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1、水源热泵控制系统 水源热泵作为一种用地下恒温水源代替冷却塔的高效节能空调，在实际应用中，为了进一步提高节能效果，还应尽可能减少主机、冷冻水泵和冷却水泵等主要耗能设备的用能。传统的空调水系统使用定流量的运行方式，水源热泵主机本身具有能量调节机构，根据负载变化输出的能量可以在额定值的25％-100％的范围内调整。但是，冷冻水泵和冷却水泵却不随着负载变化做出相应的调节，流量保持不变，导致水系统经常在大流量、小温差的工况下运行，电能浪费很大。采用定温差变流量的水系统控制，可以避免这种浪费。 采用这
2、种控制方式，可以把进回水的温差固定在一个较大的给定值上，在用户负荷较小时，通过减少流量来满足用户要求，这样水泵的能耗可以大大减少。随着冷机技术的进步，蒸发器的流量可以在额定流量的60%-100%范围内变化，这样就为采用交流变频调速器对水源热泵系统中的水泵进行变流量节能控制提供了技术保证。本文将利用PLC、触摸屏和变频器对水源热泵进行变频节能控制。2 变频节能控制方案 采用变频器配合可编程控制器组成控制单元,其中冷却水泵、冷冻水泵均采用温度自动闭环调节，即用温度传感器对冷却水、冷冻水的水温进行采
3、样,并转换成电信号(一般为4-20mA,0-10V等)后送至PLC,通过PLC将该信号与设定值进行比较再作PID运算后，决定变频器输出频率,以达到改变冷冻水泵、冷却水泵转速,从而达到节能目的。2.1 冷冻水系统 系统采用定温差变流量的方式运行，在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻水泵变频器工作的最小工作频率作为水泵运行的下限频率并锁定；将电动机工频设定为上限频率，改变变频器频率就可以调节系统的流量。另一方面，在系统运行时，由于低温冷冻水温度取决于蒸发器的运行参数，一般冷冻水出水
4、温度设定为8-10℃,因此，只需控制高温冷冻水(回水)的温度,即可控制温差。为了确保冷冻水的出水回水温差在设定的范围内，方案采用温度传感器在冷冻水入口测量水温T，并与PLC、变频器及水泵组成闭环控制系统，将冷冻水回水温度控制在△T（一般取5-7℃）。当负荷发生变化，回水温度跟着变化，控制系统跟着温差的变化调节水泵的转速从而调节系统冷冻水的流量，直到满足新的负荷对冷冻水流量和温差要求。 图1 冷冻水系统闭环控制框图 当水源
5、热泵系统首次起动时，电机在工频下全速运行，冷冻水系统充分循环一段时间，然后再根据冷冻回水温度对频率进行无级调速。其目的是促进冷冻水的流动，保证换热效果。2.2 冷却水系统 水源热泵系统采用温度不变的地下恒温水源作为冷凝器的冷却水源，负荷变化，冷凝器散发的热量也会变化。取冷凝器两侧冷却水的温度作为控制参数,维持温差不变，采用温度传感器、PLC和变频器及冷却水泵组成闭环控制系统,调节冷却水泵的转速，从而调节冷却水流量跟随热负载变化。系统在满足冷却需要的前提下,可以避免水泵全功率运行，达到节电的目的
6、。 图2 冷却水系统闭环控制框图3 控制系统设计3.1 水源热泵系统设备 以某医院病房水源热泵系统为例，有两台螺杆压缩机，每台输入功率65kW，Y-△起动，每台压缩机带有3个能量调节电磁阀，使压缩机能分别工作在25%、50%、75%、100%能级。每台压缩机带有排气温度过高保护，内部温度过高保护，高、低压力保护，油压差保护，均为开关量。系统有冷冻水泵两台(1台备用)，功率均
7、为11kW，冷却水泵两台(1台备用),功率均为15kW，每台泵各匹配一个变频器。系统设水流开关两个,一个用于冷冻水水流，一个用于冷却水水流，两个水流开关中任何一个在断时，压缩机不能起动。这些设备和保护元件都需要检测其运行状态和起、停控制，都是开关量。3.2 控制系统硬件配置 根据系统分析和控制要求,系统安全运行要求控制端计有:系统启动/停机按扭2个,压缩机排气温度保护2个,高、低压保护4个,内部温度过高保护2个,油压差保护2个,电机过流保护6个,水泵电机保护4个，水流继电器2个,出水温度过低保
8、护1个,电源相序保护2个,共要求控制系统根据运行输入27个开关量以及4个模拟量信号，对这些信号进行处理后，给出的控制信号包括：驱动水泵变频器4个,驱动压缩机运行6个,驱动压缩机能量调节电磁阀6个，驱动水回路电磁阀2个,共计输出开关量18个。 根据以上系统要求的输入/输出端数量和系统特性，选择日本欧姆龙(OMRON)公司生产的PLC系列产品组成控制系统，包括有CP1H-XA40DR-A型号的PLC1台，NT5Z-ST121B-EC型号的触摸屏1台，3G3RV系列的变频器4台，CP
