纺织企业空调节能的应用研究
张庆君，徐健，许文斌
（西安工程大学 电子信息学院，陕西 西安 710048）
摘要 探讨纺织空调系统中PLC和变频器在风机、泵类节能方面的应用，通过对传统空调系统的运行特点及运行方式的分析，得出空调系统节能改良实施的可行性，引入PLC控制及变频调速技术改造，达到节能的目的，同时提高系统的稳固性和靠得住性。 关键词 水泵与风机；PLC；变频器；节能
Application on Energy-efficient of Textile Air-conditioning
ZHANG Qingjun ,XU Jian, XU wenbin
(School of Electronics and Information, Xi’an Polytechnic University, Xi’an, Shanxi, 710048, China) Abstract Discussion on the application of the PLC and Variable-frequency Drive of air conditioning systems in the fan and pump-energy saving. The feasibility of improving air conditioning’s energy-saving system will be got by analyzing the operating characteristics and frequency operation mode of traditional air conditioning systems. Further, PLC control will be apply and speed-regulation technology with variable frequency will be perfected that targets to save energy. And improve the stability and reliability of the system. Key words pump and fan；PLC；Variable-frequency Drive；energy saving
0 引言
纺织空调系统在整个纺织生产进程中具有重要的地位，是影响产品产量和质量的重要因素之一。其任务就是要为生产环境创造和维持符合必然要求得空气条件，使空气的温度、湿度、循环流动速度、含尘浓度与新鲜度能够知足人体需要的舒适度和生产工艺的要求。纺织空调系统中大量采用了风机和水泵类设备，且运行时刻长、能耗量大，给企业造成较大的经济负担。此刻国内纺织行业的先进生产设备利用率较低，而且部份企业的节能减排投入力度不够。因此，在节能减排方面，我国纺织行业具有较大潜力。随着变频技术的日趋成熟，利用变频器、PLC(可编程序控制器)、数模转换模块、温湿度传感器等器件的有机结合，组成温湿度闭环自动控制系统，解决现存问题达到节能目的。 1 传统纺织空调风机、水泵运行特点
风机、泵类是纺织调系统中利用量大、面广的通用机械设备，其传动电机绝大部份为交流电机，纺织空调系统在设计时是按实际最大冷热量需求量来考虑的，其冷却泵，冷冻泵、风机都是按单台设备的最大工况需求来考虑的，在实际工作中有90%以上的时刻设备都工作在非满载状态下。空调系统的调节控制手腕是通过调整大量的风门、水阀挡板的开度来调节流量，使其知足所要求的工况。这种调节方式虽然简单易行，达到了减少流量的目的，可是增加了系统的阻力，而且对空调的调节是阶段性的，造成整个空凋系统工作在波动状态。这种方式无论生产状况的需要如何，风机、水泵都在全速运转，改变了系统管网阻力特性，使一些动力机械功能工作点偏移，致使效率下降，造成能源的大量浪费，直接致使空调系统设备能耗太高。
2 变频调速节能原理分析
电动机的同步转速公式：n =60 f／p ，而异步电动机转速n1与同步转速n存在一个滑差关系，即异步电动机原理，有公式：n1=n(1－s)= 60 f／p (1－s)，式中n为转速，f 为频率，p为电机磁极对数，s 为转差率。可知，改变异步电动机的转速n1能够通过改变f，p，s 达到。针对某一电动机而言，p 是必然的，而通过改变s进行调速空间超级小，所以变频调速主如果通过改变定子供电频率f 来改变同步转速n来实现，这是异步电动机的最为合理的调速方式。若均匀地改变供电频率f ，即可光滑地改变电动机的同步转速。异步电动机变频
调速具有调速范围宽、光滑性较高、机械特性较硬的长处，目前变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都取得了普遍的应用。
由流体力学可知，风机、水泵电机轴功率N与流量（风量）Q、压力（扬程）H之间的关系为：
