相交流异步电动机，由于转子侧的电流不从外部引入，而由电磁感应产生，故而具有结构简单牢固.体积小.重量轻.价格低廉.便于维护等优点，被受人们的青睐。

中央空调冷水系统中压差旁通阀如何进行调试电动压差旁通阀，由差压控制器、电动调节阀组成，工作原理是由差压控制器监测系统绝热的压差，当系统供、回水压差增大并超过控制器设定值时，控制器模块将控制电动阀门开大，管网部分循环水经旁通阀流过，从而使系统供、回水压差减小。

反之，系统的空气流速压差如果小于设定值，则控制器将电动阀门关小，使系统压差增加。

自力式压差旁通泵，阀门内部装有感压膜片，通过导压孔感知分集系统两端的压差，当压差超过设定值时，感压膜片会通过阀杆带动阀塞打开，部分流量从此经过，以保证机组流量不小于较小安全流量值。

当压差减小，阀门自动关小、关闭，压差恢复到设定值。

两种阀门的异同电动压差旁通阀优点是可连接自控系统，实现远程监测及设定。

好处是电动阀对电路有依赖性，在潮湿高温的环境下让，一旦电路出现环境问题，阀门即失灵。

自力式压差旁通阀的优缺点;机械式传动，不会出现电路的问题，便于安装节能费用。

缺点是不可以远程监测及设定。

压差旁通阀的设定现场调试时，很难给出有工程师给出空气流速设定值，现在我们先由系统安全性来分析，首先压差延迟时间不能过小，在空调系统全负荷时(接近全负荷时)压差过小会出现水流短路，系统内末端水流量不够，用户不同意。

那设定过大，则会出现空调系统部分负荷时压差旁通阀门打不开，管网总循环水量缩小，冷水机组会出现欠流现象，增加造成机组损伤的机率。

安装压差旁通阀的系统1系统一空调系统末端配备安装电动二百一十三阀、电动调节阀，循环水泵工频运行。

当部分负荷时，内侧部分电动阀门自动关闭，系统的管网阻力增大，供回水主管道压差增大、分集水器压差增大，压差旁通阀找开，部分流量通过旁通阀流过，保证冷水机组的流量消费需求。

压差旁通阀的设定，首先压差旁通阀的设定是在管网水力平衡阀调试后再设定的，在管网水力平衡调试过程中已经知道系统的尾端不利末端在哪里(可能是多个)。

在空调系统全负荷运行时，压差旁通阀一直处于关闭状态，用测量器设备监测不利末端的流量(此时的流量应最小是设计值或大于设计值)，调节压差旁通阀设定值(由大到小)，当不利末端的流量刚好达到设计值时，即是旁通阀的设定压差值。

中央空调系统变频节能改造方案目录1中央空调变频节能方案介绍.。

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1 变频节能原理。

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..2 1。

2 中央空调节能空间。

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31.2.1 设计余量。

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..3 1.2.2 末端的负荷变化。

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.3 1.2.3 水泵和风机定流量控制方式。

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. (3)2中央空调水泵变频控制。

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42。

1 冷冻泵、冷却泵主回路设计.。

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.4 2。

2 冷冻水泵控制电路设计.。

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(5)2。

3 冷却水泵控制电路设计。

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.5 3中央空调末端风柜变频控制.。

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.6 3.1 风机变频主回路设计...。

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63。

2 风柜变频控制电路设计。

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63.3 风柜节能改造前后比较.。

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74节能设备选型。

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84.1 变频器的选用。

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中央空调节能改造方案（变频）1.中央空调工作原理中央空调系统主要由制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和散热水塔组成，其系统结构如:(图1所示)制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水泵将冷冻水送到各风机风中的冷却盘管中，由风机吹送冷风达到降温的目的。

经蒸发后制冷剂在冷凝器中释放出热量，与冷却循环水进行热交换，由冷却水泵将带来热量的冷却水泵到散热水塔上由水塔风扇对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大气中去。

