一、前言

    據有關(guān)資料統計，我國現有電動(dòng)機裝機總容量約4億多千瓦，其用電量占當年全國發(fā)電量的60%～70%，而風(fēng)機、水泵設備裝機總功率達1.6億千瓦，年耗電量3 200kWh，約占當年全國電力消耗總量的1/3。而應用變頻器節電率一般在20%～60%，投資回收期1～2年，企業(yè)和社會(huì )經(jīng)濟效益相當可觀(guān)。所以，大力推廣應用變頻調速技術(shù)不僅是當前推進(jìn)企業(yè)節能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，而且也是實(shí)現經(jīng)濟增長(cháng)方式轉變和我國可持續發(fā)展戰略的必然要求。本文以在中央空調系統的應用進(jìn)行闡述?；谥醒肟照{系統選型配備時(shí)，其冷凍泵和冷卻泵的容量均按最大負荷選定，且留有余量的原則，泵組在大部分時(shí)間處于低溫差、大流量的運行狀態(tài)，造成整個(gè)系統的能源利用率降低，浪費了大量能源。同時(shí)，設備長(cháng)期高速運轉，大大縮短了使用壽命，增加了維護費用。隨著(zhù)技術(shù)的日益成熟和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,變頻調速技術(shù)在中央空調系統的應用已十分普遍。為了節能降耗、提高經(jīng)濟效益，依據國家集中式空調系統經(jīng)濟運行的標準，采用變頻調速技術(shù)對中央空調系統進(jìn)行節能控制改造，具有很大的現實(shí)意義。

    二、中央空調變頻調速控制系統簡(jiǎn)介

    大中型中央空調由制冷、制熱站，空調水管網(wǎng)系統和空調末端裝置（空調機組，風(fēng)機盤(pán)管和新風(fēng)機組等）三部分組成。工作原理：采用設備中的風(fēng)扇使室內空氣循環(huán)，并通過(guò)設備中的冷、溫水盤(pán)管來(lái)冷卻和加熱，以達到空調的目的。盤(pán)管中的冷、溫水由機房中的制冷設備和鍋爐提供。

    空調系統的溫度、供水系統的水壓、通風(fēng)系統的風(fēng)量等，這些系統絕大多數是用交流電機驅動(dòng)的。以前由于電機的轉速無(wú)法方便調節，為了達到對上述物理量的控制，只好采用一些簡(jiǎn)單的方法，如用擋板調節風(fēng)量，用閥門(mén)來(lái)調節流量壓力等，致使這些系統不僅達不到很好的調節效果，而且大量的電能被擋板和閥門(mén)白白浪費。據統計，我國目前使用的風(fēng)機、水泵大約有25%的能量是無(wú)謂消耗。另外，根據交流電機的特性，要實(shí)現連續平滑的速度調節，最佳的方法就是采用變頻調速器，變頻器是將標準的交流電轉成頻率、電壓可變的交流電，供給電機并能對電機轉速進(jìn)行調節的裝置。采用變頻器進(jìn)行風(fēng)機、水泵的節能改造，不僅避免了由于采用擋板或閥門(mén)造成的電能浪費，而且還會(huì )極大提高控制和調節的精度，從而方便地實(shí)現恒溫空調系統和恒壓供水系統。

    三、AI儀表在系統中的應用

    1.AI儀表選型介紹：AI儀表在中央空調變頻系統中主要調節的對象是溫度，執行器是變頻器?？紤]到控制精度和響應速度，調節器選用AI-708AX3L2L2，它的特點(diǎn)是：輸入采用數字校正系統，內置常用熱電偶和熱電阻非線(xiàn)性校正表格，測量精度高達0.2級；采用先進(jìn)的AI人工智能調節算法，無(wú)超調，具備自整定（AT）功能；采用先進(jìn)的模塊化結構，提供豐富的輸出規格，能廣泛滿(mǎn)足各種應用場(chǎng)合的需要。在冷卻水循環(huán)控制中需要有溫差測量，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；輸入為熱電阻時(shí)，可支持4路二線(xiàn)制接線(xiàn)方式或3路三線(xiàn)制接線(xiàn)方式輸入；內建開(kāi)方、減法器等運算功能，可以替代傳統儀表運算單元且精度更高；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.中央空調系統的外部熱交換由兩個(gè)循環(huán)水系統來(lái)完成。循環(huán)水系統的回水與進(jìn)（出）水溫度之差，反映了需要進(jìn)行熱交換的熱量。因此，根據回收與進(jìn)（出）水溫度之差來(lái)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)系統的控制

