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    一、前言

    據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)裝機(jī)總?cè)萘考s4億多千瓦，其用電量占當(dāng)年全國發(fā)電量的60%～70%，而風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備裝機(jī)總功率達(dá)1.6億千瓦，年耗電量3 200kWh，約占當(dāng)年全國電力消耗總量的1/3。而應(yīng)用變頻器節(jié)電率一般在20%～60%，投資回收期1～2年，企業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。所以，大力推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)不僅是當(dāng)前推進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，而且也是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變和我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必然要求。本文以在中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行闡述?；谥醒肟照{(diào)系統(tǒng)選型配備時(shí)，其冷凍泵和冷卻泵的容量均按最大負(fù)荷選定，且留有余量的原則，泵組在大部分時(shí)間處于低溫差、大流量的運(yùn)行狀態(tài)，造成整個(gè)系統(tǒng)的能源利用率降低，浪費(fèi)了大量能源。同時(shí)，設(shè)備長期高速運(yùn)轉(zhuǎn)，大大縮短了使用壽命，增加了維護(hù)費(fèi)用。隨著技術(shù)的日益成熟和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,變頻調(diào)速技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用已十分普遍。為了節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益，依據(jù)國家集中式空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，采用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制改造，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

    二、中央空調(diào)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

    大中型中央空調(diào)由制冷、制熱站，空調(diào)水管網(wǎng)系統(tǒng)和空調(diào)末端裝置（空調(diào)機(jī)組，風(fēng)機(jī)盤管和新風(fēng)機(jī)組等）三部分組成。工作原理：采用設(shè)備中的風(fēng)扇使室內(nèi)空氣循環(huán)，并通過設(shè)備中的冷、溫水盤管來冷卻和加熱，以達(dá)到空調(diào)的目的。盤管中的冷、溫水由機(jī)房中的制冷設(shè)備和鍋爐提供。

    空調(diào)系統(tǒng)的溫度、供水系統(tǒng)的水壓、通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量等，這些系統(tǒng)絕大多數(shù)是用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。以前由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速無法方便調(diào)節(jié)，為了達(dá)到對(duì)上述物理量的控制，只好采用一些簡(jiǎn)單的方法，如用擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量，用閥門來調(diào)節(jié)流量壓力等，致使這些系統(tǒng)不僅達(dá)不到很好的調(diào)節(jié)效果，而且大量的電能被擋板和閥門白白浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前使用的風(fēng)機(jī)、水泵大約有25%的能量是無謂消耗。另外，根據(jù)交流電機(jī)的特性，要實(shí)現(xiàn)連續(xù)平滑的速度調(diào)節(jié)，最佳的方法就是采用變頻調(diào)速器，變頻器是將標(biāo)準(zhǔn)的交流電轉(zhuǎn)成頻率、電壓可變的交流電，供給電機(jī)并能對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。采用變頻器進(jìn)行風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能改造，不僅避免了由于采用擋板或閥門造成的電能浪費(fèi)，而且還會(huì)極大提高控制和調(diào)節(jié)的精度，從而方便地實(shí)現(xiàn)恒溫空調(diào)系統(tǒng)和恒壓供水系統(tǒng)。

    三、AI儀表在系統(tǒng)中的應(yīng)用

    1.AI儀表選型介紹：AI儀表在中央空調(diào)變頻系統(tǒng)中主要調(diào)節(jié)的對(duì)象是溫度，執(zhí)行器是變頻器。考慮到控制精度和響應(yīng)速度，調(diào)節(jié)器選用AI-708AX3L2L2，它的特點(diǎn)是：輸入采用數(shù)字校正系統(tǒng)，內(nèi)置常用熱電偶和熱電阻非線性校正表格，測(cè)量精度高達(dá)0.2級(jí)；采用先進(jìn)的AI人工智能調(diào)節(jié)算法，無超調(diào)，具備自整定（AT）功能；采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，提供豐富的輸出規(guī)格，能廣泛滿足各種應(yīng)用場(chǎng)合的需要。在冷卻水循環(huán)控制中需要有溫差測(cè)量，儀表選擇AI-704MAJ0J0X3（V7.61），它的特點(diǎn)是：最多可支持4個(gè)可編程測(cè)量輸入回路，配合不同的輸入模塊，可以輸入4路熱電偶、電壓或電流信號(hào)；輸入為熱電阻時(shí)，可支持4路二線制接線方式或3路三線制接線方式輸入；內(nèi)建開方、減法器等運(yùn)算功能，可以替代傳統(tǒng)儀表運(yùn)算單元且精度更高；最多可有2個(gè)相互隔離的變送電流輸出，可將任意通道的測(cè)量值從OUTP端口變送輸出，可以編程作為二進(jìn)二出或一進(jìn)二出型變送器使用。