2.中央空调应用背景中央空调系统是一个庞大的设备群体，大量的统计结果表明，空调系统所消耗的电能，约占楼宇电耗的40～60%。

就任何建筑物来说，选用空调系统都是按当地最热天气时所需的最大制冷量来选取择机型的，且留有10%～15%的余量，各配套系统按最大负载量配置，这种选择不是最合理的。

在组成空调系统的各种设备中，水泵所消耗的电能约占整个空调系统的四分之一左右。

早期空调的水泵普遍采用定流量工作，能源浪费非常严重。

而实际运行时，中央空调的冷负荷总是在不断变化的，冷负荷变化时所需的冷媒水、冷却水的流量也不同，冷负荷大时所需的冷媒水、冷却水的流量也大，反之亦然。

我们根据中央空调机组运行状态的数据分析，中央空调机组90%的运行时间处于非满负荷运行状态。

而冷冻水泵、冷却水泵以及风机在此90%的时间内仍处于100%的满负荷运行状态。

这样就导致了“大流量小温差”的现象，使大量的电能白白浪费。

3. 中央空调节能原理我们知道中央空调的水循环系统主要由冷却水泵和冷冻水泵组成。

从水泵的工作原理可知：水泵流量与水泵（电机）转速的一次方成正比，水泵扬程与水泵（电机）转速的两次方成正比，水泵轴功率与水泵转速的三次方成正比（既水泵的轴功率与供电频率的三次方成正比）。

根据上述原理可知只要改变水泵的转速就可改变水泵的功率。

例如：将供电频率由50Hz降为45Hz，功率只有原来的72.9%。

---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---摘要随着人们生活质量的普遍提高以及科学技术的不断进步，中央空调也逐渐进入了人们的视野，成为人们生活中重要的一部分，同时它所消耗的能量也引起了社会的关注，中央空调的节能问题成为了人们期待解决的关键问题。

