畢設(shè)---變頻調(diào)速技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ： （ 1）“ 1 控 2”的切換 即一臺(tái)變頻器控 制兩臺(tái)水泵。首先，指定兩臺(tái)水泵中的一臺(tái)為“ 1 號(hào)泵” ,另一臺(tái)為“ 2 號(hào)泵”。由“ 1 號(hào)泵”在變頻控制的情況下工作。 當(dāng)系統(tǒng)冷負(fù)荷增大，“ 1 號(hào)泵”已經(jīng)達(dá)到額定頻率而實(shí)際溫差仍大于設(shè)定溫差時(shí)，經(jīng)過(guò)短暫的延時(shí)后，將“ 1號(hào)泵”切換為工頻工作，同時(shí)變頻器的輸出頻率迅速降為 0Hz，然后使“ 2號(hào)泵”投入變頻運(yùn)行。 反之，當(dāng)系統(tǒng)冷負(fù)荷減少時(shí)，則“ 1 號(hào)泵”退出工作，由“ 2 號(hào)泵”單獨(dú)工作。完成一次加減泵的循環(huán)。 此方案所需設(shè)備費(fèi)用少，但因只有一臺(tái)水泵進(jìn)行變頻調(diào)速，故節(jié)能效果較沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 差。 （ 2）“ 1 控 1”的切換 一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)水泵，首先 “ 1 號(hào)泵”啟動(dòng)，進(jìn)行變頻控制，當(dāng)“ 1號(hào)泵”變頻器的輸出已經(jīng)上升到 50HZ，而溫差仍高于設(shè)定值時(shí)，“ 2 號(hào)泵”啟動(dòng)并升速，使“ 1 號(hào)泵”和“ 2號(hào)泵”同時(shí)進(jìn)行變頻控制。 而“ 1 號(hào)泵”變頻器的輸出頻率下降到下限頻率 30HZ 時(shí)，“ 2 號(hào)泵”減速并停止運(yùn)行，系統(tǒng)又進(jìn)入到由“ 1 號(hào)泵”單獨(dú)進(jìn)行變頻控制。 為了平衡兩臺(tái)水泵的工作情況，可以進(jìn)行切換，使兩臺(tái)水泵輪流擔(dān)任主泵。 這種方案的一次性投入費(fèi)用較高，但節(jié)能效果十分顯著，能夠節(jié)約的電能也非常可觀的，可以很快收回設(shè)備投資費(fèi)用。 最后決定采用“ 1 控 1”的變頻控制方案。在控制時(shí)還需注 意： 確保每臺(tái)水泵只能由一臺(tái)變頻器拖動(dòng)，避免兩臺(tái)變頻器同時(shí)拖動(dòng)同一臺(tái)水泵造成交流短路事故；并且每臺(tái)變頻器任何時(shí)間只能拖動(dòng)一臺(tái)水泵，以免一臺(tái)變頻器同時(shí)拖動(dòng)兩臺(tái)水泵而過(guò)載。 變頻節(jié)能系統(tǒng)組成框圖如圖 33 所示。 圖 33 變頻節(jié)能系統(tǒng)組成 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 冷卻泵、冷凍泵主電路與控制電路接線圖 冷卻泵 主電路與控制電路接線圖 冷卻水泵一、二次接線圖 分別 如圖 3 圖 35所示。 M 1M 2 M 31234561112223 335 5 5444666K M 1K M 3 K M 4K M 2ABCABCQ F 2STUVWSUVWRT變 頻 器 1F R F 5 4 0 3 7 K C H變 頻 器 2F R F 5 4 0 3 7 K C HRQ F 1圖 34冷卻泵一次接線圖 F U 1LNT A 1T A 2Q A 1Q A 2K M 1K M 2K M 3K M 1K M 2K M 4T A 3T A 4手 動(dòng) 切 換Q A 3K M 3Q A 4K M 4K M 1 K M 4K M 2 K M 3K M 3K M 4圖 35 冷卻泵二次接線圖 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 冷凍泵主電路與控制電路接線圖 冷凍水泵一、二次接線圖 分別 如圖 3 圖 37所示。 M 4M 5 M 61234561112223 335 5 5444666K M 5K M 7 K M 8ABCABCQ F 3Q F 4RSTUVWSUVWRT變 頻 器 3F R F 5 4 0 3 7 K C H變 頻 器 4F R F 5 4 0 3 7 K C HK M 8圖 36 冷凍泵一次接線圖 F U 2LNT A 5T A 6Q A 5Q A 6K M 5K M 6K M 7K M 5K M 6K M 8T A 7T A 8手 動(dòng) 切 換Q A 7K M 7Q A 8K M 8K M 5 K M 8K M 6 K M 7K M 7K M 8 圖 37 冷凍泵二次接線圖 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第 4 章 中央空調(diào)變頻控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) PLC 的選型 可編程序控制器簡(jiǎn)稱 PLC，是近年來(lái)迅速發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用的新一代工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。早期的可編程序控制器在功能上只能實(shí)現(xiàn)邏輯控制 ，因此，被稱為可編程序邏輯控制器（ Programmable Logic Controller） 簡(jiǎn)稱 PLC。隨著技術(shù)的進(jìn)步，微處理器（ Microprocessor Unit 即 MPU） 獲得廣泛應(yīng)用。一些 PLC生產(chǎn)廠家開始采用微處理器作為 PLC 的中央處理單元，大大加強(qiáng)了 PLC 的功能。它不僅具有邏輯控制功能，而且具有算術(shù)運(yùn)算功能和對(duì)模擬量的控制功能。