AI仪表在中央空调变频调速系统中的应用———AI仪表在中央空调变

关键词： AI-808智能控制器、中央空调制冷
一、前言
         据有关资料统计，我国现有电动机装机总容量约4亿多千瓦，其用电量占当年全国发电量的60%～70%，而风机、水泵设备装机总功率达1.6亿千瓦，年耗电量3 200kWh，约占当年全国电力消耗总量的1/3。而应用变频器节电率一般在20%～60%，投资回收期1～2年，企业和社会经济效益相当可观。所以，大力推广应用变频调速技术不仅是当前推进企业节能降耗、提高产品质量的重要手段，而且也是实现经济增长方式转变和我国可持续发展战略的必然要求。本文以在中央空调系统的应用进行阐述。基于中央空调系统选型配备时，其冷冻泵和冷却泵的容量均按最大负荷选定，且留有余量的原则，泵组在大部分时间处于低温差、大流量的运行状态，造成整个系统的能源利用率降低，浪费了大量能源。同时，设备长期高速运转，大大缩短了使用寿命，增加了维护费用。随着技术的日益成熟和产业化发展,变频调速技术在中央空调系统的应用已十分普遍。为了节能降耗、提高经济效益，依据国家集中式空调系统经济运行的标准，采用变频调速技术对中央空调系统进行节能控制改造，具有很大的现实意义。

  二、中央空调变频调速控制系统简介
       大中型中央空调由制冷、制热站，空调水管网系统和空调末端装置（空调机组，风机盘管和新风机组等）三部分组成。工作原理：采用设备中的风扇使室内空气循环，并通过设备中的冷、温水盘管来冷却和加热，以达到空调的目的。盘管中的冷、温水由机房中的制冷设备和锅炉提供。
空调系统的温度、供水系统的水压、通风系统的风量等，这些系统绝大多数是用交流电机驱动的。以前由于电机的转速无法方便调节，为了达到对上述物理量的控制，只好采用一些简单的方法，如用挡板调节风量，用阀门来调节流量压力等，致使这些系统不仅达不到很好的调节效果，而且大量的电能被挡板和阀门白白浪费。据统计，我国目前使用的风机、水泵大约有25%的能量是无谓消耗。另外，根据交流电机的特性，要实现连续平滑的速度调节，最佳的方法就是采用变频调速器，变频器是将标准的交流电转成频率、电压可变的交流电，供给电机并能对电机转速进行调节的装置。采用变频器进行风机、水泵的节能改造，不仅避免了由于采用挡板或阀门造成的电能浪费，而且还会极大提高控制和调节的精度，从而方便地实现恒温空调系统和恒压供水系统。