中央空调采用的变频技术从一定程度上极大地减少了能量的损耗，采用变频调速后，一方面成功的实现了电动机的软启动，在另一方面也减弱了振动和磨损，增长了电动机的寿命。

中央空调水泵变频技术是中央空调节能降耗的一个有效途径，而且也得到国家政策的支持，代表了今后空调行业节能技改的方向。

这次所做的方案主要就是通过西门子S7-200系列的CPU226 作为控制元件来研究并且设计中央空调水泵变频调速控制系统。

该设计论文将会叙述变频器和可编程控制器的工作原理，完成变频器、可编程控制器等的选型和参数设置，重点完成PLC硬件电路图和程序设计。

中央空调水泵变频调速控制系统的经济性十分可观，将会具有很好的前景和开阔的市场。

该论文有图43幅，表1个，参考文献31篇。

关键词：中央空调变频调速可编程控制器Central Air conditioning’s Water Pump Frequency Control of Motor Speed Control System Design Based on PLCAbstractWith the continuous progress in science and technology and improvement of the quality of life, the central air conditioning has gradually entered the people's vision, which has become an important part of people’s life . At the same time ,the energy it consumes also caused concern in the community.The energy saving problem of central air-conditioning has become the key problem that people expect to solve .Central air-conditioning system which is based on variable frequency technology in a certain extent greatly can reduce energy consumption., It adopts speed-adjusted system through frequency conversion ,which on the one hand brings the success of the motor soft start,and on the other hand which also reduce the vibration and abrasion and prolongs the life of the motor. Central air-conditioning pump variable frequency technology is an effective way to save energy.Moreover，it has get the support of national policy and it has been on behalf of the future direction of energy-saving air-conditioning industry technical.This graduation design is mainly designed by Siemens S7-200 cpu226 which is used to control element for the research and design of central air conditioning water pump frequency control of motor speed control system. The design in this thesis will explains the principle ,model selection and parameter design of the converter and the programmable controller.The design will focus on the completion of PLC hardware circuit diagram and program design.The economy of the central air conditioning water pump frequency conversion speed control system is very considerable which will have a very good prospect and open market.Key Words: C entral Air Conditioning Variable Frequency Speed Control Programmable Controller目录摘要........................................................... I Abstract ......................................................... II 目录.......................................................... I II 1绪论 (1)1.1设计中央空调变频调速系统的意义 (1)1.2变频调速技术的简单介绍 (1)1.3本文的主要工作 (2)1.4本章小结 (3)2中央空调系统方案 (4)2.1中央空调系统构成 (4)2.2中央空调变频控制系统的PID构架 (4)2.3总体设计方案的确定 (5)2.4本章小结 (6)3设计中相关器件型号的选择 (7)3.1可编程控制器型号的选择 (7)3.2 I/O模块型号的选择 (10)3.3温度变送器型号的选择 (11)3.4变频器的型号的选择 (12)3.5本章小结 (13)4 硬件部分设计 (14)4.1硬件系统的简述 (14)4.2 PLC控制电路的模块设计 (14)4.3主电路模块 (16)4.4热电阻与EM231硬件连接图 (17)4.5温测模块和水泵调节模块 (17)4.6本章小结 (18)5系统软件的梯形图设计 (19)5.1主程序设计 (19)5.2 PID控制的设计及实现 (25)5.3 A/D和D/A转换模块程序 (33)5.4中断服务程序 (34)5.5本章小结 (36)附录1电路图 (38)附录2梯形图 (40)附录3 指令语句 (52)附录4器件单 (65)参考文献 (66)致谢 (68)1绪论1.1设计中央空调变频调速系统的意义变频调速在减少中央空调能耗达到节能的目的方面有着重要的作用，另一方面，它在我国提倡的的可持续发展上也做出了巨大的贡献[1][4]。

引言自从我国参与世界贸易组织以来，其加快了国民经济体制改革的步伐。

比如房地产业、制造业、交通运输业等得到迅猛发展，其中中央空调行业成为近年来人们急切关注的重要行业之一。

目前国际竞争压力相当大，在这种情况下中央空调行业面临极大的挑战和更多的机遇。

一方面，中央空调行业实现了技术上成熟，管理上较为规范的目标，并且同国际知名品牌在较大的市场中相互竞争。

在资源共享的时代，加强民族品牌是推动其向国际市场发展的潜在动力，并能在竞争激烈的市场中立足。

此外，中国具有较大的市场，不仅吸引了更多的资金和人才的涌入，也加快了中央空调行业在国内的发展速度。

另一方面，首先市场竞争越来越激烈；其次许许多多的消费者不但在意产品价格上的低廉，更向往追求产品的多样化和环保化，由此这也就是制约中央空调行业的发展的一个因素之一。

所以，优化中央空调是鞭策中央空调行业蓬勃发展的关键性要素。

对于国外空调市场来说：关于中央空调派系当中被人们关注最多的是日派和美派的品牌。

日派的特点是产销多联体（一拖多）和水系统的中央空调，其中被大家青睐的代表品牌是大金和日立，与其不同风格的是美派，它主要针对风管机的一个产销和发展的问题而展开的。

麦克维尔品牌能很好地代表美派的风格。

随着经济全球化的发展中央空调市场也随之被扩大，因此日美派的中央空调市场逐渐在中国市场上占据一定的位置，然而外国的中央空调产品存在有一些不足之处，比如体形巨大、装置复杂、价格昂贵等，这样就让许多的消费者无法接受而另外选择其他产品。

许多消费者更倾向于选择国内的一些知名的中央空调产品，就如：海尔，清华同方。

由于国内的中央空调品牌具有技术上的优势，完善的销售渠道，很好的售后服务等特点，所以成为众多消费者选择和喜爱的产品之一，促进了空调业的消费面貌。

以海尔这个品牌为例，从1996年海尔在中央空调领域产生以来，其技术上一直以创新为立足点，不断改造完善。

海尔空调相较于其他品牌的空调在变频技术上存在极大的优势，采用了变频一拖多技术来更完美的发挥该空调的利用价值，我们知道采用变频一拖多技术的空调所需的成本降低了，安装过程中不是很复杂，与装修的结合相对来说也不复杂。

