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[摘要]本文以某家庭建筑的中央空调装置为例，介绍了其运行方式，并对其局限性做了简要分析，借助变频调速、模糊PID等技术对压缩机和水泵转速加以控制，并保证了启动或停止能够平稳运行，减少了电机因直接启动或者停止而导致的机械冲击，更为重要的是电机不必再满负荷地长期工作，对能源节约和效益提升有很大帮助。
[关键词]中央空调；变频调速；智能控制系统
中图分类号:TP273+.5 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0011-01
由于传统的中央空调装置工作效率较低，易引起资源浪费，导致大气温室效应有所增加，同时也提高了成本。计算机和现代控制技术在近几年被大力普及，得到广泛应用，成了提升空调装置运行效率的重要手段。
一、家庭建筑传统中央空调装置的运行方式
此装置的组成部分主要有制冷主机、冷却池、风机盘管系统以及冷冻、冷却水循环系统等，其运行的大致程序是：制冷机利用活塞式压缩机对制冷剂进行压缩，形成高温高压气体，由冷凝器加以冷却，转化为常温高压液体，再借助热力膨胀阀进行流量调整，并于蒸发器内吸热后蒸发；通过蒸发器的水被冷冻水泵送至风机风口，由冷却盘管吸收，在风机的作用下，将冷风吹入房内，以完成降温的任务；制冷剂在冷凝之下会有热量放出，被部分冷却循环水吸收，经冷却水泵作用，被送到冷却池冷却，其热量则散发到空气中。
在上述运行方式中，制冷压缩机消耗的能量最多，要占去整个装置的一半，在非满负荷时，可将部分吸气阀打开，通过气缸的卸载，降低输向冷凝器的能量。但它的电机设计值一般是按最大负荷再取一定的余量来确定的，常会造成浪费。
其冷冻水循环系统是单机泵系统，冷冻水泵耗电量也很大，占了整个装置的35%。冷凍水循环系统中有供水干管和回水干管，应将压差旁通阀安置在两支干管之间。非满负荷的情况下，供水回水之间会形成压差，发挥此压差控制器的作用，对旁通阀的开度进行调节，从而令部分水流经旁通阀，进入回水管，能维持冷冻水泵流量的基本稳定。但单级泵变流量水系统是一个线性系统，如果非线性程度过大，容易造成浪费，导致设备不能正常工作，还会影响不到用户侧，因此，对压差控制器设定值的调整十分必要。
此外，传统的冷却水循环系统的运行方式，常会出现冷却水泵电机做无用之功现象，且由于水泵、电机等长时间运行，会加速其老化。
二、智能控制系统的总体设计
IPC是工业控制计算机的简称，其运算功能比较强大，且人机交互界面功能良好，很容易控制整个系统；PLC，即可编程控制器，抗干扰能力强、可靠性高，具有强大的逻辑控制功能，且能够适应恶劣的环境，再加上它的过程控制功能不断完善，被广泛用来采集数据以及进行工业现场的控制；由于半双工、差分接收以及平衡发送等通讯方式的使用，RS-485传送距离远，能够抑制共模干扰，且实现多站联网只需要一对双绞线，减轻了现场的接线工作量，降低了成本。
结合建筑实际情况做综合考虑，系统的上位机使用工业控制计算机，以方便用来监控；下位机使用PLC，负责采集数据和现场控制；利用远程智能模块来收集室外温度、系统供回水温度以及干管压力的详细信息，并发送给PLC；选用RS-485总线，实现工业控制计算机、变频器、PLC、智能模块信息之间的通讯，其结构见图1：
工控机在选择开发工具时，选用了MCGS 5.5组态软件来建设计算机监控软件。在设备窗口中，将控制系统和变频器、PLC等外部硬件设备进行连接，借助用户窗口和实时数据库，采用报警处理、数据储存以及报表输出等方式对工业过程实施实时监控。
三、智能控制系统中的变频技术
中央空调装置中，水泵和压缩机采用交流异步电机进行拖动，其电动机的转速公式如下：
n＝n0(1－s)＝60f(1－s)/p（1）
其中，n──异步电动机转子的转速，r/min
p──电动机的磁极对数
f──电源频率，电动机定子的电压频率
s──转速差，s＝(n0－n)/n0×100%
由式（1）得知，电源频率和转速之间呈正相关，即可通过改变电源频率来改变电机转速，而压缩机和水泵都属于平方转矩负载，即转矩M和转速n的平方呈正相关M∝n2,电机输出功率和转速的立方呈正相关，即p∝n3.。
电机的耗电量决定着其输出功率，一旦转速变慢，耗电量和输出功率都会大幅度下降，如转速降低20%~50%，可节电50%~80%。
1.传统中央空调装置中变频控制的改造