  三、AI仪表在系统中的应用
1.AI仪表选型介绍：AI仪表在中央空调变频系统中主要调节的对象是温度，执行器是变频器。考虑到控制精度和响应速度，调节器选用AI-708AX3L2L2，它的特点是：输入采用数字校正系统，内置常用热电偶和热电阻非线性校正表格，测量精度高达0.2级；采用先进的AI人工智能调节算法，无超调，具备自整定（AT）功能；采用先进的模块化结构，提供丰富的输出规格，能广泛满足各种应用场合的需要。在冷却水循环控制中需要有温差测量，仪表选择AI-704MAJ0J0X3（V7.61），它的特点是：最多可支持4个可编程测量输入回路，配合不同的输入模块，可以输入4路热电偶、电压或电流信号；输入为热电阻时，可支持4路二线制接线方式或3路三线制接线方式输入；内建开方、减法器等运算功能，可以替代传统仪表运算单元且精度更高；最多可有2个相互隔离的变送电流输出，可将任意通道的测量值从OUTP端口变送输出，可以编程作为二进二出或一进二出型变送器使用。
2..主要控制回路介绍
A.中央空调系统的外部热交换由两个循环水系统来完成。循环水系统的回水与进（出）水温度之差，反映了需要进行热交换的热量。因此，根据回收与进（出）水温度之差来控制循环水的流动速度，从而控制了热交换的速度，是比较合理的控制方法。
(1)冷冻水循环系统的控制
       由于冷水的出水温度是冷冻机组“冷冻”的结果，常常是比较稳定的。因此，单是回水温度的高低就足以反映房间内的温度。冷冻泵变频调速系统可以简单地根据回水温度进行如下控制，AI仪表通过测量回水温度，与设定值比较后输出信号控制变频器实现冷冻泵循环速度，实现回水的恒温控制。回水温度高时，说明房间温度高，仪表输出信号提高冷冻泵的循环速度，降低温度。温度低时，则工作方向相反。
(2)冷却水循环系统的控制
       由于冷却塔的水温是随环境温度而变化的，其单测水温不能准确地反映冷冻机组内产生热量的多少。对于冷却泵以进水和回水间的温差作为控制依据，实现进水和回水间的恒温差控制是比较合理的。AI仪表通过测量进水和回水的温差来控制冷却泵的转速。当温差大时，说明冷冻机组产生的热量大，仪表输出信号提高冷却泵的转速，增大冷却水的循环速度；当温差小时，说明冷冻机组产生的热量小，仪表减小输出降低冷却泵的转速，减缓冷却水的循环速度。
B.中央空调末端送风控制。系统中清洁空气在末端与热交换器充分接触后由风机直接送入室内，从而达到调节室温的目的。在输送介质（水）温度恒定的情况下，改变送风量可以改变带入室内的制冷（热）量，从而较方便地调节室内温度。在大型系统中大都采取的是自动恒温控制，在AI仪表上设定好需要的室温，仪表输出信号控制变频器调整风机的转速就可以控制送风量，实现室温的恒定控制。变频器可对风机实现无级变速，在变频的同时，输入端的电压亦随之改变，从而节约了能源，降低了系统噪音。
3.AI仪表的调试
        AI仪表具有模糊逻辑PID调节及参数自整定功能的先进控制算法。在误差大时，运用模糊法进行调节，以消除PID饱和积分现象；当误差减小时，采用改进后的PID算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。其具有无超调、高精度、参数确定简单，对复杂对象也能获得较好控制效果等特点，其整体调节效果比一般的PID算法更明显。在没有经验控制参数的时候，为了达到最佳的控制效果，仪表要进行PID自整定。在多数情况下，自整定一次就可以使获得满意的控制效果。如果控制有偏差时，可以通过微调M5、P、T参数来修正。调节器主要参数设置：
HIAL：上限报警。
LOAL：下限报警。
Df：回差（死区、滞环），用于避免因测量输入值波动而产生报警频繁动作。
Ctrl：控制方式，采用AI人工智能调节/PID调节，Ctrl＝1。
M5：保持参数，主要决定调节算法中的积分作用，和PID积分时间类似，M5越小，系统积分作用越强。M5=0时取消积分和AI人工智调节，成为PD调节器。
P：速率参数，与每秒内仪表输出变化100%时测量值时应变化大小成正比，P=1000/每秒测量值的升高单位值（系统以0.1定义为一个单位）。
T：滞后时间，t越小，则比例和积分作用均成正比增强，而微分作用相对减弱，但整体反馈作用增强：反之，t越大，则比例和积分作用均减弱，而微分作用相对增强。
Ctl：输出周期，反映仪表运算调节的快慢。
Sn：输入反馈信号类型。
Opt：输出方式。
CF：系统功能选择，可以选择系统的调节方向。

  四、结语
         以往的中央空调系统冷媒泵、冷却泵及冷却风机不论环境温度如何，均全速运行，造成整个系统的能源利用率降低，造成电能大量浪费。同时，设备长期处于高速运行状态，缩短使用寿命，增加维护费用。 针对上述情况采用仪表和变频器实现变频调速，经过运行测试，节能效果十分显着，同时降低了运行噪音，提高了机组效率和设备使用寿命。系统应注意的几个问题：
1.共振：选择末端送风机时，应考虑测试其在全转速范围的共振转速点并应避免电机工作于这样的转速区。通过设定变频器的回避频率及其宽度值，则可以避免电机运行于该转速区域。
2.频率限制：电机转速较低时，散热效果较差；转速过大，会引起因风速过高而造成的不适当状态。制冷时，可能因风速过大，致使冷凝水不能被吸水盘完全接收，造成外漏。应选择适宜的上、下限频率，下限频率以不小于15Hz为宜，上限频率不要超过60Hz，根据最大风速确定。
3.载波频率：将变频器的载波频率适当提高，则可以降低电机运行噪音，提高环境质量。多机并联运行时，若电机距离变频器较远，则需调整载波频率，以避免引起电机电流振荡。
4.安装：变频器应装于末端机的“隔离室”内，除保证良好的散热外，还应让其不置身于潮湿环境下，亦需考虑中央空调在制冷或制热时末端机自身的温度影响。
5.节能：风机属于平方转矩负载，应用时，选择风机、泵类专用变频器（亦称为节能型变频器）较好，并将其转矩曲线（V/F）设定为“平方转矩”，这样可以达到较好的节能效果。