一种中央空调节能控制系统的制作方法

本实用新型涉及暖通空调领域，尤其涉及一种中央空调节能控制系统。

背景技术：

中央空调对使用单位来说是耗电较大的设备，在有些商厦中，空调耗电占到总用电量的60％左右，因此中央空调的节能具有较大的经济效益；中央空调系统在设计时，一般是按当地最热天气时所需的最大制冷量来选择机型的，并且留10％～20％设计余量。然而，实际上绝大部分时间空调不会运行在满负荷状态下，因此存在较大的富余，中央空调系统的部分节能潜力就来自于此。

此外，中央空调系统对大型建筑物而言是不可缺少的配套设施，但其能耗却非常大。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70％以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在100％负载下运行。

由于冷热负荷随气温变化而变化，所以中央空调系统的冷冻主机应该根据负载变化随时加载或减载，而冷冻水泵和冷却水泵也应随负载变化作出相应调节，否则就会造成很大的浪费。在中央空调系统中，冷冻水泵和冷却水泵的容量是根据建筑物最大设计热负荷选定的，且留有一定的设计余量；为了适应负荷变化，通常采用节流或回流的方式来调节流量，因而产生大量的节流或回流损失。

中央空调系统是按天气最热、负荷最大时设计，且留有15％左右的设计余量。其中制冷主机能按照负载变化自动加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。这样，冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行，造成了能量的极大浪费。

因此，为解决现用技术中的上述缺陷，有必要提出一种新的中央空调节能控制系统。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本实用新型目的在于提出一种含有PLC和变频器的中央空调节能控制系统，以达到节约电能的目的。

为克服上述缺陷并实现达到节约电能的目的，本实用新型提出了一种中央空调节能控制系统，其中，所述中央空调节能控制系统包括：

温差测量单元，其用于测量空调主机的供水温度和所述空调主机的出水温度之间的温差；以及

控制器，其与所述温差测量单元信号连接并能够根据测定的所述温差与设定温差来控制冷冻泵和冷却泵中的至少一个的转速。

如上所述的中央空调节能控制系统，其中，所述控制器能够根据测定的所述温差与设定温差来控制所述冷冻泵和所述冷却泵的转速。

如上所述的中央空调节能控制系统，其中，所述控制器为可编程逻辑控制器。

如上所述的中央空调节能控制系统，其中，还包括：

变频器，其根据所述可编程逻辑控制器输出的调整信号来调整冷冻泵和冷却泵中的至少一个的转速。

如上所述的中央空调节能控制系统，其中，所述温差测量单元包括：第一温度传感器和第二温度传感器，

其中，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别设置于所述冷冻泵的回水管路和出水管路。

如上所述的中央空调节能控制系统，其中，所述温差测量单元还包括：第三温度传感器和第四温度传感器，

其中，所述第三温度传感器和所述第四温度传感器分别设置于所述冷却泵的回水管路和出水管路。

如上所述的中央空调节能控制系统，其中，

所述变频器包括：与所述控制器相电接的第一变频器，所述第一变频器与所述冷冻泵相电接。

如上所述的中央空调节能控制系统，其中，

所述变频器还包括：与所述控制器相电接的第二变频器，所述第二变频器与所述冷却泵相电接。

如上所述的中央空调节能控制系统，其中，所述控制器上存储有所述冷冻泵的回水管路和出水管路之间的设定第一温差。

如上所述的中央空调节能控制系统，其中，所述控制器上存储有所述冷却泵的回水管路和出水管路之间的设定第二温差。

本实用新型的中央空调节能控制系统通过对央空调冷冻水和冷却水循环系统以及冷却塔的能量实现自动控制，进而达到节能的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的中央空调节能控制系统控制冷冻泵的原理图；

图2为本实用新型的中央空调节能控制系统控制冷却泵的原理图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型的中央空调节能控制系统包括：温差测量单元，其用于测量空调主机的供水温度和该空调主机的出水温度之间的温差；以及控制器，其与所述温差测量单元信号连接并能够根据测定的温差与设定温差来控制冷冻泵和冷却泵中的至少一个的转速。

本实用新型的中央空调节能控制系统根据测定的温差与系统设定温差来控制冷冻泵和冷却泵中的至少一个的转速，从而调节冷冻水的循环速度和流量和/或调节冷却水的循环量，从而实现中央空调系统中的冷冻泵和/或冷却泵能随季节气温变化自动调节负载，以达到节约电能并延长中央空调的整体寿命的效果，其中，中央空调系统中的空调主机的构成及工作原理为本领域技术人员所熟知，在此不再详细地赘述。