冷冻循环水的流量和速度是借助电机转速的改变实现调整的，以满足平衡热负荷的需求，同时可关闭供回水干管上的压差调节阀，免去节流损耗。
通过变频技术来调节冷却循环水的速度和流量，以保证在冷凝器中其吸热能力得到完全释放，同时要注意，需将主机的制冷系数维持在最优状态。
依据负荷的不断变化，制冷压缩机借助变频调速技术对输向冷凝器的能量进行调节。
2.智能控制系统融合变频技术结合的优势
智能控制系统能够很好地把握装置和环境温度的运行状况，并以此为基础，对变频器运行参数进行调整优化，选择低端变频器，不但能满足系统需要，还能降低成本、提高控制效果。
四、模糊PID控制
传统的PID控制器凭借结构简单、容易操作等特点，在工业控制中广泛应用。但有些工业过程的参数没有固定的数学模型，且具被时变性和非线性，面对此，传统的PID控制器就难以控制了，所以必须研究一种新的控制方式。
模糊控制是一种算法简单、容易实现的语言控制，它对被控对象的数学模型没有依赖性，具有较好的鲁棒性和适应能力，且抗干扰能力强，可以从实际经验中直接归纳出来，将此和PID控制器互相结合，可以得到一种更高级的算法。系统采用的是一种模糊自调参数的控制方案，如图2：
系统输入产生的误差e通过微分来获取误差的变化量de，二者作为模糊推理机构的输入量。模糊推理机构按照相应的自调整规则，来回去输出量。
五、智能控制系统的运行方式
工控机接收并读取来自PLC的信号，并借助监控软件实施报警、数据显示以及模糊推理，对PID控制参数进行调定优化。PLC通过收集的信号和上位机调整的参数来实行PID的运算，并利用变频器对水泵以及压缩机的转速进行调整。
此外，PLC还关联着装置各部分的启动和停止顺序；一旦上位机或变频器出现故障，PLC恢复到传统的运行模式，提升了其安全可靠性。
六、结束语
据实践结果表明，变频智能控制系统不但能够满足基本的制冷需求，还能降低能量消耗和电量消耗，具有关数据显示，压缩机的电能消耗仅为以往运行方式的80%，而水泵电机的消耗量是原先运行方式的75%，可见其节能效果是相当明显的。
参考文献
[1] 范晓莉.中央空调水循环系统变频节能控制[J].工程建设与设计，2010,43（9）：179-182.
[2] 王丽娜，刘俊.中央空调变频节能控制系统的设计[J].中国科技信息，2008,20（3）：267-270.
[3] 潘多.PLC控制中央空调水泵变频调速系统的设计[J].农业科技与装备，2010,35（2）：132-134.
[关键词]中央空调；变频调速；智能控制系统
中图分类号:TP273+.5 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0011-01
由于传统的中央空调装置工作效率较低，易引起资源浪费，导致大气温室效应有所增加，同时也提高了成本。计算机和现代控制技术在近几年被大力普及，得到广泛应用，成了提升空调装置运行效率的重要手段。
一、家庭建筑传统中央空调装置的运行方式
此装置的组成部分主要有制冷主机、冷却池、风机盘管系统以及冷冻、冷却水循环系统等，其运行的大致程序是：制冷机利用活塞式压缩机对制冷剂进行压缩，形成高温高压气体，由冷凝器加以冷却，转化为常温高压液体，再借助热力膨胀阀进行流量调整，并于蒸发器内吸热后蒸发；通过蒸发器的水被冷冻水泵送至风机风口，由冷却盘管吸收，在风机的作用下，将冷风吹入房内，以完成降温的任务；制冷剂在冷凝之下会有热量放出，被部分冷却循环水吸收，经冷却水泵作用，被送到冷却池冷却，其热量则散发到空气中。
在上述运行方式中，制冷压缩机消耗的能量最多，要占去整个装置的一半，在非满负荷时，可将部分吸气阀打开，通过气缸的卸载，降低输向冷凝器的能量。但它的电机设计值一般是按最大负荷再取一定的余量来确定的，常会造成浪费。
其冷冻水循环系统是单机泵系统，冷冻水泵耗电量也很大，占了整个装置的35%。冷凍水循环系统中有供水干管和回水干管，应将压差旁通阀安置在两支干管之间。非满负荷的情况下，供水回水之间会形成压差，发挥此压差控制器的作用，对旁通阀的开度进行调节，从而令部分水流经旁通阀，进入回水管，能维持冷冻水泵流量的基本稳定。但单级泵变流量水系统是一个线性系统，如果非线性程度过大，容易造成浪费，导致设备不能正常工作，还会影响不到用户侧，因此，对压差控制器设定值的调整十分必要。
此外，传统的冷却水循环系统的运行方式，常会出现冷却水泵电机做无用之功现象，且由于水泵、电机等长时间运行，会加速其老化。
