基于PLC与WinCC在中央空调系统中的应用

　　1 中央空调系统概述

　　1.1 组成

　　典型的中央空调系统如图 1 所示，主要由冷冻水循环系统、冷却水循环系统以及主机三部分组成。

　　从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道( 出水) ，进入室内进行热交换，带走室内的热量，使室内温度下降，最后回到主蒸发器( 回水) 。该热量通过主机内冷媒传递给冷却水，使之温度升高，冷却泵将升温后的冷冻水压入冷却塔( 出水) ，使之在冷却塔中与大气进行热交换，降温后送至主机冷凝器( 回水) ，如此循环。

　　1.2 节能原理

　　中央空调变频调速的控制依据是: 两个循环系统完成中央空调的外部热交换，而回水和出水的温度之差，反应需要进行热交换的热量。因此，可以根据出水和回水的温度之差来控制循环水的流动速度，从而控制进行热交换的速度。

　　1.2.1 冷冻水循环系统的控制

　　由于冷冻水的出水温度是冷冻机组的冷冻结果，一般是比较稳定的，因此回水温度的高低就可以反映房间内的温度。冷冻泵的变频调速系统可以简单地根据回水温度进行如下控制: 回水温度高，说明房间温度高，应提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度; 回水温度低，说明房间温度低，应降低冷冻泵的转速，减慢冷冻水的循环速度，以节约能源。

　　1.2.2 冷却循环系统的控制

　　由于冷却塔的水温随环境温度而变，因此，其单侧水温不能准确地反映冷冻机组内所产生的热量。根据回水与出水温度之差，通过控制冷却泵转速控制循环水的流动速度，从而实现恒温控制。温差大，说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷却泵的转速; 反之可以降低冷却泵的转速，以节约能源。

　　某一大型酒店有冷却水泵三台，电机容量为 65kW，电机负荷率为 90% ; 冷冻水泵三台，电机容量为55 kW，电机负荷率为 90% 。在本系统设计中，采用监控软件 WinCC 作为上位机; 下位机采用西门子控制器S7-300PLC，在系统中要完成数据采集、状态控制、算法实现、向上位机传输数据及状态信号、功能保护连锁，以及接收上位机传递来的相关数据，并通过相应的数据对变频器进行控制，变频器节能示意图如图 2 所示。其中变频器采用西门子的 MM440。

　　2 控制方案

　　2.1 控制策略

　　中央空调冷却系统有三台水泵，三台冷却泵可以由一台变频器通过接触器间的切换进行控制。每次运行两台水泵，另外一台备用，15 天轮换一次; 当冷却回水温度差超过上限温度时，一台水泵全速运行，另一台变频高速运行; 当冷却回水温度小于下限温度时，一台水泵变频低速运行，另一台停机。在正常情况下，系统运行在变频节能状态，可以设置变频器的下限频率为30 Hz，上限频率为 50 Hz。三台水泵分别由电动机M1、M2、M3 拖动，全速运行由接触器 KM1、KM3、KM5控制，变频调速分别由 KM2、KM4、KM6 控制，如图 3所示。