美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)（ National Electrical Manufactures Association， 簡(jiǎn)稱 NEMA） 于1980 年將它正式命名為可編程序控制器（ Programmable Controller） ,簡(jiǎn)稱 PC。該名稱已在工業(yè)界使用多年，但近年來(lái)個(gè)人計(jì)算機(jī) (Personal puter)也簡(jiǎn)稱PC，為了區(qū)別，目前可編程序控制器常被稱為 PLC[8]。 可編程控制器 PLC 的基本功能 （ 1） 邏輯控制功能； （ 2） 定時(shí)控制功能； （ 3） 計(jì)數(shù)控制功能； （ 4） 步進(jìn)控制功能； （ 5） 數(shù)據(jù)處理功能； （ 6） A/D、 D/A 控制功能； （ 7） 通訊聯(lián)網(wǎng)功能； （ 8） 監(jiān)控功能； （ 9） 停電記憶功能。 三菱 FX2N 系列 PLC 介紹 FX2N 是 FX2 的升級(jí)換代產(chǎn)品， FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先進(jìn)的系列 ， 具有豐富的軟元件資源，有 3072 點(diǎn)輔助繼電器。它提供了多種特殊功能模塊，可實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制和位置控制，有多種 RS232C、 RS42 RS485 串行通信模塊或擴(kuò)展模塊以支持網(wǎng)絡(luò)通信。 FX2N 具有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集，使用 32位處理沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 浮點(diǎn)數(shù)，具有滿足平方根和三角幾何指令等數(shù)學(xué)功能要求很高的數(shù)據(jù)處理。 FX2N 主要有以下特點(diǎn)：基本單元（ 16128 點(diǎn)），最多可以擴(kuò)展到 256 點(diǎn)。有繼電器輸出、雙向晶閘管輸出和晶體管輸出 3種輸出方式；內(nèi)置 8000步（最多可擴(kuò)展到 16K 步） RAM,可選用存儲(chǔ)盒，有 RAM、 EPROM 和 EEPROM3 種類型；機(jī)體小型化，比 FX2 減小 50%；兼容 FX2 的程序設(shè)計(jì)； 最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊 功能模塊，它可以為你的工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力； 網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信 方面可以接到世界上最流行的開放式網(wǎng)絡(luò) CCLink、Profibus Dp 和 DeviceNet 或者采用傳感器層次的網(wǎng)絡(luò)解決通信需要。 三菱 FX2N64MR PLC 本設(shè)計(jì)需要大約 38 個(gè)輸入輸出 I/O接口， PLC 還應(yīng)留有一部分的空余端子以備其他用途，故選用三菱 FX2N64MR 型號(hào) PLC， AC 電源， DC 輸入，合計(jì) 64 點(diǎn)，輸入 32 點(diǎn)， DC24V，輸出 32 點(diǎn)，繼電器型輸出。外形尺寸 W*H*D（ mm） 220*90*87。 溫度傳感器模塊 溫度傳感器模塊的功能是把現(xiàn)場(chǎng)的模擬溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)送給主處理單元（ MPU） 。 FX2N 有兩種 A/D 輸入模塊，一種是熱電偶溫度傳感器，一種是鉑電阻溫度傳感器，二者原理基本相同。 FX2N4ADPT 溫度輸入模塊將來(lái)自 4 個(gè)鉑溫度傳感器（ PT100、 3線 、 100 歐）的輸入信號(hào)放大，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 12 位的可讀數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在主處理單元 (MPU)中，攝氏度和華氏度數(shù)據(jù)都可讀取。讀分辨率是 176。 C/176。 F。所有的數(shù)據(jù)傳輸和參數(shù)設(shè)置都可以通過(guò) FX2N4ADPT 的軟件控制來(lái)調(diào)整，由FX2N4ADPT 的 TO/FROM 應(yīng)用指令來(lái)完成。 FX2N4ADPT 占用 FX2N 擴(kuò)展總線的 8 個(gè)點(diǎn)，這 8個(gè)點(diǎn)可以分配成輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)， FX2N4ADPT 消耗 FX2N 基本單元或由原擴(kuò)展單元 5V 電源槽的 30mA 電流 [9]。 BFM 分配說(shuō)明： (1) 平均后的采樣值被分配給 BFM1 – BFM4,只有 14096 的范圍是有效的，溢出的值將被忽略，使用默認(rèn)值 8。 (2) 最近轉(zhuǎn)換的一些可讀值被平均后，給出一個(gè)平滑的可讀值。平均數(shù)據(jù)沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 保存在 BFM5 – BFM8 和 BFM13 – BFM16。 (3) BFM9 – BFM12 和 BFM17 – BFM20 用于保存數(shù)據(jù)當(dāng)前值，兩者分別以 ℃或 ℉為單位，不過(guò)可用的分辨率只有 ℃或 ℉ 。 BFM 的配及狀態(tài)信息如表 41所示。 