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电气自动化在中央空调中的应用分析

作者：熊丽萍日期：2013-12-14 09:45 来源：《电子制作》

河南工业和信息化职业学院 454000

【文章摘要】
中央空调已经成为了当今高层建筑中必不可少的部分，他为人们带来舒适的同时，也伴随有高能耗、安全隐患和维护困难等问题，随着电气自动化技术在中央空调中的应用，许多问题都得到了解决和改善。
【关键词】
中央空调; 电气自动化;PLC;PID
0 前言
随着社会各项事业的发展和人们生活水平的提高，空调设备已不再是奢侈品，已经走进了人们的工作和生活中，但是，在舒适的同时，由空调所带来的各种问题也接踵而至。首先，是能耗问题，特别是夏天制冷时，中央空调的耗电量会占到整个大楼耗电量的60% 以上。其次，是安全隐患问题，中央空调用电量大，线路的负载增大，容易因温度过高而引起火灾。最后，是维护管理问题，中央空调系统庞大，除主机房外，几乎每个房间都有分支，过于分散，维护管理费时费力。电气自动化技术，特别是当今流行的PLC 控制器的应用，在很大程度上解决和改善了上述问题。
1 中央空调的配置
中央空调属高功率用电设备，通常采取三相供电，供电电压为工业电压380V，由于功率高，而电压又固定，故伴随着负载的增大，供电线路中的电流会逐渐增大，电流的计算公式为： I=P÷ √ 3Ucosφ，其中P 为电功率，并不仅仅是输出的制冷功率，而是总的输入功率，并且应选择负载最大时的总功率，为三相电的线电压380V，cosφ 为功率因数，一般为0.5。
最高电流计算完毕之后，即可进行线路电缆和其它电路器件的选型和配置。中央空调所需配件的选择时，首先要注意其额定电压是否与所供电压相匹配，例如一些进口器件，其额定电压可能会是110V、60Hz，不相匹配的器件安装上之后会损坏，甚至造成事故。其次要注意其最大额定电流是否大于计算出的I，若小于，极易因电流过大而过热烧毁。同时，在一些重要器件，例如断路器、保险丝等器件等选取时，一定要留取一定的余量，若计算出的最大电流为200A，那断路器的额定电流至少要为250A，以保证安全。
输电线路中电缆的选择则应考虑其用途，主机的电缆与各房间内分机的电缆的负载不同，因而其型号也不可能相同。总之有一点，该型号电缆的载流量不能小于该路段计算出的最大电流。选型时不要走入一个误区，认为电缆的载流量与其横截面积是成正比，查询《工业与民用配电设计手册》可知，而这并不是正比关系，电缆的型号是根据铺设方式、环境温度、载流量等各种因素，综合查表所得。选型时，一定要综合考虑，留好余量，最大程度杜绝线路火灾的发生。
2 中央空调的控制
2.1 中央空调控制方式的发展
中央空调使用初期，多采用继电器控制，继电器也是当时比较主流的电气控制元件，但继电器控制所占空间大，往往在空调主机房外还要占用一间，作为控制间，并且继电器容易发生粘连等故障，维护起来耗费人力物力，现在已经淘汰，很少使用。
直接数字控制器又称DDC，根据每座大楼的实际情况，设计单独DDC，内部也编入单独的程序，控制方便，所占空间小，往往只需一个控制柜即可，内部有各种指示灯，操作与维护方便，现在的许多楼宇中的中央空调使用的就是这种控制技术，但其抗干扰能力较差，针对性较强，不易移植，每一个新的建筑都需重新设计，对其应用和发展造成了限制。
PLC 以其优良的性能，在工业与其他行业中得到了广泛的应用。PLC 可靠性强，不易受外界干扰，内部功能强大，编程方式简单，I/O 口多，并且可以扩展，如今在中央空调的控制中得到了广泛的应用。
2.2 中央空调的PLC 控制
PLC 的I/O 口主要用来输出开关量，判断输入。这一切由内部的CPU 控制。PLC 中集成了丰富的指令集，如继电器、延时器等，并且运行速率高，能在最短的时间内作出判断，进行控制。其编程界面也更加人性化，采用梯形图语言，通俗易懂，学习者可在极短的时间内掌握。对于一些高层建筑的中央空调控制，需要的控制端口过多，PLC 可提供丰富的I/O 扩展模块，为编程者提供最大方便。中央空调主要是对温度及性控制。
PID 控制即比例、积分、微分控制，通过数据的反馈来进行调节，是空调控制中最常用的温度控制手段，图1 中的调节器指的就是PID 调节器。以往的控制方式中， PID 调节电路需自己设计，并调节参数，现在的PLC 中，都已在内部集成了PID 调节器，编程时只需设定PID 参数即可达到控制目的，若参数控制合理，风柜中输出温度的精度可控制在+0.5° C 之内。
3 中央空调的管理
中央空调安装完毕之后，还需长期的运行控制，由于其系统庞大，分散性过强，很多设备都是嵌入墙体或在天花板之上，并且可能出现的故障很多，若完全靠人工检查的方式进行维护，将耗费大量的人力和财力，并且效率也不会太高。若能采用网络技术进行检查和控制，将会方便很多。
现在的建筑内多采用智能化控制，空调也可通过电气自动化技术进行远程控制，其控制方法有很多，使用比较广泛的是集散控制系统，简称DCS。该系统采用一台或数台电脑作为检测与控制平台，现场的设备通过总线与电脑相连，总线需要统一的通信协议支持，可选取TCP/IP、CAN、485 等常用的协议，但前提是总线上的设备需拥有支持该协议的模块。设备可通过总线将各自状态送至上位机，上位机也可通过总线发送控制命令，控制现场设备动作。
上位机中，需有相应的人机界面进行检测和控制，市场中该类的软件很多，如组态王、昆仑动态等。软件内部大都集成了图形化语言，可根据现场情况自行搭建，操作容易，图形生动形象。软件内部集成多种总线协议，通过设置，总线上传上来的数据可安排到特定的区域显示，例如在组态中搭建了一个空调模型，可在相应的调节阀位置显示出现场中该调节阀的开度，风机位置显示出相应现场中风机的转速，形象易懂。
4 结语
在各项技术飞速发展的今天，人们的需求日益增大，技术指标也日益提高，电气自动化技术作为中央空调系统的重要组成部分，经过多年发展，依然还有不足，如PID 参数的调节，技术人员应继续努力，不断完善，或者找出新的控制方法，推动科技的进步。
【参考文献】
[1] 郭永吉.PLC 在中央空调改造系统中的应用[J]. 电气自动化, 2011(9):25-26.
[2] 胡寿松. 自动控制理论[M]. 北京: 科学出版社, 2001:70-80
[3] 程花蕊, 董生怀, 徐玉党. 基于PLC 的中央空调控制系统[J]. 周口学院学报,2011(22):25.