冷冻水泵的变频与控制

中央空调冷冻水泵更换水泵并加装变频装置摘要：本文以海洋石油大厦A座中央空调冷冻水泵更换水泵并加装变频装置为例，提出了2个改造方案，分别针对改造方案进行了耗电节能的计算，具体阐述了投入与回收的成本分析。

关键词：变频装置；耗电量；收回成本；具体实施Abstract: this article with the Marine oil building block A central air conditioning freezing water pump the pump is replaced with frequency conversion device and as an example, this paper proposes two reconstruction scheme, were the rebuilding scheme in the power consumption of energy saving calculation, this paper explains input and recovery of cost analysis.Keywords: frequency conversion device; Power consumption; Withdraw cost; Specific implementation一、海洋石油大厦A座的现状根据海洋石油大厦A座中央空调现实状况，中央空调冷冻水泵为工频恒定转速运行，用调节阀门来控制系统水流量，来保证制冷机组蒸发器进出水温度的温差，既不经济又不能有效的节约电能。

对循环水泵加装变频器后可以根据蒸发器进出水温差进行调节水泵的转速，从而节约电能，并能达到制冷机组最佳工况条件。

目前海洋石油大厦A座冷冻水循环泵3台，为英国SPP水泵有限公司生产的125-40水泵2台，100-40水泵1台，功率分别为55KW和37KW，扬程为55m，流量192m3。

冷冻水泵的控制系统方案一
--------通过频率和水泵启停自动控制水压1．引言
冷冻水泵的控制系统，一共分两套，一套4台水泵、1套3台水泵。

为了改善系统性能，在原来的设施基础上进行自动化改造，以使设备在无人干涉的情况下自动运行。

通过plc的决策控制，对系统进行自动检测、自动运行，使设备达到最佳的工作状态，从而达到有效地节约能源、降低运行成本和延长设备使用寿命等目的。

下面是在现有的基础上实现上述功能的具体方案。

2．方案背景说明
目前有两套控制系统，一共7个控制柜（2200*600*800）。

其中一套4台水泵，一套3台水泵，2个CPU模块（xlt102 horner），2个I\O扩展模块HE559DAC207 (8个AO)，7个变频器55KW（A TV61HD55N4施耐德），2个压力传感器（QBE2002-P10西门子）。

电缆：YJV (3*70)+(2*35) 金山
控制要求：
自动控制：现场采集冷冻水泵的压力信号，传送给PLC，通过与给定的压力信号进行比较，超过给定的压力值时，PLC输出控制信号给变频器，由变频器停止冷冻水泵的运行；当信号低于给定压力值时，则开启冷冻水泵。

手动控制：若变频器损坏可以工频切换，改为手动控制。

3．技术方案说明
3．1 旧控制系统改造方案
旧控制系统由于稳定性、可靠性不高，现需要参照新控制方案进行改造，具体方案如下：
1．原仪表设备不变。

2．由电缆将变频控制柜与原系统控制箱相连，实现稳定、可靠地自动控制。

3．根据新的硬件方案，开发新的PLC程序，改造完成后对控制系统进行调试，保证正常运行，实现上述功能。

目录1 绪论 (1)1.1 设计说明 (1)1.2 设计思路 (2)1.2.1系统原理图 (2)1.2.2 PLC设计思路 (2)2 MATLAB仿真 (4)2.1 MATLAB简介 (4)2.2 Simulink (4)2.2.1 启动 (4)2.2.2 Simulink仿真 (4)2.3 试凑法确定PID参数 (5)2.4仿真结果图 (6)3 PLC设计 (8)3.1 S7-200选型 (8)3.1.1 CPU选型 (8)3.1.2 EM235 (8)3.2 I/O分配 (9)3.3 梯形图 (10)3.3.1 主程序 (10)3.3.2 调用程序 (11)3.3.3 中断程序 (13)4 组态界面设计 (15)5 总结 (16)参考文献 (17)1 绪论1.1 设计说明随着变频技术的发展和变频器在水泵上的广泛应用，变流量空调水系统成为工程师设计空调水系统的首选而且在实践应用中已经取得了很好的节能效果。