N ∝Q×H (1) 转速 流量/压力 功率 流量(风量)Q与转速n的一次方成正比： n % 风 H% N % Q ∝n (2) 量Q% 压力（扬程）与转速n的平方成正比： 100 100 100 100 2
H ∝n (3) 90 90 81 由以上三式可得电机轴功率与转速n的三次80 80 64 方成正比： 70 70 49 3
N ∝n (4) 60 60 36 通过以上分析能够取得上述几个变量的关50 50 25 系，取得表1： 表1 从表1中能够明确的看到变流量（风量）控制系统的节能效果是十分突出的，当风机、水泵效率必然时，调节风量的转变时，转速可成比例下降，则风机的轴功率成立方关系下降。可见一旦风机、水泵转速降低，其耗电量将以立方的比例大大降低。这就为实施变频节能技术改造提供了数学理论上的可行性保障空间。 3 纺织空调变频自动控制系统分析
针对传统空调系统中水泵、风机控制中存在的问题，利用PLC和变频调速及工业网络化等相关技术进行针对性的改良。空调系统主要包括空气处置、空气输送和空气的分派等几个部份。空气处置是在空调室内进行的。整个空调系统主要有进风阀门、回风阀门、空气混合室、空气过滤器、喷淋器、加热器，空气输送部份主要有风机、送风主管、送风支管，空气分派部份主如果各个车间的空气分派器。
实施方案包括整个空调系统信息的自动化收集、风机的自动控制、水泵自动控制、温度测量、湿度测量、送风量控制、回风量控制、电动阀门控制、空气分派器的控制、电气保护、工业视频监控、部份自动化元件。每一个车间安装6-8个温湿度传感器用于检测车间内温湿度，4-6个布风器（带有电动控制器）进行空气的分派，送风主管压力传感器，回风和进风阀门（带开度表）控制新鲜空气和回风的比例。水泵和风机运行是由变频器控制，主如果按照车间温、湿度情形，对进程进行自动调节，达到最优控制状态，实现无级自动控制，提高控制精度，一改以往的粗略、开环控制方式，实现纺织企业车间内的温度和湿度的精准控制，达到节能的目的。
控制系统硬件组成及原理
系统硬件由可编程控制器PLC（含数字量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、通信模块等）工控机、变频器、水泵、风机、布风器、各类传感器及若干电器元件等组成。控制系统是按照温、湿度传感器检测到的各车间内、外温度和相对湿度信号，与设定值相较较，按照比较的结果差值进行换算，然后去控制变频器调节风机、水泵的转速和加热量，调节电动阀门开度以调节新回风量，以维持室内温、湿度的稳固性。系统的整体结构简图如图1所示。
上级控 制中心 工业视 频系统 上位 计算机 语音系统 操作台 以太网 显示 打印 PLC控制器 阀门开度 变频器 温湿度信号 阀门开度信号 风道压力信号 风机 变频器 水泵
图1 控制系统整体结构简图
Control system structure diagram
3.1.2 PLC在系统中的作用
PLC是整个系统的控制核心。是通过接收开关量、模拟量输入经处置后输出开关量、模拟量去控制继电器、变频器及电磁阀等相关元器件的动作，主要有以下几方面的作用，初始化变量，设置自由通信口协议和中断协议；与上位机进行实时通信，为上位机的显示提供数据，并对上位机输入的信息进行处置；完成数字量与模拟量的彼此转换；逻辑控制及PID等运算；发送模拟（数字）等调节变频器的输出频率；通过相关的通信协议读写变频器内部参数；判错传递数据信息、报警信息等。 3.1.3变频器的作用及参数设定
变频器在系统中占有最重要的地位，系统节能主如果通过变频器的调节作用来实现。变频器具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能。电机在低于额定转速的状态下运行，减少了噪音对环境的影响。采用变频器控制电机的启停、转速，取消阀门挡板调节，降低了设备故障，节电效果显著。利用变频器控制电机，能够实现电机的软启动，延长了设备的利用寿命，避免了对整个系统电网电网的冲击。
变频器的参数设置能够通过三种方式来完成，一是本地控制直接在变频柜的控制面板上进行变频器内部参数及运行频率的设定，二是在上位机上设定变频器内部参数的数值，经由PLC通过RS-485传递到变频器，变频器按照PLC发送过来的数据（模拟量）值调节水泵或风机的转速，三是在自动运行进程中PLC按照温湿度传感器输入的信号，与设定温湿度值进行比较，由内部处置计算出频率设定值通过RS-485传递到变频器，设定完成都将内部运行参数反馈到PLC及上位机等显示装置。如图2所示。
以太网 上位机 温、湿度 检测信号 A/ D 转 换 控制器 PLC D/ A 转换 变频柜主面板设定 RS-485 水泵/风机
变频器 图2 变频器控制原理示意框图
Schematic diagram of inverter control
3.1.4 采用变频调速后电机工作方式
纺织企业空调节能的应用研究
