宁波西门子S7-1200代理商

3300轴振动轴位移监视器，多点打印报警联锁温度仪，ys-80防喘振控制系统及继电器联锁控制停车系统组成。505e调速控制器，3300轴振动轴位移控制器，多点打印报警联锁温度仪安装在就地控制室，ys-80防喘振控制系统和继电器联锁控制停车系统安装在中央控制室内。自96年投产以来，每年由于二氧化碳压缩机停车造成尿素生产中断达近20次，其中90%以上是由于控制系统误运动作停车造成的。由于所出的控制系统故障都属于软故障，5年多未查找出真正原因。有一次跳了3次车，将二氧化碳压缩机密封损坏，更换给密封停了2天。二氧化碳压缩机组系统的频繁停车，给公司带来巨大的经济损失。2001年底，我们经过逐项排查，认真分析了故障原因，对控制系统进行了一次彻底整改，很好地解决了问题，使机组能够长期连续运行，达到了整改目的。

2  系统故障分析

2.1 短路接地故障

二氧化碳压缩机联锁系统采用继电器联锁系统，220vac供电，来自现场的开关量信号有60多个，来自现场控制室控制盘的有20多个，联锁系统只设计一个空气开关供电。由于建厂期间安装施工不规范，现场穿线管内的电缆在拉电缆时有的已破损，这就出现了穿线管内破损电缆处在震动状态瞬间接地打火现象。有的接线盒内使用了无绝缘把的线鼻子，电线与接头处无绝缘，用黑胶布简单包扎就安装上去，有的黑胶布的地方接触到外壳，随着时间增加，黑胶布绝缘下降，出现对地瞬间打火现象。上述两种打火情况出现后，都会引起空气开关跳闸联锁逻辑系统失电，机组停车。

2.2 现场干扰信号

现场接线盒密封不严进入蒸汽，至使接线端子绝缘下降，出现联锁系统继电器线圈电压有时是100多伏，莫明其妙的吸合。有时该释放时不释放，造成逻辑出现混乱而停车。

2.3 继电器触头松开

继电器由于质量问题，使用时间不长就出现了通电继电器常开触头不能闭合和时断时接的情况，出现莫明其妙的跳车。有时是报警触头松开出现报警，而跳车触头没有松开面没有跳车，故障千奇百怪。

3  技改解决方案

3.1 短路接地故障查找及解决

我们所碰到的短路接地故障99%是瞬间打火，主开关跳闸现象。打火结束后故障消失，用500v电阻表也测不着短路点。面对上百个来自现场的信号，只能一个点一个点排查，用了近2天时间，发现穿线管内有一处电缆破了，在振动状态下碰壁打火短路接地。由于穿线管内电缆有余量，剪掉电缆破损一节重新接好，故障消失。

对于接线盒内数十处使用了没带绝缘把的接线片，采用黑胶布包扎绝缘，绝缘降低短路接地瞬间打火，故障时有时无，外观观察不出任何痕迹，只有把接线片取下来才能发现下面有打火时烧焦的痕迹。这种故障查找费了好大的事，经过三番五次查找才得以确定。更换了带绝缘把的接线片，故障消失。

对于一处接线使用了多股软线，没用接线片压接，而是在接线柱上缠绕了3圈也没有压接垫片就进行了紧固，结果在振动状态下逐渐松开，较长的多股软线碰壁打火短路接地造成主开关跳闸停车。把多股软线重新用线鼻子压接接好后，故障消除。

为了尽快锁定短路点，我们对来自现场的80多组信号都加装了带保险的接线端子，经试验，只要有短路点，相应保险端子立即熔断，很快就锁定短路点，查找故障极其方便，缩短了停车查找故障时间。

3.2 现场干扰信号故障解决

面对莫名其妙的继电器吸合或断开，造成的停车百思不得其解，终在打开现场全部接线盒时发现多数接线盒内由于进了蒸汽，接线端子发生锈蚀，绝缘下降，从而引发干扰信号既接线端子间的串电现象，造成联锁系统误动作停车。根据上述原因，重新更换了所有接线盒内接线端子及重新更换线盒密封圈，故障彻底消除。