冷冻水泵变频方式主要分为压差控制和温差控制，本次课程设计主要是冷水机组中冷冻水定温差控制系统设计，在分、集水处分别设置温度传感器，通过检测供回水温差控制，得到结果后调节阀门开度，从而实现冷冻水的温差控制。

本次课程设计师空调冷冻水温差控制系统的设计，核心控制阀门的开度，方法为PID控制。

要实现PID控制，首先必须要用MATLAB中的Simulink确定值，并且满足调节时间小于8S，超调量低于5%，然后对PLC进行I/O分配，将值代入编写梯形图，从而实现阀门开度的控制，最后进行的是组态王的设计，本人将主要负责使用MATLAB中的Simulink进行仿真。

由于本人水平有限，设计中难免出现问题，还望老师能给出宝贵的意见。

1.2 设计思路1.2.1系统原理图如图1-1为冷水机组图，分为冷却水机组和冷冻水机组，冷却水机组不予考虑，冷冻水机组循环为从集水器到制冷机，再到分水器。

在设计温差控制系统的情况下，只需要设计两个温度传感器，一个泵和一个阀门即可满足要求。

冷冻水泵变频：1、根据设定压差控制水泵变频，当测量压差小于设定压差时，根据PID算法，水泵频率渐渐增大，直到50HZ为止。

当测量压差大于设定压差时，根据PID算法，水泵频率渐渐降低，直到30HZ 为止，当水泵频率为30HZ，测量压差仍大于设定压差时，调节旁通阀的开启度，使压差满足要求。

冷却水泵变频控制：2、根据设定的回水温度与测量温度比较，当测量的回水温度小于设定温度，且主机处于启动状态时，水泵以低频30HZ运行，当高于设定温度，根据PID算法渐渐增大水泵的运行频率，当水泵运行频率达到50HZ或温度高于设定温度加带宽时，启动冷却塔地埋水泵变频控制3、根据主机地埋侧进出水温度，让水泵进行变频运行，让主机的COP处于最佳状态，当温度升高时，则增大水泵的运行频率，反之则减小水泵的运行频率。

调节水泵转速的节电原理采用交流变频技术控制水泵的运行，是目前中央空调系统节能改造的有效途经之一，下图绘出了阀门控制调节和变频调速控制两种状态的水泵功率消耗——流量关系曲线。

下图显示了变频器控制和阀门控制水泵所消耗的不同功率，从下图中我们可以清楚的看出在水泵流量为额定的60％时，变频器控制与阀门控制相比，功率下降了60％；所以水泵仅仅依靠阀门控制是远远不够的，进行变频器控制的节能改造是十分必要的。

对于水泵来说，流量Q与转速N成正比，扬程H与转速N的二次方成正比，而轴功率与P与转速N的三次方成正比，下表列出了它们之间的关系变化：水泵转速N% 运行频率F(Hz) 水泵扬程H% 轴功率P％节电率％100 50 100 100 090 45 81 72.9 27.180 40 64 51.2 48.870 35 49 34.3 65.760 30 36 21.6 78.4 从上表中可见用变频调速的方法来减少水泵流量进行节能改造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；当水泵转速下降到额定转速的10%即F=45Hz时，其电动机轴功率下降了27.1%，水泵节电率为27.1％；当水泵转速下降到额定转速的20%即F=40Hz时，其电动机轴功率下降了48.8%，水泵节电率为48.8％；当水泵转速下降到额定转速的30%即F=35Hz时，其电动机轴功率下降了65.7%，水泵节电率为65.7％；当水泵转速下降到额定转速的60%即F=30Hz时，其电动机轴功率下降了78.4%，水泵节电率为78.4% ；冷冻和冷却水泵节电率的计算：计算公式：冷冻和冷却水泵节电率=[1－（变频器运行频率÷50Hz）3]×100%例如：水泵转速降低30％，即变频器运行频率＝35Hz水泵节电率＝[1－（35Hz÷50Hz）3]×100%＝65.7％水泵转速降低20％，即变频器运行频率＝40Hz水泵节电率＝[1－（40Hz÷50Hz）3]×100%＝48.8％。