二、智能控制系统的总体设计
IPC是工业控制计算机的简称，其运算功能比较强大，且人机交互界面功能良好，很容易控制整个系统；PLC，即可编程控制器，抗干扰能力强、可靠性高，具有强大的逻辑控制功能，且能够适应恶劣的环境，再加上它的过程控制功能不断完善，被广泛用来采集数据以及进行工业现场的控制；由于半双工、差分接收以及平衡发送等通讯方式的使用，RS-485传送距离远，能够抑制共模干扰，且实现多站联网只需要一对双绞线，减轻了现场的接线工作量，降低了成本。
结合建筑实际情况做综合考虑，系统的上位机使用工业控制计算机，以方便用来监控；下位机使用PLC，负责采集数据和现场控制；利用远程智能模块来收集室外温度、系统供回水温度以及干管压力的详细信息，并发送给PLC；选用RS-485总线，实现工业控制计算机、变频器、PLC、智能模块信息之间的通讯，其结构见图1：
工控机在选择开发工具时，选用了MCGS 5.5组态软件来建设计算机监控软件。在设备窗口中，将控制系统和变频器、PLC等外部硬件设备进行连接，借助用户窗口和实时数据库，采用报警处理、数据储存以及报表输出等方式对工业过程实施实时监控。
三、智能控制系统中的变频技术
中央空调装置中，水泵和压缩机采用交流异步电机进行拖动，其电动机的转速公式如下：
n＝n0(1－s)＝60f(1－s)/p（1）
其中，n──异步电动机转子的转速，r/min
p──电动机的磁极对数
f──电源频率，电动机定子的电压频率
s──转速差，s＝(n0－n)/n0×100%
由式（1）得知，电源频率和转速之间呈正相关，即可通过改变电源频率来改变电机转速，而压缩机和水泵都属于平方转矩负载，即转矩M和转速n的平方呈正相关M∝n2,电机输出功率和转速的立方呈正相关，即p∝n3.。
电机的耗电量决定着其输出功率，一旦转速变慢，耗电量和输出功率都会大幅度下降，如转速降低20%~50%，可节电50%~80%。
1.传统中央空调装置中变频控制的改造
冷冻循环水的流量和速度是借助电机转速的改变实现调整的，以满足平衡热负荷的需求，同时可关闭供回水干管上的压差调节阀，免去节流损耗。
通过变频技术来调节冷却循环水的速度和流量，以保证在冷凝器中其吸热能力得到完全释放，同时要注意，需将主机的制冷系数维持在最优状态。
依据负荷的不断变化，制冷压缩机借助变频调速技术对输向冷凝器的能量进行调节。
2.智能控制系统融合变频技术结合的优势
智能控制系统能够很好地把握装置和环境温度的运行状况，并以此为基础，对变频器运行参数进行调整优化，选择低端变频器，不但能满足系统需要，还能降低成本、提高控制效果。
四、模糊PID控制
传统的PID控制器凭借结构简单、容易操作等特点，在工业控制中广泛应用。但有些工业过程的参数没有固定的数学模型，且具被时变性和非线性，面对此，传统的PID控制器就难以控制了，所以必须研究一种新的控制方式。
模糊控制是一种算法简单、容易实现的语言控制，它对被控对象的数学模型没有依赖性，具有较好的鲁棒性和适应能力，且抗干扰能力强，可以从实际经验中直接归纳出来，将此和PID控制器互相结合，可以得到一种更高级的算法。系统采用的是一种模糊自调参数的控制方案，如图2：
系统输入产生的误差e通过微分来获取误差的变化量de，二者作为模糊推理机构的输入量。模糊推理机构按照相应的自调整规则，来回去输出量。
五、智能控制系统的运行方式
工控机接收并读取来自PLC的信号，并借助监控软件实施报警、数据显示以及模糊推理，对PID控制参数进行调定优化。PLC通过收集的信号和上位机调整的参数来实行PID的运算，并利用变频器对水泵以及压缩机的转速进行调整。
此外，PLC还关联着装置各部分的启动和停止顺序；一旦上位机或变频器出现故障，PLC恢复到传统的运行模式，提升了其安全可靠性。
六、结束语
据实践结果表明，变频智能控制系统不但能够满足基本的制冷需求，还能降低能量消耗和电量消耗，具有关数据显示，压缩机的电能消耗仅为以往运行方式的80%，而水泵电机的消耗量是原先运行方式的75%，可见其节能效果是相当明显的。
参考文献
[1] 范晓莉.中央空调水循环系统变频节能控制[J].工程建设与设计，2010,43（9）：179-182.
[2] 王丽娜，刘俊.中央空调变频节能控制系统的设计[J].中国科技信息，2008,20（3）：267-270.
[3] 潘多.PLC控制中央空调水泵变频调速系统的设计[J].农业科技与装备，2010,35（2）：132-134.