在一具体实施例中，控制器能够根据测定的温差与设定温差(即空调主机的供水温度和该空调主机的出水温度之间设定的温差)来控制冷冻泵和冷却泵的转速，在本实施例中，在一个控制器中存储有冷冻泵的进水和出水之间的设定温差△t1’以及储存冷却泵的进水和出水之间的设定温度△t2’，温差测量单元可以测量冷冻泵的进水和出水之间的温差△t1以及测量冷却泵的进水和出水之间的温差△t2，控制器根据△t1和△t1’之间的差值来调整冷冻泵输出的冷冻水的循环速度和流量，其中，冷冻水的流量的大小可以通过流量计3获得，并且PLC与流量计3相电接，从而获得流量计3所获得的流量。并且控制器根据△t2和△t2’之间的差值来调整冷却泵的冷却水的循环量，其中，冷却水的流量的大小可以通过流量计11获得，并且PLC与流量计11相电接，从而获得流量计11所获得的流量，从而实现节约电能的目的，即通过一个控制器来同时控制冷冻泵和冷却泵的转速。当然，在本实用新型的中央空调节能控制系统也可以设有两个控制器，其中一个控制器根据△t1和△t1’之间的差值来调整冷冻泵输出的冷冻水的循环速度和流量，另一个控制器根据△t2和△t2’之间的差值来调整冷却泵的冷却水的循环量，在此不对控制器的数量进行具体限制，这均在本实用新型的范围之内。

在一具体实施例中，上述控制器为可编程逻辑控制器。进一步地，该可编程逻辑控制器为PLC控制器。具体地，PLC控制器把收集到的温差和设定值温差进行比较，然后根据比较的差值来输出调整冷冻泵和/或冷却器的转速的信号，从而实现整冷冻泵和/或冷却器的转速，通过调整转速以改变测量的温差(即实现调整输入值的目的)。和其他简单的控制运算不同，PLC控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PLC反馈回路却可以保持系统的稳定。从而实现控制更加精确且稳定的技术效果。

PLC控制器(Proportion Integration Differentiation.比例-积分-微分控制器)，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。通过Kp、Ki和Kd三个参数的设定。PLC控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。

PLC控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PLC控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PLC控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PLC控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PLC控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PLC控制器的参数。

尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例(P)控制、积分(I)控制和微分(D)控制。这几种控制规律可以单独使用，但是更多场合是组合使用。如比例(P)控制、比例-积分(PI)控制、比例-积分-微分(PLC)控制等。

比例(P)控制

单独的比例控制也称“有差控制”，输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大。实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太大，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太小，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。

对于反应灵敏、放大能力强的被控对象，为提高系统的稳定性，应当使比例度稍大些；而对于反应迟钝，放大能力又较弱的被控对象，比例度可选小一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。

单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。工业生产中比例控制规律使用较为普遍。

比例积分(PI)控制

比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。

积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。这里的“积分”指的是“积累”的意思。积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会不断累积(输出值越来越大或越来越小)，一直到偏差为零，累积才会停止。所以，积分控制可以消除余差。积分控制规律又称无差控制规律。

积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱。

积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。所以，实用中一般不单独使用积分控制，而是和比例控制作用结合起来，构成比例积分控制。这样取二者之长，互相弥补，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力。因此，比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。

比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器，多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系统。由于引入积分作用能消除余差，弥补了纯比例控制的缺陷，获得较好的控制质量。但是积分作用的引入，会使系统稳定性变差。对于有较大惯性滞后的控制系统，要尽量避免使用。

比例微分(PD)控制

比例积分控制对于时间滞后的被控对象使用不够理想。所谓“时间滞后”指的是：当被控对象受到扰动作用后，被控变量没有立即发生变化，而是有一个时间上的延迟，比如容量滞后，此时比例积分控制显得迟钝、不及时。为此，人们设想：能否根据偏差的变化趋势来做出相应的控制动作呢？犹如有经验的操作人员，即可根据偏差的大小来改变阀门的开度(比例作用)，又可根据偏差变化的速度大小来预计将要出现的情况，提前进行过量控制，“防患于未然”。这就是具有“超前”控制作用的微分控制规律。微分控制器输出的大小取决于输入偏差变化的速度。

微分输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的大小以及偏差是否存在与否无关。如果偏差为一固定值，不管多大，只要不变化，则输出的变化一定为零，控制器没有任何控制作用。微分时间越大，微分输出维持的时间就越长，因此微分作用越强；反之则越弱。当微分时间为0时，就没有微分控制作用了。同理，微分时间的选取，也是需要根据实际情况来确定的。

