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1、引言

通過電氣控制手段，制冷空調設備的安全運轉以及運行過程中的節能性與經濟性提升均可獲得有力支持，但筆者在實際調研中發現，電氣控制手段落后的情況仍廣泛存在于我國制冷空調設備電氣控制領域，為了盡可能提升制冷空調設備電氣控制水平，本文圍繞該課題開展具體研究。

2、制冷空調設備控制方式

2.1 機械控制

作為較為傳統的制冷空調設備控制方式，機械控制主要以開關、接觸器作為控制元件，電動機則為控制提供動力，相應的控制工作也需要通過人為的方式完成。在應用機械控制的制冷空調設備控制中，人工感應溫度屬于控制的關鍵，但隨著經濟與社會的快速發展，機械控制已無法滿足制冷空調設備控制需要，控制能力較差、易引發安全事故屬于該控制方式存在的不足，這些都使得機械控制方式逐漸被淘汰[1]。

2.2 電子元件控制

電子元件控制屬于現階段較為常見的制冷空調設備電氣控制方式之一，該控制方式的應用需得到集成電路中硬件的支持，接觸器、繼電器器件的控制以此即可實現。在制冷空調設備的電子元件控制中，該控制可基于實際情況自動設置精準溫度，并能夠在溫度值出現變化時自動采取相應制動措施，這些都使得電子元件控制具備較高的安全性和穩定性。

2.3 智能控制

隨著計算機技術的快速發展。基于微電腦、控制系統的智能化控制方式廣泛應用于我國各領域，該控制方式也屬于制冷空調設備的主流控制方式。在智能控制支持下，電氣器件信息處理和控制功能可合理融入機械裝置中，信息、電子、機械等各項技術的合理應用自然能夠實現制冷空調設備的最優化控制。智能控制屬于自動化程度較高的控制方式，其具備的自動調節、自動控制、自動補償功能可保證制冷空調設備始終處于最佳運行狀態，其性能也能夠由此實現長足提升，由此可見智能控制的應用價值[2]。

3、基于能效優化的制冷空調設備電氣控制

3.1 結構與原理分析

為提升研究的實踐價值，本文選擇某高層建筑的中央空調制冷系統作為研究對象，該系統由制冷主機、冷凍水循環系統、冷卻水循環系統、末端風機盤管系統、電氣控制系統組成。結合相關研究不難發現，變水量控制系統、可變冷媒控制系統、變風量控制系統、冷凍水變流量控制系統、冷卻水變流量節能控制系統均屬于較為常見的中央空調制冷系統節能控制方式，本文研究則基于中央空調制冷系統的傳統節能指標、能效指標、水系統能效影響因子，提出了基于能效優化的電氣控制設計。

3.2 硬件設計

3.2.1 整體設計

在中央空調冷凍機房設置控制系統，主控柜配置機架式SC501PLC，冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵各配置一臺SC20PLC，冷機通訊卡負責主機與主站PLC通訊，從站的PLC運行狀態直接由主站PLC控制，從站PLC則負責輔助設備的控制，如通過控制繼電器實現風機、水泵啟、停及變頻運行，圖1為基于能效優化的制冷空調設備電氣控制結構圖。結合圖1，即可開展主控柜結構及配電圖、SC501PLC模塊、SC20PLC模塊、電動蝶閥、變頻器的硬件設計。

圖1 基于能效優化的制冷空調設備電氣控制結構圖

3.2.2 PLC 設計

SC501PLC模塊、SC20PLC模塊的設計如下：

（1）SC501模塊設計。該模塊采用24V直流供電，并與冷卻泵進水壓力傳感器、冷卻泵出水壓力傳感器接線連接，冷凍水總管流量、冷凍水供水總管壓力、冷凍水回水總管壓力、冷凍水供水總管溫度、冷凍水回水總管溫度、冷卻水進水總管溫度、冷卻水出水總管溫度、室外溫度均能夠接入SC501模塊。

（2）SC20PLC模塊設計。整個中央空調制冷系統的冷卻塔風機、冷卻水泵、冷凍水平均SC20型號的PLC作為控制器，在接收主站指令、現場設備狀態反饋支持下，SC20PLC可開展變頻器頻率控制，中央空調制冷系統的節能將由此實現。其中，SC20PLC模塊需連接控制電源、斷路器、控制器電源、頻率表電源、變頻信號回路，并由此開展緊急旁路控制、接觸器控制、系統故障指示[3]。

3.2.3 主控柜結構設計

主控柜屬于基于能效優化的制冷空調設備電氣控制核心之一，采用了長800mm、寬600mm、高1000mm的立式柜子作為主控柜，柜體分上中下三部分，柜子頂部中央開孔用于安裝散熱風扇，其中上部、中部、下部分別用于安裝開關電源和斷路器、主控PLC、接線端子。

