毕设---变频调速技术在中央空调系统中的应用

毕设---变频调速技术在中央空调系统中的应用内容摘要：

： （ 1）“ 1 控 2”的切换 即一台变频器控 制两台水泵。 首先，指定两台水泵中的一台为“ 1 号泵” ,另一台为“ 2 号泵”。 由“ 1 号泵”在变频控制的情况下工作。 当系统冷负荷增大，“ 1 号泵”已经达到额定频率而实际温差仍大于设定温差时，经过短暂的延时后，将“ 1号泵”切换为工频工作，同时变频器的输出频率迅速降为 0Hz，然后使“ 2号泵”投入变频运行。 反之，当系统冷负荷减少时，则“ 1 号泵”退出工作，由“ 2 号泵”单独工作。 完成一次加减泵的循环。 此方案所需设备费用少，但因只有一台水泵进行变频调速，故节能效果较沈阳工业大学 工程学院 本科生毕业设计（论文） 9 差。 （ 2）“ 1 控 1”的切换 一台变频器控制一台水泵，首先 “ 1 号泵”启动，进行变频控制，当“ 1号泵”变频器的输出已经上升到 50HZ，而温差仍高于设定值时，“ 2 号泵”启动并升速，使“ 1 号泵”和“ 2号泵”同时进行变频控制。 而“ 1 号泵”变频器的输出频率下降到下限频率 30HZ 时，“ 2 号泵”减速并停止运行，系统又进入到由“ 1 号泵”单独进行变频控制。 为了平衡两台水泵的工作情况，可以进行切换，使两台水泵轮流担任主泵。 这种方案的一次性投入费用较高，但节能效果十分显著，能够节约的电能也非常可观的，可以很快收回设备投资费用。 最后决定采用“ 1 控 1”的变频控制方案。 在控制时还需注 意： 确保每台水泵只能由一台变频器拖动，避免两台变频器同时拖动同一台水泵造成交流短路事故；并且每台变频器任何时间只能拖动一台水泵，以免一台变频器同时拖动两台水泵而过载。 变频节能系统组成框图如图 33 所示。 图 33 变频节能系统组成 沈阳工业大学 工程学院 本科生毕业设计（论文） 10 冷却泵、冷冻泵主电路与控制电路接线图 冷却泵 主电路与控制电路接线图 冷却水泵一、二次接线图 分别 如图 3 图 35所示。 M 1M 2 M 31234561112223 335 5 5444666K M 1K M 3 K M 4K M 2ABCABCQ F 2STUVWSUVWRT变 频 器 1F R F 5 4 0 3 7 K C H变 频 器 2F R F 5 4 0 3 7 K C HRQ F 1图 34冷却泵一次接线图 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 动 切 换Q A 3K M 3Q A 4K M 4K M 1 K M 4K M 2 K M 3K M 3K M 4图 35 冷却泵二次接线图 沈阳工业大学 工程学院 本科生毕业设计（论文） 11 冷冻泵主电路与控制电路接线图 冷冻水泵一、二次接线图 分别 如图 3 图 37所示。 M 4M 5 M 61234561112223 335 5 5444666K M 5K M 7 K M 8ABCABCQ F 3Q F 4RSTUVWSUVWRT变 频 器 3F R F 5 4 0 3 7 K C H变 频 器 4F R F 5 4 0 3 7 K C HK M 8图 36 冷冻泵一次接线图 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 动 切 换Q A 7K M 7Q A 8K M 8K M 5 K M 8K M 6 K M 7K M 7K M 8 图 37 冷冻泵二次接线图 沈阳工业大学 工程学院 本科生毕业设计（论文） 12 第 4 章 中央空调变频控制系统的实现 PLC 的选型 可编程序控制器简称 PLC，是近年来迅速发展并得到广泛应用的新一代工业自动化控制装置。 早期的可编程序控制器在功能上只能实现逻辑控制 ，因此，被称为可编程序逻辑控制器（ Programmable Logic Controller） 简称 PLC。 随着技术的进步，微处理器（ Microprocessor Unit 即 MPU） 获得广泛应用。 