武汉理工大学本科毕业论文
本文设计了基于PROFIBUS 网络的智能变送器，实现远距离精确传送。控制系统为主从级控制结构，实现主P L C 与ET200M 和变频器之间的可靠通信，确保系统的安全性。工频与变频的切换功能实现手动状态下水泵输入的工频与变频的切换，也保证了自动状态下变频器出现问题时及时将水泵切入工频。触摸屏的采用实现对冷冻和冷却循环水的出回水的温度和压力以及水泵转速监测。
2.8 冷却水系统使用变频器节能计算
冷却水系统:共有电机4台，电机距冷却塔垂直落差小于10m。 标称数据1: 电机:160 kw 3台 297 a/台 1470r/min 水泵:850 m3/h,41m
运行数据1: 进出口压力: 0.10 MPa/0.35 MPa 进出口温度:29℃～31℃/32～34℃ 2开1备方式，运行电流:260a/台， 年均运行5000h/台，
年累计耗电约178万kwh
标称数据2:电机:75kw 1台140 A/台 1470r/min 水泵:420m3/h 41m
运行数据2: 进出口压力: 0.10 MPa /0.35 MPa 进出口温度:29℃～31℃/32～34℃ 备用方式，运行电流:130A，
年均运行4000h, 年累计耗电约24万kwh
根据主制冷压缩机组厂家提供的技术数据表明，单台制冷机组最大冷却流量需求为350 m3/h，实际上由于季节和制冷量需求的变化，新亚药厂改造前主制冷压缩机组投运的台数在2～4套，其中约70%的时间是3套同时运行，以往运行数据统计结果显示年平均冷却水流量需求约为750 m3/h。结合以上的基本数据，可以知道单台冷却水泵的运行肯定无法满足3台及以上主制冷机组同时满负荷运行时对冷却水流量的需求，这就造成全年70%以上的时间处于2台冷却水泵同时运行的工况，显然，不仅存在扬程的浪费，同时，流量也遭到无法有效控制的浪费。
需要指出的是，若只简单地从冷却循环水系统的电机实际运行电流来看(额定电流为297A, 实际运行电流260A)，好像没有理想的节能空间，但实际上对于中央空调系统中的风机、水泵来说，系统节能空间的判定依据应为扬程和流量的富裕度，并要求根据这两个富裕度指标来综合判断在流量需求增加时，是采用单泵提升流量方式还是并行增加泵数来达到提升流量方式，以便实现以最小的电能消耗满足流量需求的变化。 (1)扬程的富裕度判定
泵的标称扬程h1(本系统为41m)与系统实际需求最小扬程h2(本系统为15m)之比值ηh的大小，即:ηh=h2/h1=15/41≈36.5% (2) 由式2和风机、水泵类变转矩负载转速、流量、扬程、功率间的数学关系可知，单从系统实际需求扬程的角度看，冷却水电机只需要约23%的额定输出功率即可满足系统基本扬程的需求。但此时的流量供给也仅约为泵标称额定流量的61%。 (2)流量的富裕度判定
冷却水系统冷却水进出蒸发器的实际温差δt1(本系统温差≤3℃)与蒸发器标准进出水允许温差δt2(一般温差= 5℃)之比值ηt的大小，即:ηt=δt1
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/δt2≈3/5=60% (3)
同样，由式3和风机、水泵类变转矩负载转速、流量、扬程、功率间的数学关系可知，单从系统实际需求的流量来看，2台冷却水电机同时运行时，系统实际上仅需要约各自22%的额定功率即可满足流量的需求。但此时泵的扬程供给也仅为标称额定扬程的36%，因小于系统36.5%的基本扬程指标而系统无法正常工作。
由以上的计算分析可以看出，2台泵实际有用功总共仅约为单台电机标称额定功率的45%左右，即从理论上完全可以由1台160kW的电机就可以胜任，但是，在当前的设备指标和工况条件下，即便采用变频控制方案，我们也很难实现对流量和扬程的最佳有效性统一控制，产生这一现象的原因是泵的标称数据即泵的选型不当所致。因此，决定对2台160kW的泵进行重新选型配置，新泵的标称数据如下:
型号slow350-380 流量1424m3/h 扬程31m
新泵的这个标称数据指标足以保证单台泵投入运行的条件下至少能够满足全年70%以上时间的系统对冷却水流量的需求。虽然对2台泵的重新配置会增加节能改造成本，但从经济效益上看，这一投入是值得的。
泵类设备采用变频调速节能计算
对于泵类设备采用变频调速后的节能效果，可以根据已知泵类在不同控制方式下的流量一负载关系曲线和现场运行的负荷变化情况进行计算。
以一台IS150-125-400型离心泵为例，额定流量200.16m／h，扬程50m；配备Y225M-4型电动机，额定功率45kW。根据运行要求，水泵连续24小时运行，其中每天11小时运行在90％负荷，l3小时运行在50％负荷；全年运行时间在250天。则每年的节电量为：