冷机群控系统控制策略摘要：我国能源紧缺、能耗高，尤其空调能耗巨大，为了提高中央空调（冷机）的运行效率，方便操作、使用，提高空调能耗比，冷机群控系统越来越得到用户的重视和应用，不同的空调冷水系统对应有不同的群控策略，冷机群控作为独立的控制系统我们非常有必要做仔细的研究，从制冷原理和冷机工作原理以及围绕冷机运行的各个机电设备工作原理出发，从而实现对整个暖通空调系统冷源的全面自动控制、能源管理及分析系统，控制对象包括冷水机组、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵、过渡季板换、补水系统和各种相应的阀门等设备。

本文介绍了一次泵变流量空调水系统冷机群控系统设计方案，从中可以了解到建筑物中空调冷水系统配置了哪些机电设备，水路系统是怎么构建工作的。

论文介绍了冷机群控的定义、作用、特点、功能和控制对象。

详细分析了各类受控对象启动顺序，得出了针对不同受控设备科学的控制策略从而分析受控对象最佳的的节能手段。

并且对冷机群控系统调试做出基本分析，使冷机群控系统达到最佳运行效果。

关键词：冷机群控，能耗比，节能引言随着经济的快速发展与人民生活水平的不断提高，城市建设中现代化建筑的不断增多与新型建筑的蓬勃发展，使国家对能源有巨大的需求。

但我国目前能源储存有限、能源利用率较低，这就迫使我们要把节能问题提到一个重要的位置上来。

空调系统的出现为人们创造了舒适的空调环境，空调应用日益广泛，节能降耗成为空调系统设计的关键。

另外，目前我国大多数建筑的空调系统仍采用人工操作、维护、记录的方式进行监测、控制和管理。

随着计算机技术、信息技术和自控技术的高速发展，以及它们在暖通空调领域的广泛应用，利用自动化控制系统代替传统的仪器、仪表能够更有效的对空调系统进行科学、精确控制，在保证舒适性的同时提高空调系统的运行性能，节省运行能耗，以及降低运行管理费用和降低管理人员的劳动强度。

冷机群控系统的研究与设计对空调系统节能具有重要意义。

1.冷机群控系统的概念1、冷机群控系统定义依据建筑物的空调负荷需求，自动调节优化控制多台冷水机组及相关外围设备的运行[1]。

水泵变频器工作原理及接线方法水泵变频器是一种用于调节水泵电机转速的设备，通过改变电机的频率和电压来实现对水泵的速度控制。

在工业和民用领域广泛应用，有效提高了水泵系统的效率和节能性能。

本文将介绍水泵变频器的工作原理及接线方法。

工作原理水泵变频器工作原理主要涉及以下几个方面：1.变频控制：水泵变频器通过调节电源频率，改变电机的转速。

电源频率越高，电机转速越快，反之亦然。

变频器内部的逆变电路可以将电源频率转换为电机可接受的频率。

2.软启动：水泵变频器可以实现软启动功能，减少电机启动时的冲击，延长设备寿命。

3.变压控制：除了频率控制外，水泵变频器还可以调节电压，保证电机在低速运行时有足够的扭矩输出。

4.保护功能：水泵变频器内部集成了各种保护功能，如过载保护、短路保护、欠压保护等，保证设备的安全稳定运行。

接线方法在安装水泵变频器时，正确的接线方法至关重要，可以确保设备正常运行且安全可靠。

以下是一般的接线方法：1.电源接线：将电源输入端（L、N、PE）与电源配电箱连接，确保接线正确，接地可靠。

2.电机接线：将电机输出端（U、V、W）与水泵电机接线盒连接，注意三相电机的接线顺序要一致。

3.控制接线：将控制信号线（AI、DI、DO）连接至PLC或其他控制设备，实现远程控制功能。

4.调试接线：在接线完成后，需进行调试操作，根据实际情况调整参数，确保设备运行正常。

总之，水泵变频器的工作原理及接线方法对于提高水泵系统的效率和控制性能至关重要。

只有深入理解其工作原理，并正确接线，才能确保设备的正常运行和长期稳定性。

希望本文对读者对水泵变频器有更深入的了解和认识。