产品简介：
本文介绍一种以PLC为核心控制变频器实现中央空调冷冻水循环泵，构成恒压循环供水；变频调速循环供水，以及用CJ1W-SCU21-V1控制水泵软启动的控制系统。从而实现节能的目的，提高系统的可靠性，确保设备的安全运行。
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品牌：
欧姆龙
1 引言
在空调的运行中电能耗量约占其建筑内部所有设备的总耗电量的40％-50％。而在空调中主要耗电部分应属水泵的耗电，其耗电量占总耗电量的18％左右。对于空调水泵的控制设计中也有一些节电设计，但从现状上看效果并不是很显著，电能的浪费还十分严重。因此空调水泵中的节能设计还有很大的设计潜力。
2 硬件配置
由于设备冷冻水采用传统的固定节流方式来满足生产设备恒压供水要求和空调冷冻水采用固定节流的方式实现调节室内温度的目的，造成了大量电能的浪费，减短了水泵和阀门的使用寿命。现将核心控制部件改造为由PLC（CJ1W-SCU21-V1）控制水泵 的软起动。本设计选用西门子公司的s7-200，在本系统中各个水泵的启动及停止控制均采用数字量输入，数字量模块选用直流24V拥有24 个输入点用EM223模块。数字输出点用于继电器输出和冷冻水系统故障报警和井水流量报警。变频器选用F1500-P0300T3C 系列变频器，额定功率30kW，用于控制设备冷冻水循环泵及调冷冻水循环泵。F1500-P0300T3C系列变频器是风机类和水泵类的专用变频器，它设计的时钟功能以及PI调节功能可实现单泵模式、一拖二固定模式、一拖二轮换模式，更贴近风机水泵类负载的工控应用领域。井水泵控制采用软启动器控制,本文选用SIRIUS3RW40PID 系列。此外,本设计还需要对温差,管网压力进行检测将检测后的数据送往送至变频器。
3 控制方案设计
3.1 设备冷冻水恒压供水控制方案设计
控制器设计总体设计方案如图1所示，
冷冻水循环系统是一个密闭的系统, 主要由循环泵供水，正常情况下，一台循环泵工频全速运转时，出水压力高于正常需求压力,存在很大的裕量，为避免电能的浪费，将设备冷冻水循环系统设计为恒压供水系统。
本设计手动情况下，操作工根据实际需求启动水泵变频运行。需要自动运行时只需 将控制面板上设备冷冻水泵的开关打到自动位置,由井水泵的运行给定PLC 设备冷冻水泵的起动信号，PLC 控制相应继电器吸合，并与变频器通信，由变频器软起动循环泵。再次过程中压力变送器将检测到的水管网压力转化为4～20mA 的模拟信号反馈至变频器，变频器通过内置的PID 将检测压力与压力给定值进行比较优化计算，输出运行频率调节循环泵的转速。若压力低于标准时压力变送器将信号发送给变频器使其输出频率上升，增加泵的转速，提高管网压力；反之，则频率下降，降低水泵的转速。当工作泵发生故障时，系统会立即停止工作泵，将备用泵投入变频运行，并输出声光报警，提示工作人员及时检修，当变频器发生故障时则停止水泵运行立即输出报警。
3.2 空调冷冻水系统循环泵变频调速控制方案设计
图2为变频器控制原理图，空调冷冻水系统的供回水温差大则说明室内温度高，应提高冷冻水泵的转速，加快冷冻水循环；反之，温差小，说明室内温度低，可以适当降低冷冻水泵的转速，减缓冷冻水循环。通过温差控制冷冻水系统的循环状态,对降低能源损耗及延长水泵的寿命有很大的效果。