    2..主要控制回路介紹

    A.中央空調(diào)系統(tǒng)的外部熱交換由兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)來完成。循環(huán)水系統(tǒng)的回水與進(jìn)（出）水溫度之差，反映了需要進(jìn)行熱交換的熱量。因此，根據(jù)回收與進(jìn)（出）水溫度之差來控制循環(huán)水的流動(dòng)速度，從而控制了熱交換的速度，是比較合理的控制方法。

    (1)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制

    由于冷水的出水溫度是冷凍機(jī)組“冷凍”的結(jié)果，常常是比較穩(wěn)定的。因此，單是回水溫度的高低就足以反映房間內(nèi)的溫度。冷凍泵變頻調(diào)速系統(tǒng)可以簡(jiǎn)單地根據(jù)回水溫度進(jìn)行如下控制，AI儀表通過測(cè)量回水溫度，與設(shè)定值比較后輸出信號(hào)控制變頻器實(shí)現(xiàn)冷凍泵循環(huán)速度，實(shí)現(xiàn)回水的恒溫控制?；厮疁囟雀邥r(shí)，說明房間溫度高，儀表輸出信號(hào)提高冷凍泵的循環(huán)速度，降低溫度。溫度低時(shí)，則工作方向相反。

    (2)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制

    由于冷卻塔的水溫是隨環(huán)境溫度而變化的，其單測(cè)水溫不能準(zhǔn)確地反映冷凍機(jī)組內(nèi)產(chǎn)生熱量的多少。對(duì)于冷卻泵以進(jìn)水和回水間的溫差作為控制依據(jù)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)水和回水間的恒溫差控制是比較合理的。

    AI儀表通過測(cè)量進(jìn)水和回水的溫差來控制冷卻泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)溫差大時(shí)，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，儀表輸出信號(hào)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水的循環(huán)速度；當(dāng)溫差小時(shí)，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量小，儀表減小輸出降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷卻水的循環(huán)速度。

    B.中央空調(diào)末端送風(fēng)控制。系統(tǒng)中清潔空氣在末端與熱交換器充分接觸后由風(fēng)機(jī)直接送入室內(nèi)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)室溫的目的。在輸送介質(zhì)（水）溫度恒定的情況下，改變送風(fēng)量可以改變帶入室內(nèi)的制冷（熱）量，從而較方便地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。在大型系統(tǒng)中大都采取的是自動(dòng)恒溫控制，在AI儀表上設(shè)定好需要的室溫，儀表輸出信號(hào)控制變頻器調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以控制送風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)室溫的恒定控制。變頻器可對(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，在變頻的同時(shí)，輸入端的電壓亦隨之改變，從而節(jié)約了能源，降低了系統(tǒng)噪音。

    3.AI儀表的調(diào)試

    AI儀表具有模糊邏輯PID調(diào)節(jié)及參數(shù)自整定功能的先進(jìn)控制算法。在誤差大時(shí)，運(yùn)用模糊法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象；當(dāng)誤差減小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動(dòng)學(xué)習(xí)和記憶被控對(duì)象的部分特征以使效果最優(yōu)化。其具有無超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡(jiǎn)單，對(duì)復(fù)雜對(duì)象也能獲得較好控制效果等特點(diǎn)，其整體調(diào)節(jié)效果比一般的PID算法更明顯。在沒有經(jīng)驗(yàn)控制參數(shù)的時(shí)候，為了達(dá)到最佳的控制效果，儀表要進(jìn)行PID自整定。在多數(shù)情況下，自整定一次就可以使獲得滿意的控制效果。如果控制有偏差時(shí)，可以通過微調(diào)M5、P、T參數(shù)來修正。調(diào)節(jié)器主要參數(shù)設(shè)置：

