基于PLC控制的空调冷却塔循环水泵的变频节能研究

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本文是对惠亚电子科技(深圳)有限公司的中央空调冷却塔系统进行节能的应用研究。在中央空调冷却塔系统中,全压运行的工作方式因结构简单、初期投资少,而在各行各业中得到长期、广泛的应用。但由于全压运行方式的水泵输出功率与负荷的波动无动态变化关系,因而存在严重浪费电能的问题,随着国家节能政策的推进,以及企业营运成本削减需求的高涨,在中央空调冷却塔系统中引入实时控制已成为必须的要求。首先,针对热负荷情况及空调设备的工作特点,在明确设备的工艺要求条件下,结合循环水泵变频节电原理,分析现场数据后,预估出节能幅度。确定控制对象为冷却水塔的出水温度并提出了3种备选方案,经比较确定采用变频分段自动控制方案(一级闭环反馈方案)。基于PLC控制的空调冷却塔循环水泵变频节能应用研宄具有一定的拓展性:国内各种各样的变频调速的应用汇编并不罕见,有的理论性较强,但多偏重仿真;有的则偏重应用效果而缺乏技术细节介绍。本文力求吸取前辈经验精华,用于改造方案总体设计,并在改造设计前,进行系统失效模式与效果分析,并制定相应的防范对策。接着,结合主要部件的性能规格进行如下设计:(1)系统电路图设计:主回路用变频/工频双电源供电方式;变频器用DC mA控制信号,提高抗干扰能力。(2) PLC程序设计:建立冷却塔出水温度(°C)、冷却塔出水温度经A/D转换后的数字量(V)、水泵电动机运行频率(Hz)三者的比例关系,使它们能等量转换,实现控制、比较、显示功能;用区间比较功能指令解决分段自动控制问题;用程序TO/FROM指令,结合专用模块存储器分配表,实现出水温度值的A/D转换和输出频率的D/A转换;(3)触摸屏人机画面设计:监控实时参数、建立累计运行时间档案、设计人工指令如调节受控温度区间和对应的水泵电动机运行频率值、自动/手动方式选择等。最后,装置用于实际验证。2013年7月投入运行以来,8个月的运行表明:(1)系统无自激振荡、无失控;没有元件损坏。(2)通过电度表对改造前/后的电能用量比较可得:每小时平均用电量节省了31.11%。(3)通过示波器测量改造前/后变频器输入/输出端电压波形,可知新系统的谐波、噪声在可接受水平。
摘要第5-6页
ABSTRACT第6-7页
第一章 绪论第11-15页
    1.1 引言第11-12页
    1.2 研究现状第12-13页
    1.3 本文工作第13-15页
第二章 改造设计基础第15-21页
    2.1 高速贴片车间空调系统、热负荷概况第15-17页
        2.1.1 高速贴片车间空调系统第15-17页
        2.1.2 贴片车间热负荷第17页
    2.2 现时问题第17-18页
        2.2.1 水泵电机自耦降压起动第17页
        2.2.2 水泵电机、冷却水塔风机全压运行(图2-4)第17-18页
    2.3 节能分析第18-19页
        2.3.1 空调负载持续率数据第18页
        2.3.2 热负荷分析第18-19页
        2.3.3 节能潜能估算第19页
    2.4 水泵变频调速节电原理第19-20页
        2.4.1 转矩特点第19-20页
    2.5 本章小结第20-21页
第三章 改造方案总体设计第21-31页
    3.1 交流调速方案选择第21-22页
    3.2 变频调速的谐波问题及对策第22页
    3.3 变频系统的电磁干扰及抑制对策第22-23页
    3.4 控制方案比较第23-28页
        3.4.1 控制对象分析第23-24页
        3.4.2 方案1变频器多段速定时控制第24-26页
        3.4.3 方案2变频器PID自动控制第26-27页
        3.4.4 方案3变频器分段自动控制第27-28页
    3.5 系统控制框图第28-29页
    3.6 失效模式分析及对策第29-30页
    3.7 本章小结第30-31页
第四章 改造设计第31-56页
    4.1 概述第31-32页
    4.2 系统电路图第32-38页
    4.3 变频器第38-40页
        4.3.1 变频器选择第38页
        4.3.2 功率计算第38-39页
        4.3.3 参数设置第39-40页
    4.4 可编程序控制器(PLC)第40-48页
        4.4.1 技术指标第40-41页
        4.4.2 程序流程图第41-44页
        4.4.3 程序梯形图第44页
        4.4.4 PLC辅助继电器和数据寄存器设定第44-47页
        4.4.5 PLC与变频器通信第47-48页
    4.5 A/D、D/A转换一体化模块第48-51页
        4.5.1 选型及器件性能规格第48-50页
        4.5.2 输入/输出特性第50-51页
        4.5.3 储存器(BFM)分配表第51页
    4.6 触摸屏第51-55页
        4.6.1 技术特性和系统参数第51-52页
        4.6.2 触摸屏与变频器的通讯设置第52页
        4.6.3 PLC与触摸屏通信第52-53页
        4.6.4 触摸屏画面制作第53-55页
    4.7 本章小结第55-56页
第五章 系统应用结果及完善第56-63页
    5.1 系统稳定性第56页
    5.2 报警信息及解决方法第56-57页
    5.3 谐波监测第57-59页
        5.3.1 市电电压波形第57页
        5.3.2 变频器输入侧电压波形第57-58页
        5.3.3 变频器输出侧电压波形第58-59页
    5.4 运行数据跟踪及分析第59-61页
        5.4.1 变频器工作频率与输出电流关系第59-60页
        5.4.2 电度数实测结果分析第60-61页
    5.5 约束条件改善第61-62页
    5.6 本章小结第62-63页
总结第63-65页
附录1 水泵节能原理及方案第65-66页
附录2 程序梯形图第66-71页
附录3 变频器参数设定一览表第71-76页
附录4 触摸屏画面一览表第76-79页
参考文献第79-81页
攻读工程硕士学位期间取得的研究成果第81-82页
致谢第82-83页
附件第83页
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