继电器触头松开故障查找。初几次的跳车后，查dcs所有记录，只有终跳车结果信号，没有故障信号。经分析，我公司的二氧化碳压缩机继电器联锁系统报警记录是dcs开关量卡i/o点接到一组继电器的剩余触头上完成的。dcs开关量i/o来记录继电器触头的开关状态，其它触头用于联锁连接(一个继电器共有4组触头)。dcs报警记录只能做到1秒间隔，而继电器联锁系统跳车，在十几毫秒之内就已完成，所以dcs打印出来的信号只是在同一时刻内，先后分不清楚。再加上初期继电器触头松开使处于临界状态，快速时通时断，跳车结束后故障又消失，这就对查找故障及判断故障来极大困难。

后来几次出现了跳车报警，但实际没有跳车，故障原因锁定在继电器部分触头松开是主要原因，判断为继电器质量原因。

后一次停车，发现继电器常开触头带电时已彻底松开，故障为继电器质量原因终确定。

全部更换了日本原装继电器后，故障排除。在继电器联锁跳车信号终输出继电器前加一延时继电器，延时1-2秒，这时dcs报警打印可以打印出故障，但由于对机组会造成的危害尚不清楚，后取消了延时。

3.3 plc事故顺序信号系统

技改项目增加一套plc事故顺序信号系统(soe)。soe系统plc采用三菱q06h plc代替dcs专门做开关量变化时刻记录用，利用q06h实现高速soe功能。新的系统将继电器开关量信号改接到plc开关量输入卡，如附图所示。dcs所需的开关量信号通过rs485通讯口实现。

 附图  plc事故顺序信号系统

通过梯形图软件编程，报警记录周期小于1/4毫秒，比目前市场的soe(事故顺序记录)仪表快出4倍多，每次停车都可以清楚地打印出故障，这种办法可以很好解决继电器联锁机组控制系统快速停车而报警记录打印慢的问题。

plc具有抗干扰能力强使用寿命长运行速度块的特点。用它来做soe可以达<0.25ms/256点，完全满足各类高速soe的需要。配接dcs可以实现与plc的通讯，方便实现记录存储打印功能。采用plc一个扫描周期为时间的基本单位(分辨率)，并且一个扫描周期向一秒计数器(如d227数据寄存器)计数一次，秒计数器(d227)一秒末清零一次。当有联锁点(i/o)状态发生变化时，将系统时钟月、日、时、分、秒及秒计数器(d227)当前值计入plc的一组数据寄存器保存。根据二氧化碳压缩机控制系统联锁点在故障停车后，不是马上恢复，而是在确认复位或开车后恢复的特点，所以设计每一联锁点只有两条时间记录，即断开一条闭合一条，是固定寄存器记录方式，固定记录方式与传统soe栈式记录方式不同，无用信息不会将记录缓冲区顶满。当然再次开车前或后一定要打印本次故障停车事件顺序记录，否则再次停车后，上次故障停车事件顺序记录将被冲掉。为了提高系统抗干扰能力，plc(i/o)各点都加20毫秒软延时。q06h plc通讯模块采用qj71c24 rs485串行通讯模块，与dcs通讯时不占plc cpu时间，而plc cpu与qj71c24交换数据采用并行方式，速度极快，不影响plc cpu扫描周期，从而plc可以实现分辨率小于1/4毫秒高速采集记录。

　　中央空调是大厦里的耗电大户，正常供暖或供冷季节每年的电费中空调耗电占60％左右，因此中央空调的节能改造显得尤为重要。由于中央空调系统按大负荷设计，并且留10-20％设计余量，而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大的冗余，所以节能的潜力很大。另外冷冻水泵和冷却水泵不能随负载变化作出相应调节运行速度和合理数量，只能靠门和旁通来调节系统的流量与压差，因此不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，从而致使大量电能浪费（冷冻水泵额外负载增多间接造成冷水机组负荷变大）和造成中央空调末端达不到合理效果的情况。

　　本文针对某酒店改造项目的自身特点，利用变频器和PLC的控制系统对原项目的中央空调系统进行节能改造，使其更加合理利用能量，对于减少能耗、提高效率具有重要意义。

2　项目介绍

广东某酒店改造项目节能改造点如下:

　　1．东楼/西楼的中央空调之冷冻水泵控制，改造原因：人工通过调整管阻调整供应冷量，虽然满足使用但造成巨大的能量浪费。

　　2．东楼/西楼中央空调之冷却水泵控制，改造原因：人工通过调整管阻调整冷却水流量（热交换量），虽然满足使用但造成巨大的能量浪费。

　　3．东楼/西楼的中央空调之冷却塔风机控制，改造原因：一是频繁启动，冲击电流大，接触器和电机寿命受影响；二是风量不能根据送回水温度自动调整而造成能量浪费。

　　4．风机盘管冷量交换控制，主要分布点为东楼5号会议厅、天波府和大堂及西楼的保龄球馆、宴会厅、西餐厅、一楼大堂、天堂吧、潮洲城、二楼大堂、东大堂和会议室等地方，改造原因：目前热交换和新风供给不能根据人流的多寡作快速调整，并且温控不jingque（采样点在回风口，冬天供暖，热气上升，人员活动区温度较设定温度低；反之，夏天供冷气，冷气下降，人员活动区温度较设定温度低。

　　5．东楼/西楼的供水系统，改造原因：目前采用人工大幅容调，由于供水电机功率较大（分别为55KW和30KW），大幅容调除了造成大的功率冗余和能量浪费，同时将会造成供水不稳定、水锤和启动电流冲击，严重影响管件寿命和供水水质。

3　控制方案及实现方法

　　酒店中央空调结构分为供暖和供冷两部分，其中供冷包含冷却塔，冷水机组，冷冻水泵，冷却水泵和末端，供暖部分包含热水泵和加热器。该中央空调的系统结构如图1 所示：

图1 中央空调的系统结构图

该中央空调的西楼配置图和东楼配置图分别如图2和图3所示：

图2 西楼配置图

图3 东楼配置图

（1）冷冻机组

　　一般冷冻机组控制系统设计方式：在冷水机组的供/回水总管上分别设一个温度传感器（T），在冷冻回水管上设一个流量计（F），同时将此三种信号输入到控制器，经运算可得出大楼的冷负荷Q=F*△T，根据冷机组的效率曲线，经过计算比较，取各种组合中的能耗小者，并根据设备累计运行时间，进而自动选择冷机的佳组合。使系统的总能耗保持在小值，以达到佳节能的效果。

　　虽然大容调会产生大的功率冗余大的能量浪费，但从冷水机组的运行特性考虑，在没有生产厂家配合处理的情况下不适宜进行变频改造，故本方案暂不考虑。

（2）冷冻泵组/冷却泵组

　　控制方式：依据所送水/回水温差、流量和供回水压差，计算决定启动机组台数和变频运行泵的运行频率，自动调整到佳热交换量状态；

　　由于水泵采用的是Y—△起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3～4倍，在如此大的电流冲击下，接触器、电机的使用寿命将受到影响；起动时的机械冲及和停泵时水锤现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏而增加维修工作量和备品、备件费用，另外，仅因启动需要将不得不使整栋大楼的配电容量增大若干倍、投入成本增加若干倍。变频器是软启动方式，采用变频器控制电机后，电机在起动时及运转过程中均无冲击电流，而冲击电流是影响接触器、电机使用寿命主要的因素，同时采用变频器控制电机后还可避免水垂现象，因此可大大延长电机、接触器及机械散件，轴承、阀门、管道的使用寿命。

　　在无旁通阀作用的情况下，变频器能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化相应调整冷冻水泵电机和冷却水泵电机的转速，满足中央空调系统正常工作而达到节能目的。水泵电机转速下降，电机从电网吸收的电能就会大大减少。

　　减少的功耗△P=PO(1—(Nl／N0)^3)；减少的流量△Q＝Q0(1－(N1／N0))

-------N1为改变后的转速，N0为电机原转速，P0为原电机转速下的电机轴功率消耗，Q0为原电机转速下所产生的水泵流量。

　　由上式可以看出流量Q与转速N一次方成正比，功耗P与转速N三次方成正比。假设原流量为100个单位，耗能也为100个单位，如果转速降低10个单位，由△Q＝Q0〔1-（N1/N0）〕＝100*〔1—（90／100）〕＝10可得出流量改变了10个单位，△P＝P0[1－（Nl／N0）^3]＝100×(1—(90／100)^3)＝27．1，可以得出，功率将减少27．1个单位，即流量减少10%能耗减少了27．1％。