    HIAL：上限報(bào)警。

    LOAL：下限報(bào)警。

    Df：回差（死區(qū)、滯環(huán)），用于避免因測(cè)量輸入值波動(dòng)而產(chǎn)生報(bào)警頻繁動(dòng)作。

    Ctrl：控制方式，采用AI人工智能調(diào)節(jié)/PID調(diào)節(jié)，Ctrl＝1。

    M5：保持參數(shù)，主要決定調(diào)節(jié)算法中的積分作用，和PID積分時(shí)間類似，M5越小，系統(tǒng)積分作用越強(qiáng)。M5=0時(shí)取消積分和AI人工智調(diào)節(jié)，成為PD調(diào)節(jié)器。

    P：速率參數(shù)，與每秒內(nèi)儀表輸出變化100%時(shí)測(cè)量值時(shí)應(yīng)變化大小成正比，P=1000/每秒測(cè)量值的升高單位值（系統(tǒng)以0.1定義為一個(gè)單位）。

    T：滯后時(shí)間，t越小，則比例和積分作用均成正比增強(qiáng)，而微分作用相對(duì)減弱，但整體反饋?zhàn)饔迷鰪?qiáng)：反之，t越大，則比例和積分作用均減弱，而微分作用相對(duì)增強(qiáng)。

    Ctl：輸出周期，反映儀表運(yùn)算調(diào)節(jié)的快慢。

    Sn：輸入反饋信號(hào)類型。

    Opt：輸出方式。

    CF：系統(tǒng)功能選擇，可以選擇系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方向。

    四、結(jié)語

    以往的中央空調(diào)系統(tǒng)冷媒泵、冷卻泵及冷卻風(fēng)機(jī)不論環(huán)境溫度如何，均全速運(yùn)行，造成整個(gè)系統(tǒng)的能源利用率降低，造成電能大量浪費(fèi)。同時(shí)，設(shè)備長期處于高速運(yùn)行狀態(tài)，縮短使用壽命，增加維護(hù)費(fèi)用。 針對(duì)上述情況采用儀表和變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，經(jīng)過運(yùn)行測(cè)試，節(jié)能效果十分顯著，同時(shí)降低了運(yùn)行噪音，提高了機(jī)組效率和設(shè)備使用壽命。系統(tǒng)應(yīng)注意的幾個(gè)問題：

    1.共振：選擇末端送風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮測(cè)試其在全轉(zhuǎn)速范圍的共振轉(zhuǎn)速點(diǎn)并應(yīng)避免電機(jī)工作于這樣的轉(zhuǎn)速區(qū)。通過設(shè)定變頻器的回避頻率及其寬度值，則可以避免電機(jī)運(yùn)行于該轉(zhuǎn)速區(qū)域。

    2.頻率限制：電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，散熱效果較差；轉(zhuǎn)速過大，會(huì)引起因風(fēng)速過高而造成的不適當(dāng)狀態(tài)。制冷時(shí)，可能因風(fēng)速過大，致使冷凝水不能被吸水盤完全接收，造成外漏。應(yīng)選擇適宜的上、下限頻率，下限頻率以不小于15Hz為宜，上限頻率不要超過60Hz，根據(jù)最大風(fēng)速確定。

    3.載波頻率：將變頻器的載波頻率適當(dāng)提高，則可以降低電機(jī)運(yùn)行噪音，提高環(huán)境質(zhì)量。多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，若電機(jī)距離變頻器較遠(yuǎn)，則需調(diào)整載波頻率，以避免引起電機(jī)電流振蕩。

    4.安裝：變頻器應(yīng)裝于末端機(jī)的“隔離室”內(nèi)，除保證良好的散熱外，還應(yīng)讓其不置身于潮濕環(huán)境下，亦需考慮中央空調(diào)在制冷或制熱時(shí)末端機(jī)自身的溫度影響。

    5.節(jié)能：風(fēng)機(jī)屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，應(yīng)用時(shí)，選擇風(fēng)機(jī)、泵類專用變頻器（亦稱為節(jié)能型變頻器）較好，并將其轉(zhuǎn)矩曲線（V/F）設(shè)定為“平方轉(zhuǎn)矩”，這樣可以達(dá)到較好的節(jié)能效果。