W1=45×ll×27．1％×250=33536.25kW·h W2=45×13×87％×250=127237.5kW·h
W= W1+ W2=33536.25+127237.5=160773.75kW·h
每度电按0.5元计算，则每年可节约电费8.039万元。
图2.15节能原理图
节能案例
①芜湖新源大厦是集酒店与写字楼为一体的综合性大厦。 ②空调系统主机及水泵配置
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表2-2 设备配置表
③设备运行情况：制冷运行时间约145天，日均时间20小时。供热运行时间约90天，日均运行时间15小时。
④未安装空调水泵变频控制冷(热)水、冷却水泵年耗电量统计： 冷(热)水泵耗电量：(22kW×2台×145天×20／J时)+(22kW×2台×90天×15/J时)=187000kWh。
冷却水泵耗电量：55kW×1台×145天×20小时=15900kWh。 耗电量合计：379500kWh。
⑤、经安装空调水泵变频节能控制后冷(热)水、冷却水泵年耗电量统计： 经过安装于控制系统中电度表实际计量显示，冷却水泵年度节约用电：95802度，节电率达到60％。冷(热)水泵年度节约用电：38875度，节电率达到21％，年度合计节约用电：134677度，折合人民币83499元。
2.9设备选型方案
2.9.1 PLC的选型
本设计需要大约38个输入输出I/O接口，PLC还应留有一部分的空余端子以备其他用途，故选用三菱FX2N-64MR型号PLC，AC电源，DC输入，合计64点，输入32点，DC24V，输出32点，继电器型输出。外形尺寸W*H*D（mm）220*90*87。
FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2N系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。对每一个FX2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块。网络和数据通信:接到世界上最流行的开放式网络CC-Link，Profibus Dp和DeviceNet或者采用传感器层次的网络解决通信需要。
2.9.2变频器的选型
由于本设计是采用变频器来控制水泵的转速，考虑到设备的运行稳定性及性价比，以及水泵电机的匹配，又因为三菱FR-F540系列变频器是专门适用于水泵和风机的，且三菱FR-F540系列，内置RS-485通讯口，内置PID控制算法，内置浪涌保护器，根据6台水泵的配用功率均为37KW，所以选用三菱 FR-F540-37K-CH变频器。
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2.9.3 PLC的输入输出模块选型
选用三菱FX2N-4AD与三菱FX2N-4DA模块，提供12位高精度分辨率(包括符号)，提供4通道电压输入(DC-10至10V)或电流输入(DC -20至20mA)。.对每一通道可以规定电压或电流输入。
2.9.4 温度传感器选型
温度传感器选用欧姆龙铂电阻型PT-100电压型温度传感器[10]。
导线方式：3导线式，保护管材质：SUS304，感热部长度：30mm。使用限度：+250℃，
测温范围：-50-+250℃。
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第三章 总结与展望
3.1 总结
采用变频器、PLC对中央空调冷却水泵的改造,使冷却水泵能随空调负荷的变化而自动变速运行,从而达到节能的目的,其节电效率可达40%左右。由于冷却水泵采用变频器软启动、软制动,大大降低了起动电流、避免了对电机和电网的冲击,使用电环境得到改善。由于水泵大多数时间运行在额定转速以下,电机运行噪音减小、温升降低、震动减少、负载运行顺滑平衡,电气故障比原来降低,电机的使用寿命也相应延长。利用PLC、变频器实现各种逻辑控制、变频器启动控制及手动/自动,工频/变频转换和故障自动切换等功能,使系统控制灵活方便,功能更加完善。
3.2 展望
成功的应用 PLC、变频器在冷却水泵系统中节能，同时也发现一些设计中考虑的不足之处，相信在基础上进行一些改进，系统的性能会有望得到提高
1对水泵物理性能进行较为全面的理论和实验研究，以便为以后的设计提供详实的数据。
2进一步的分析系PLC、变频器在中央空调冷却水泵节能循环控制系统中节能，真实反应各个部件的物理性能，考虑实际中存在的各种损失，更好的该节能系统。
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