PLC在水源热泵空调系统中的应用

摘 要 将HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC应用于水源热泵空调控制系统,给出了PLC的I/O点分配表,介绍了控制系统组成和软件设计思路,提出了一种随机启停的压缩机控制方法。

关键词 PLC；水源热泵；中央空调；控制系统；压缩机；

分类号 TP332；TP391

1 引言

水源热泵空调系统是一种利用自然水源作为冷热源的空调系统,其核心技术是水源热泵技术。所谓水源热泵技术,是利用地球表面浅层水源所吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源,并采用热泵原理,通过少量的高位电能输入,实现低位热能向高位热能转移的一种技术。河水、湖水、地下水等地球表面浅层水源吸收了太阳辐射的能量,水源的温度十分稳定。在夏季,水源热泵空调系统将建筑物中的热量转移到水源中,由于水源温度低,所以可以高效地带走热量。在冬季,水源热泵空调系统从水源中提取能量,根据热泵原理,通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。通常,水源热泵消耗1kW的能量,用户可以得到4kW以上的热量或冷量。由于水源热泵空调系统具有高效、节能和环保等优点,近年来得到了越来越多的应用^[1][2]。

空调系统的控制主要分为继电器控制系统、直接数字式控制器(DDC)系统和可编程序控制器(PLC)系统等级几种。由于故障率高、系统复杂、功耗高等明显的缺点,继电器控制系统已逐渐被淘汰。DDC控制系统虽然在智能化方面有了很大的发展,但由于其本身抗干扰能力差、不易联网、信息集成度不高和分级分步式结构的局限性,从而限制了其应用。相反,PLC控制系统以其运行可靠、使用维护方便、抗干扰能力强、适合新型高速网络结构等显著的优点,在智能建筑中得到了广泛的应用。为了提高空调系统的经济性、可靠性和可维护性,目前空调系统都倾向于采用先进、实用、可靠的PLC来进行控制^[3]。

本文介绍和利时公司HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC在水源热泵空调控制系统中的成功应用,说明了HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC可以很好地实现中央空调智能化控制,达到减少无效能耗、提高能源利用效率和保护空调设备的目的。

2 空调系统介绍

北京市某单位的办公楼采用水源热泵中央空调系统,总建筑面积8550m²,建筑高度20.5m,其中空调面积约6840m²。地下1层为各种设备房和操作间,地上1层为职工食堂、大厅和会议室,地上2～6层为商业办公用房。室内温度和相对湿度等技术参数的设计要求如表1所示。水源热泵中央空调系统的设计制冷量为860kW,制热量为950kW。空调的主机系统由四台压缩机组成,水源水系统由取水井、渗水井和水处理设备组成。

表1 室内技术参数的设计要求

夏季

冬季

温度

t=25±1℃

t=20±1℃

相对湿度

φ≤65%

φ≥40%

3 控制系统硬件设计

该水源热泵中央空调系统主要是根据蒸发器和冷凝器进出水温度的变化来控制4台压缩机的启停,使水温稳定在设定的范围内。4台压缩机分成A和B两组,每组各有2台压缩机。系统的I/O点分配如表2所示,其中开关量输入点6个,模拟量输入点4个,开关量输出点5个,模拟量输出点1个。

表2 系统的I/O点分配表

信号类型

PLC地址

描述

开关量输入

%IX0.0

A组高压检测开关

%IX0.1

B组高压检测开关

%IX0.2

A组低压检测开关

%IX0.3

B组低压检测开关

%IX0.4

热水流量检测开关

%IX0.5

冷水流量检测开关

模拟量输入

%IW2

热水进水温度

%IW4

热水出水温度

%IW6

冷水进水温度

%IW8

冷水出水温度

开关量输出

%QX0.0

A组一号压缩机

%QX0.1

A组二号压缩机

%QX0.2

B组一号压缩机

%QX0.3

B组二号压缩机

%QX0.4

故障报警器

模拟量输出

%QW2

变频器

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