    由于冷水的出水溫度是冷凍機組“冷凍”的結果，常常是比較穩定的。因此，單是回水溫度的高低就足以反映房間內的溫度。冷凍泵變頻調速系統可以簡(jiǎn)單地根據回水溫度進(jìn)行如下控制，AI儀表通過(guò)測量回水溫度，與設定值比較后輸出信號控制變頻器實(shí)現冷凍泵循環(huán)速度，實(shí)現回水的恒溫控制?；厮疁囟雀邥r(shí)，說(shuō)明房間溫度高，儀表輸出信號提高冷凍泵的循環(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，其單測水溫不能準確地反映冷凍機組內產(chǎn)生熱量的多少。對于冷卻泵以進(jìn)水和回水間的溫差作為控制依據，實(shí)現進(jìn)水和回水間的恒溫差控制是比較合理的。

    AI儀表通過(guò)測量進(jìn)水和回水的溫差來(lái)控制冷卻泵的轉速。當溫差大時(shí)，說(shuō)明冷凍機組產(chǎn)生的熱量大，儀表輸出信號提高冷卻泵的轉速，增大冷卻水的循環(huán)速度；當溫差小時(shí)，說(shuō)明冷凍機組產(chǎn)生的熱量小，儀表減小輸出降低冷卻泵的轉速，減緩冷卻水的循環(huán)速度。

    B.中央空調末端送風(fēng)控制。系統中清潔空氣在末端與熱交換器充分接觸后由風(fēng)機直接送入室內，從而達到調節室溫的目的。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的制冷（熱）量，從而較方便地調節室內溫度。在大型系統中大都采取的是自動(dòng)恒溫控制，在A(yíng)I儀表上設定好需要的室溫，儀表輸出信號控制變頻器調整風(fēng)機的轉速就可以控制送風(fēng)量，實(shí)現室溫的恒定控制。變頻器可對風(fēng)機實(shí)現無(wú)級變速，在變頻的同時(shí)，輸入端的電壓亦隨之改變，從而節約了能源，降低了系統噪音。

    3.AI儀表的調試

    AI儀表具有模糊邏輯PID調節及參數自整定功能的先進(jìn)控制算法。在誤差大時(shí)，運用模糊法進(jìn)行調節，以消除PID飽和積分現象；當誤差減小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調節，并能在調節中自動(dòng)學(xué)習和記憶被控對象的部分特征以使效果最優(yōu)化。其具有無(wú)超調、高精度、參數確定簡(jiǎn)單，對復雜對象也能獲得較好控制效果等特點(diǎn)，其整體調節效果比一般的PID算法更明顯。在沒(méi)有經(jīng)驗控制參數的時(shí)候，為了達到最佳的控制效果，儀表要進(jìn)行PID自整定。在多數情況下，自整定一次就可以使獲得滿(mǎn)意的控制效果。如果控制有偏差時(shí)，可以通過(guò)微調M5、P、T參數來(lái)修正。調節器主要參數設置：

    HIAL：上限報警。

    LOAL：下限報警。

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

    Ctrl：控制方式，采用AI人工智能調節/PID調節，Ctrl＝1。

    M5：保持參數，主要決定調節算法中的積分作用，和PID積分時(shí)間類(lèi)似，M5越小，系統積分作用越強。M5=0時(shí)取消積分和AI人工智調節，成為PD調節器。

    P：速率參數，與每秒內儀表輸出變化100%時(shí)測量值時(shí)應變化大小成正比，P=1000/每秒測量值的升高單位值（系統以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，而微分作用相對減弱，但整體反饋作用增強：反之，t越大，則比例和積分作用均減弱，而微分作用相對增強。

    Ctl：輸出周期，反映儀表運算調節的快慢。

    Sn：輸入反饋信號類(lèi)型。

    Opt：輸出方式。

    CF：系統功能選擇，可以選擇系統的調節方向。

    四、結語(yǔ)

    以往的中央空調系統冷媒泵、冷卻泵及冷卻風(fēng)機不論環(huán)境溫度如何，均全速運行，造成整個(gè)系統的能源利用率降低，造成電能大量浪費。同時(shí)，設備長(cháng)期處于高速運行狀態(tài)，縮短使用壽命，增加維護費用。 針對上述情況采用儀表和變頻器實(shí)現變頻調速，經(jīng)過(guò)運行測試，節能效果十分顯著(zhù)，同時(shí)降低了運行噪音，提高了機組效率和設備使用壽命。系統應注意的幾個(gè)問(wèn)題：

    1.共振：選擇末端送風(fēng)機時(shí)，應考慮測試其在全轉速范圍的共振轉速點(diǎn)并應避免電機工作于這樣的轉速區。通過(guò)設定變頻器的回避頻率及其寬度值，則可以避免電機運行于該轉速區域。

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

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

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

    5.節能：風(fēng)機屬于平方轉矩負載，應用時(shí)，選擇風(fēng)機、泵類(lèi)專(zhuān)用變頻器（亦稱(chēng)為節能型變頻器）較好，并將其轉矩曲線(xiàn)（V/F）設定為“平方轉矩”，這樣可以達到較好的節能效果。