表 41 FX2N4ADPT 中 BFM 的分配 BFM 內(nèi)容 *1 4 將被平均的 CH1 – CH4 的平均溫度可讀值（ 14096）默認(rèn)值為 8 *5 8 CH1 – CH4 在 ℃單位下的平均溫度 *9 12 CH1 – CH4 在 ℃單位下的當(dāng)前溫度 *13 16 CH1 – CH4 在 ℉單位下的平均溫度 *17 20 CH1 – CH4 在 ℉單位下的當(dāng)前溫度 *21 27 保留 *28 數(shù)字范圍錯(cuò)誤鎖存 29 錯(cuò)誤狀 態(tài) 30 識(shí)別碼 K2040 31 保留 模擬量輸出模塊 模擬輸出模塊的功能是把 CPU 的 數(shù)字信號(hào)量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓或電流模擬量，以便控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 FX2N 的 D/A輸出模塊有 2種，即 FX2N2DA 和 FX2N4DA。 本設(shè)計(jì)選用 模擬量輸出模塊型號(hào)為 FX2N4DA， 它 是 一款 4 通道 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，每個(gè)通道可單獨(dú)設(shè)置電壓或電流輸出，是一種具有高精確度的輸出模塊。 FX2N4DA 共 32 個(gè)緩沖存儲(chǔ)器（每個(gè) 16位）。 FX2N4DA 占用 FX2N 擴(kuò)展總線的 8個(gè)點(diǎn)，這 8 個(gè)點(diǎn)可以分配成輸入和輸出。FX2N4DA 消耗 FX2N 主單元或有源擴(kuò)展單元 5V 電源槽的 30mA 電流。 溫度傳感器 溫度傳感器選用歐姆龍鉑電阻型 PT100 電壓型溫度傳感器。導(dǎo)線方式： 3沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 導(dǎo)線式，保護(hù)管材質(zhì)： SUS304，感熱部長(zhǎng)度： 30mm。驅(qū)動(dòng)電流為 1mA（恒流方式），其額定溫度輸入范圍 100℃ — +600℃ ， 分辨率為 ℃， 電壓輸出 0— 10V，對(duì)應(yīng)的模擬數(shù)字輸出 1000— +6000（帶符號(hào)位 16位，二進(jìn)制） [10]。 變頻器的選型 變頻器是 PLC 控制系統(tǒng)中重要的執(zhí)行器 ，通過(guò)變頻器可以實(shí)現(xiàn)交流異步電動(dòng) 機(jī)的變頻調(diào)速。交流變頻器是計(jì)算機(jī)以及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物，計(jì)算機(jī)是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。 變頻器的工作原理 從頻率變換的形式來(lái)說(shuō)， 變頻器分為交 交和交 直 交兩種形式。交 交變頻器可將工頻交流電直接變成頻率、電壓均可控制的交流電，稱為直接式變頻器。而交 直 交變頻器則是先把工頻交流電通過(guò)整流變成直流電，然后再把直流電逆變成頻率、電壓均可控制的交流電，稱為間接式變頻器。目前，市售通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)多采用交 直 交變頻器 ，如圖 41 所示。 圖 41 交 直 交變頻器結(jié)構(gòu) 交 直 交變頻器由主回路和控制電路組成，主回路又包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)和逆變器，現(xiàn)將各部分的功能分別加以介紹。 （ 1） 整流器 電網(wǎng)側(cè)的變流器是整流器，它的作用是把三相（也可以是單相）交流電整流成直流。 一般三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成 。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 （ 2） 中間直流環(huán)節(jié)（中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)） 直流中間環(huán)節(jié)的作用是對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑處理，以保證逆變電路以及控制電源得到質(zhì)量較高的直流電源。 在直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)存在無(wú)功功率的交換，這種無(wú)功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件（ 電容器 或電抗 器）來(lái)緩沖 ，所以中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件是電容器還是電抗器，交 直 交型變頻器具體可以分為電壓源型變頻器和電流源型變頻器兩種形式。電壓源型變頻器以大電容作為中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件，電動(dòng)機(jī)的電壓波形為方波，電流波形接近正弦波，近似于電壓源。電流源型變頻器以大電感作為中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件，電動(dòng)機(jī)的電壓波形接近正弦波，電流波形為方波，近似于電流源。 電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能量從交流電源經(jīng)過(guò)整流電路和中間直流環(huán)節(jié)輸出到電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，電動(dòng)機(jī)工作在發(fā) 電狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)的能量無(wú)法回饋到電