具体采用PLC、变频器、温度变送器，PID 温差控制器和循环泵温差闭环变频调速系统，控制冷冻水泵的转速随着室内热负载的变化而变化。工作过程为：温度变送器1、2 分别在空调机组蒸发器输入和输出端测得温度后，转换为4～20mA 的标准信号送入PID 温差控制器，经PID 与给定温差值比较处理后，输出4～20mA 的标准信号到变频器 的模拟量输入端，变频器输出相应频率，调节循环水泵的转速，达到控制温度的目的，形成一个完整的闭环控制系统。系统设计为手动和自动两种控制方式手动方式工作过程与设备冷冻水泵手动工作方式类似自动控制过程为：将控制面板上的空调冷冻水循环泵手动/自动控制开关打到“自动”档，系统将在自动方式下运行，由井水泵的运行给定PLC 空调冷冻水泵起动指令后，首先控制循环泵变频运行，由温度变送器检测蒸发器两端的温度，并将温度信号送到PID 温差控制器，PID温差控制器将检测到的温差与给定温差比较处理后的标准信号反馈给变频器。若检测到的温差大于温差给定值时，变频器提升输出频率，提高水泵的转速，加快冷冻水的循环；反之，则降低频率，降低水泵转速。
在自动运行方式下，将水泵设定自动循环周期，定时自动循环使用。若变频器的输出频率已升至50Hz，经一定延时，当检测温差值仍大于温差给定值时，通过PLC 程序控制，把水泵切换为工频运行，再投入备用水泵变频运行，如此循环。当水泵被全部投入运行，且变频泵频率已至50Hz，经延时若频率仍没下降，则由PLC 输出报警，提醒工作人员及时修改空调机组设定值；相反，当室内热负荷减小时，变频器降低输出频率，降低泵的转速。当变频器或水泵发生故障时，由PLC输出声光报警，提示工作人员及时检修。
4 S7-200 与MM430 变频器的通信设置
S7-200PLC 作为核心控制部件，它有总线访问权，可以读取或改写变频器的状态，控制软起动器的运行状态，从而达到控制和监视设备运行状态的目的。系统采用总线式拓扑结构，两台变频器采用总线接插件连入总线。S7-200 选用S7-224CPU，软件采用WIN3.2。采用西门子Profibus 屏蔽电缆及9针D 形网络连接头。利用S7-222 的自由通信口功能，即RS485 通信口。由用户程序实现USS 协议与两台F1500-P0300T3C 变频器通信。在硬件连接完毕后，需要对两台F1500-P0300T3C 变频器的通信参数进行设置，如表1 所示.
在S7-200PLC 程序中，需在内存里作一个14字节长的USS 协议表。
5 软件设计
在应用设计中，PLC 起到“总监总控”的角色，可以对两台变频器的状态进行查询和控制。程序首先将S7-222 的通信口初始化为自由通信口方式，然后程序进入一个顺序控制逻辑功能块。控制顺序为：手动起动井水泵，在井水流量满足要求的情况下，自动运行设备冷冻水循环泵和空调冷冻水循环泵。在PLC 的程序中设计了井水泵的手动软起动井水泵控制、设备冷冻水循环泵和空调冷冻水循环泵自动定时循环程序；同时设计了设备冷冻水循环泵和空调冷冻水循环泵的手动控制程序。在本系统中采用了变频器自身控制的方法，这样就省去了对PLC 的PID 算法的编程。
6 结论
采用了该系统后，实现了空调主机的全自动化的运行。使得中央空调的各个循环系统在该软件的控制协调下可以自动的推算出空调主机负荷状态，以及冷却
设备对大气散热的好坏状态，冷却水循环状态，热水的供应状态等。并且根据PLC的推算，系统控制中央空调循环系统的各个部分的运行速度，使得中央空调的循环系统的循环速度，跟随着空调主机、外界环境、以及用户的需求量的变化而变化。改变原来单一的工频速度循环为可控的自动调整的循环系统。在满足空调以及用户需求的情况下大幅度的节能降耗，安装该软件控制系统后普遍的节电量都在30%左右。同时软件系统通过和微处理器之间数据的共享技术，实现了对循环系统全方位的显示和监控。在人机交互界面中，可以显示出循环系统的运行状态。这使得整个中央空调循环系统实现了智能化节能运行。
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