一些 PLC生产厂家开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元，大大加强了 PLC 的功能。 它不仅具有逻辑控制功能，而且具有算术运算功能和对模拟量的控制功能。 美国电气制造协会（ National Electrical Manufactures Association， 简称 NEMA） 于1980 年将它正式命名为可编程序控制器（ Programmable Controller） ,简称 PC。 该名称已在工业界使用多年，但近年来个人计算机 (Personal puter)也简称PC，为了区别，目前可编程序控制器常被称为 PLC[8]。 可编程控制器 PLC 的基本功能 （ 1） 逻辑控制功能； （ 2） 定时控制功能； （ 3） 计数控制功能； （ 4） 步进控制功能； （ 5） 数据处理功能； （ 6） A/D、 D/A 控制功能； （ 7） 通讯联网功能； （ 8） 监控功能； （ 9） 停电记忆功能。 三菱 FX2N 系列 PLC 介绍 FX2N 是 FX2 的升级换代产品， FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先进的系列 ， 具有丰富的软元件资源，有 3072 点辅助继电器。 它提供了多种特殊功能模块，可实现过程控制和位置控制，有多种 RS232C、 RS42 RS485 串行通信模块或扩展模块以支持网络通信。 FX2N 具有较强的数学指令集，使用 32位处理沈阳工业大学 工程学院 本科生毕业设计（论文） 13 浮点数，具有满足平方根和三角几何指令等数学功能要求很高的数据处理。 FX2N 主要有以下特点：基本单元（ 16128 点），最多可以扩展到 256 点。 有继电器输出、双向晶闸管输出和晶体管输出 3种输出方式；内置 8000步（最多可扩展到 16K 步） RAM,可选用存储盒，有 RAM、 EPROM 和 EEPROM3 种类型；机体小型化，比 FX2 减小 50%；兼容 FX2 的程序设计； 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，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力； 网络和数据通信 方面可以接到世界上最流行的开放式网络 CCLink、Profibus Dp 和 DeviceNet 或者采用传感器层次的网络解决通信需要。 三菱 FX2N64MR PLC 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 FX2N64MR 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。 温度传感器模块 温度传感器模块的功能是把现场的模拟温度信号转换成相应的数字信号送给主处理单元（ MPU）。 FX2N 有两种 A/D 输入模块，一种是热电偶温度传感器，一种是铂电阻温度传感器，二者原理基本相同。 FX2N4ADPT 温度输入模块将来自 4 个铂温度传感器（ PT100、 3线 、 100 欧）的输入信号放大，并将数据转换成 12 位的可读数据，存储在主处理单元 (MPU)中，摄氏度和华氏度数据都可读取。 读分辨率是 176。 C/176。 F。 所有的数据传输和参数设置都可以通过 FX2N4ADPT 的软件控制来调整，由FX2N4ADPT 的 TO/FROM 应用指令来完成。 FX2N4ADPT 占用 FX2N 扩展总线的 8 个点，这 8个点可以分配成输入点和输出点， FX2N4ADPT 消耗 FX2N 基本单元或由原扩展单元 5V 电源槽的 30mA 电流 [9]。 BFM 分配说明： (1) 平均后的采样值被分配给 BFM1 – BFM4,只有 14096 的范围是有效的，溢出的值将被忽略，使用默认值 8。 (2) 最近转换的一些可读值被平均后，给出一个平滑的可读值。 平均数据沈阳工业大学 工程学院 本科生毕业设计（论文） 14 保存在 BFM5 – BFM8 和 BFM13 – BFM16。 (3) BFM9 – BFM12 和 BFM17 – BFM20 用于保存数据当前值，两者分别以 ℃或 ℉为单位，不过可用的分辨率只有 ℃或 ℉。 BFM 的配及状态信息如表 41所示。 表 41 FX2N4ADPT 中 BFM 的分配 BFM 内容 *1 4 将被平均的 CH1 – CH4 的平均温度可读值（ 14096）默认值为 8 *5 8 CH1 – CH4 在 ℃单位下的平均温度 *9 12 CH1 – CH4 在 ℃单位下的当前温度 *13 16 CH1 – CH4 在 ℉单位下的平均温度 *17 20 CH1 – CH4 在 ℉单位下的当前温度 *21 27 保留 *28 数字范围错误锁存 29 错误状 态 30 识别码 K2040 31 保留 模拟量输出模块 模拟输出模块的功能是把 CPU 的 数字信号量转换为相应的电压或电流模拟量，以便控制现场设备。 FX2N 的 D/A输出模块有 2种，即 FX2N2DA 和 FX2N4DA。 本设计选用 模拟量输出模块型号为 FX2N4DA， 它 是 一款 4 通道 D/A 转换模块，每个通道可单独设置电压或电流输出，是一种具有高精确度的输出模块。 FX2N4DA 共 32 个缓冲存储器（每个 16位）。 FX2N4DA 占用 FX2N 扩展总线的 8个点，这 8 个点可以分配成输入和输出。 FX2N4DA 消耗 FX2N 主单元或有源扩展单元 5V 电源槽的 30mA 电流。 温度传感器 温度传感器选用欧姆龙铂电阻型 PT100 电压型温度传感器。 导线方式： 3沈阳工业大学 工程学院 本科生毕业设计（论文） 15 导线式，保护管材质： SUS304，感热部长度： 30mm。 驱动电流为 1mA（恒流方式），其额定温度输入范围 100℃ — +600℃ ， 分辨率为 ℃， 电压输出 0— 10V，对应的模拟数字输出 1000— +6000（带符号位 16位，二进制） [10]。 变频器的选型 变频器是 PLC 控制系统中重要的执行器 ，通过变频器可以实现交流异步电动 机的变频调速。 交流变频器是计算机以及现代电力电子技术高度发展的产物，计算机是变频器的核心，电力电子器件构成了变频器的主电路。 变频器的工作原理 从频率变换的形式来说， 变频器分为交 交和交 直 交两种形式。 交 交变频器可将工频交流电直接变成频率、电压均可控制的交流电，称为直接式变频器。 而交 直 交变频器则是先把工频交流电通过整流变成直流电，然后再把直流电逆变成频率、电压均可控制的交流电，称为间接式变频器。 目前，市售通用变频器的基本结构多采用交 直 交变频器 ，如图 41 所示。 图 41 交 直 交变频器结构 交 直 交变频器由主回路和控制电路组成，主回路又包括整流器、中间直流环节和逆变器，现将各部分的功能分别加以介绍。 （ 1） 整流器 电网侧的变流器是整流器，它的作用是把三相（也可以是单相）交流电整流成直流。 一般三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成。 沈阳工业大学 工程学院 本科生毕业设计（论文） 16 （ 2） 中间直流环节（中间直流储能环节） 直流中间环节的作用是对整流电路的输出进行平滑处理，以保证逆变电路以及控制电源得到质量较高的直流电源。 在直流环节和电动机之间总会存在无功功率的交换，这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（ 电容器 或电抗 器）来缓冲 ，所以中间直流环节为中间直流储能环节。 根据中间直流环节的储能元件是电容器还是电抗器，交 直 交型变频器具体可以分为电压源型变频器和电流源型变频器两种形式。 电压源型变频器以大电容作为中间直流环节的储能元件，电动机的电压波形为方波，电流波形接近正弦波，近似于电压源。 电流源型变频器以大电感作为中间直流环节的储能元件，电动机的电压波形接近正弦波，电流波形为方波，近似于电流源。 电动状态时，能量从交流电源经过整流电路和中间直流环节输出到电动机，电动机制动时，电动机的动能转化为电能，电动机工作在发 电状态，电动机的能量无法回馈到电。