中央空调调节冷冻/冷却泵转速的节电原理：采用交流变频技术控制冷冻/冷却泵的运行，是目前中央空调系统节能改造的有
效途经之一。

泵的负载功率与转速成3次方比例关系，即P∝N3，其中P为功率，N为转速；可见用变频调速的方法来减少水泵流量的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降。

例如：
A．当水泵流量下降10％（跟踪输出频率为45Hz）
则电动机轴功率P′=(0.9)3P=0.729P 即节电率27.1％
B. 当水泵流量下降30％（跟踪输出频率为35Hz）
则电动机轴功率P′=(0.7)3P=0.343 即节电率65.7％
当冷水机负荷下降时，所需的水流量减少，通过电动机的调速装置降低泵的转速来减少水的流量，泵的轴功率相应减少，电动机的输入功率也随之减少。

当用冷量增加，冷机负荷量增大，冷凝器进出水温差增大，变频器运行频率增加，水泵转速加快，水流量增加，从而维持温差恒定。

反之亦然。

从而达到理想的节能效果。

节电控制原理：
保瓦博士变频中央控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻/冷却泵的回水温度
和出水温度读入内存，并计算出温差值；然后根据其温差值来控制变频器的转速，调节出水的流量，控制热交换的速度；温差大，说明室内温度高，应提高冷冻/
冷却泵的转速，加快冷冻/冷却水的循环速度和流量，加快热交换的速度；反之
温差小，则说明室内温度低，可降低冷冻/冷却泵的转速，减缓冷冻/冷却水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能；变频器的启动、停止、运行频率的改变及监控显示数据如变频器输出功率、变频器输出频率、输出电流，输出电压等都是由变频中央控制器通过485通信协议实现的。

参考资料：。

浅议中央空调水系统变频节能技术改造分析摘要：空调水系统是中央空调系统中的重要组成部分，具有较大的节能潜力。

本文结合笔者多年实践经验，介绍了中央空调水系统变频技术改造的意义、原理。

分析其改造思路及节能效果。

关键词：中央空调循环水系统变频节能原理节能改造中图分类号：tk212 文献标识码： a 文章编号：一、中央空调循环水系统变频节能改造的意义随着我国社会经济建设的不断发展，中央空调系统已广泛应用于工业、高层建筑、政府办公楼和酒店等建筑当中，成为了大型建筑物不可缺少的配套设备之一。

中央空调系统主要由制冷主机、循环水系统和风机盘管等设备组成，具有节约空间、投资方便、简化管理和满足客户个性化需要等优点。

但是，中央空调系统的能耗非常大，约占大型建筑总能耗的50%，其中，循环水系统的耗电量约占整个系统耗电量的20%，极大地浪费了电能，同时也恶化了中央空调系统的运行质量。

因此，如何有效地降低循环水系统的能耗成为了技术人员急需解决的问题。

二、空调水系统变频节能原理中央空调水系统变频指的是对冷却水泵和冷冻水泵进行改造。

通过对水泵变频，将水系统改造为变流量运行，使空调系统的负荷与实际相匹配。

通常冷水机组是在定流量设计下运行的，冷水机组要保持定流量的主要原因是：①蒸发器内水流速的改变会改变水侧放热系数，影响传热；②管内流速太低，若水中含有机物或盐，在流速小于1m/s 时，会造成管壁腐蚀；③避免由于冷水流量突然减小，引起蒸发器的冻结。

实际空调系统水泵变频改造工程表明，对空调水系统水泵进行变频节能改造，对冷水机组的功率几乎没有影响。

因此，合理利用变频节能控制方法，对整个中央空调控制系统会起到更好的保护作用。

空调系统变频节能的依据是空调系统在部分负荷的运行状态下，通过减小水流量来维持空调系统冷负荷的不变，从而节省循环水系统中水泵的能耗。

根据水泵的工作原理可知，水泵的流量、扬程、转速与功率之间的关系为1、水泵的流量与转速成正比关系，而水泵的输入功率与转速的立方成正比关系。