3.2.4 電動蝶閥與變頻器控制設計

具體設計如下：

（1）電動蝶閥控制設計。電動蝶閥存在就地控制與遠程控制兩種控制模式，在基于能效優化的制冷空調設備電氣控制系統維護或升級時，可應用就地控制進行電動蝶閥控制，遠程控制則用于一般情況下的控制。

（2）變頻器控制設計。該環節控制需重點關注變頻器電源進線和電機動力線，以此避免二者接反，否則將導致變頻器的燒毀，其中71、72管腳分別用于0～10V輸出、4～20mA輸出，485+與485-則用于作為變頻器的通訊接口并需要采用帶屏蔽線的通訊線。

3.3 軟件設計

3.3.1 整體設計

基于能效優化的制冷空調設備電氣控制系統硬件設計，即可開展系統的軟件設計，由于制冷站主控制柜為中央調度中心，因此其需要負責現場采集的流量、壓力、溫度等數據分析，并以此進行設備運行狀態、系統負荷狀態的分析與計算，通過統一分配冷卻塔控制柜、冷卻泵控制柜、冷凍泵控制柜功能，即可保證基于能效優化的制冷空調設備電氣控制系統安全、有序運行，冷卻水總管流量、冷凍水總管流量、冷卻水總管壓力、冷凍水總管壓力、冷卻塔風機瞬時電功率、冷卻泵瞬時電功率、冷凍泵瞬時電功率、冷水機組瞬時電功率、室外環境溫濕度、冷凍水供回水總管溫差、冷卻水供回水總管溫差屬于用于分析和計算的主要數據。

3.3.2 系統設備聯鎖控制設計

為了保證基于能效優化的制冷空調設備電氣控制系統在開始、停止運行時均可按照嚴格遵循特定順序，必須開展系統設備聯鎖控制設計，其中系統設備的啟動順序可概括為：“開始→開啟電動蝶閥→冷卻塔蝶閥開到位→開啟冷卻塔→冷卻泵蝶閥開到位→開啟冷卻泵→冷凍泵蝶閥開到位→開啟冷凍泵→水泵延時完成→開啟冷機→結束”，而系統設備的停止順序則可以概括為：“開始→關閉冷機→冷機關閉完畢→水泵稀釋運行→關閉冷卻塔→冷卻水泵稀釋完畢→關閉冷卻水泵→冷凍水泵稀釋完畢→關閉冷凍水泵→關閉電動蝶閥→結束”。

3.3.3 制冷主機、主機加載控制設計

除上述設計外，基于能效優化的制冷空調設備電氣控制系統軟件設計還包括制冷主機控制設計、主機加載控制設計，具體設計如下：

（1）制冷主機控制設計。制冷主機的開機控制流程可概括為：“開始→負荷計算→回水溫度＞13.5℃→冷機負荷＞95%→需開冷機→冷機啟動→結束”，停止控制流程則為：“開始→負荷計算→回水溫度＜10.5℃→冷機負荷＜60%→需關冷機→冷機關閉→結束”，該設計是為了最大化主機能效，建筑瞬時冷負荷的計算屬于其中關鍵。

（2）主機加載控制設計。中央空調系統設備多為大功率設備，這就使得其設備的加載順序有著較為嚴格的要求，因此設計人員確定了如下設備的加載順序：“開始→回水溫度＞13.5℃→平均負荷＞95%→延長時間＞20min→啟動冷卻水泵并延時→開啟冷卻水閥門→啟動冷凍水泵并延時→開啟冷凍水閥門→閥門開到位→加載冷機→結合”，由此即可避免停機、事故的發生。

3.3.4 程序與界面設計

采用了SCWinPP編程軟件用于中央空調主控柜程序編寫，由此即可開展主控制器IP配置、I/O模塊配置、程序的上傳與下載等內容的設計；中央空調系統人機界面設計則采用了北京亞控公司的組態王軟件作為上位機軟件，由此即可開展系統流程監控、設備控制臺、冷機參數、PID參數設置、系統控制模式等界面的設計。

3.4 節能效果分析

基于能效優化的制冷空調設備電氣控制系統于2017年10月投入運用，至本文撰寫前（2018年8月6日），該系統共節約193323.09kW?h電能，節約電費185574.64元，可見該系統具備的較高應用價值。

4、結論

綜上所述，制冷空調設備的電氣控制具備較高現實意義，在此基礎上，本文涉及的結構與原理分析、硬件設計、軟件設計、節能效果分析等內容，則提供了可行性較高的制冷空調設備電氣控制路徑，而為了實現更高質量的電氣控制，水泵的變流量策略、冷卻塔的節能改造均需要得到重點關注。

參考文獻

[1] 孫建波，王海鳴，曾偉明. 分布式戶用光伏與冰蓄冷空調協調控制研究[J].三峽大學學報(自然科學版)，2018，40(04): 68-73.

[2] 朱琴躍，管蕾，陶靈. 商業建筑空調系統能耗優化控制研究[J]. 機電一體化，2018，24(01): 27-34.

[3] 原金鳳. 制冷與空調設備電氣自動控制技術探討研究[J]. 山東工業技術，2017(21): 131.