　　当用蝶阀的开度来控制冷冻、冷却水流量大小时，蝶阀阻管与功率P变化（如图3所示）由曲线1到曲线2，流量减小，但功率却没有减小多少。若通过调整转速（如图4所示），H-Q曲线由曲线1到曲线2，蝶阀开度时，蝶阀阻力为零，管道阻不变，功率省很多。

图3 阻管与功率P变化曲线图 图4 不同转速对应的阻管与功率P变化曲线图

系统改造方式如下：

西楼和东楼冷冻冷却泵控制图分别如图5和图6所示：

图5 东楼冷冻冷却泵控制原理图

图6 西楼冷冻冷却泵控制原理图

（3）冷却塔风机

　　控制方式：控制送水/回水温差为恒值为目标，调整冷却塔风机风量；外界气温的变化或者使用场合热交换量的变化，大部分时间并不要求冷却塔风机和全速运转，由于

n=60f(1-s)/p;-----p：电机极数

　　根据流体力学知：风压H 正比于转速n²;所消耗的功率P等于风量Q与风压H之积（即输出功率P正比于转速n³），即Q=K1n;H=K2n2;P=Q*H=K1K2n3

　　风量减小20℅，即转速降低20℅，节省功率ΔP=K[n3-(0.8n)3]=0.438 K1K2n

　　风量减小50℅，即转速降低50℅，节省功率ΔP=K[n3-(0.5n)3]=0.875 K1K2n

　　可见，大部分情况冷却塔风机处于做无用功状态，并且浪费的能量较大。因而，在保证系统正常散热风量的前提下调速，即使扣除实际上由于转速下降可能引起的电机和风机效率降低这一因素，采用变频器调速，风机的节能效果还是非常显着的。

改造方式如图7所示：

图7 冷却塔风机系统改造图

　　控制结果：大幅降低能耗；无启动电流冲击。

　　（4）风机盘管冷/热量交换控制

　　在中央空调系统中，各种用房冷暖设备除新风机组和空调机组外，还大量使用风机盘管。它只有盘管、三速风机、电动调节阀，感温组件、控制器等组成。一般三速风机开关，感温组件、控制器等制成一个整件设备，目前，市场上有两种，一种是盘管控制器为DDC控制，并具备与主机通讯功能。这种控制器可通过计算原则中心控制，西楼使用这种方式。另一种是不具备通讯功能的盘管控制器，可以按照水系统的连接情况的将风机盘管分为若干组，每组的支路入口处安装流量计、供回水压差变送器及供回水温度传感器。从而可计算出风机盘管水阀的开度，并给电动调节阀一个指令，从而将电动阀调节至相应的开启度，使盘管中流过所需要的水流量，东楼使用这种方式。为解决面临的问题，可以通过对采样到的回风温度及其二氧化碳焓量控制调整加热盘管及表冷盘管二通电动调节阀开度和送风风量（风机转速），实现对送风温度（设定点可调整）的控制。方式如图8所示：

图8 风机盘管冷/热量交换控制改造图

　　另外，要提供一个舒适的环境，除控制室温外，还需对室外温/湿度进行监测，通过室环境温/湿度检测，实时调整空调机和新风机的新风量，进行过渡季节的全新风和空调季节的小新风控制。根据监测环境的CO2浓度自动调节空调机的新/回风混合比，提供长期舒适的活动环境，同时可达到节能效果。

（5）供水

　　以设定供水压力为目标，根据实际用水量，利用VFD-F的自动加减泵功能和调频功能，合理利用能量，维持供水压力的恒定，同时能实现无冲击启动和避免水锤效应。

其改造图如图9所示：

图9 供水系统改造图

3 结语

　　本文基于客户设备的实际特点，利用变频技术和PLC的强大的逻辑控制功能及通讯功能，为客户提供了一套完整的控制系统改造方案，使中央空调系统能更合理利用能量，避免了能量的不必要浪费。运行实践表明，系统性能稳定，安全可靠，，值得业界同行借鉴和推广。