微分控制作用的特点是：动作迅速，具有超前调节功能，可有效改善被控对象有较大时间滞后的控制品质；但是它不能消除余差，尤其是对于恒定偏差输入时，根本就没有控制作用。因此，不能单独使用微分控制规律。

比例和微分作用结合，比单纯的比例作用更快。尤其是对容量滞后大的对象，可以减小动偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质量。

PLC控制

最为理想的控制当属比例-积分-微分控制规律。它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。

当偏差阶跃出现时，微分立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变；比例也同时起消除偏差的作用，使偏差幅度减小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律，因此可使系统比较稳定；而积分作用慢慢把余差克服掉。只要三个作用的控制参数选择得当，便可充分发挥三种控制规律的优点，得到较为理想的控制效果。

本实用新型的可编程逻辑控制器为PLC控制器，从而可以实现较为理想的控制效果，以达到准确调整炉水的水质的稳定性的技术效果。

进一步地，在本实用新型中，中央空调节能控制系统还包括变频器，变频器根据可编程逻辑控制器(即PLC)输出的调整信号来调整冷冻泵和冷却泵中的至少一个的转速。

在一具体实施例中，如图1所示，温差测量单元包括：第一温度传感器1和第二温度传感器2，其中，第一温度传感器1和第二温度传感器2分别设置于冷冻泵4的回水管路和出水管路，从而实现测量冷冻泵的进水的温度t1和冷冻泵的出水的温度t2，根据t1和t2得出温差△t1，其中，冷冻水流经中央空调的负载10(即LOAD)，而起到制冷的作用。进一步地，如图2所述，温差测量单元还包括：第三温度传感器6和第四温度传感器7，其中，第三温度传感器6和第四温度传感器7分别设置于冷却泵8的回水管路和出水管路，从而实现测量冷却泵的进水的温度t3和冷却泵的出水的温度t4，根据t3和t4得出温差△t2。

在一具体实施例中，变频器包括与控制器相电接的第一变频器5，第一变频器5与冷冻泵4相电接。进一步地，变频器还包括与控制器相电接的第二变频器9，所述第二变频器9与所述冷却泵8相电接，从而实现通过控制器(即PLC)通过第一变频器5和第二变频器9同时地控制冷冻泵4和冷却泵8的流量。当然，在本实用新型也可以仅仅包括一个变频器，PLC通过该一个变频器既与冷冻泵4连接又与冷却泵8相接，从而实现PLC通过该一个变频器交替地控制冷冻泵4和冷却泵8。此外，本实用新型的中央空调节能控制系统还可以包括两个控制器，其中一个控制器与第一变频器相电接，第一变频器5与冷冻泵4相电接，从而实现一个控制器根据第一温度传感器1测量的冷冻泵的进水的温度t1和第二温度传感器2测量的冷冻泵的出水的温度t2之间的差值△t1与节能控制系统的冷冻泵的设定温差△t1’(其中，在图1中PLC最左侧的箭头表征PLC所获得的节能控制系统的冷冻泵4的设定温差△t1’)，来调整冷冻泵4的转速，从而实现调整冷冻泵4输出的冷冻水的循环速度和流量；另一个控制器与第二变频器9相电接，第二变频器9与冷却泵8相电接，从而实现该另一个控制器根据第三温度传感器6和第四温度传感器7测量的冷却泵8的进水的温度t3和冷却泵8的出水的温度t4之间的差值△t2与节能控制系统的冷却泵8的设定温差△t2’来调整冷却泵8的转速，从而实现调整冷却泵8的冷却水的循环量。

在进一步地分别说明对冷冻泵和冷却泵进行变频改造控制原理。对冷冻泵进行变频改造控制原理：PLC控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻泵的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据该温差值与设定温差进行比较来控制变频器的频率，进而控制冷冻泵的转速，以实现调节出水的流量，控制热交换的速度；当温差较大时，提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度和流量；反之，降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能。对冷却泵进行变频改造控制原理：由于冷却机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温，再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的。冷却水进水出水温差大时应提高冷却泵的转速，加大冷却水的循环量；反之，降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。

进一步地，如图1和图2所示，在系统供回水总管上安装了温度传感器，PLC获得供回水温度，并计算回水和出水的温差值△t，与系统设定的△t’进行比较。如果△t’大，说明室内温度高，应提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度以增加流量，加快热交换的速度；反之，则说明室内温度低，可降低冷冻泵的转速以降低流量，节约电能。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。