西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8正规授权

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一、概述
        中央空调系统在现代企业及生活环境改善方面极为普遍，而且某此生活环境或生产工序中是属必须的，即所谓人造环境，不仅是温度的要求，还有湿度、洁净度等。至所以要中央空调系统，目的是提高产品质量，提高人的舒适度，集中供冷供热效，便管理，节省投资等原因，为此几乎企业、高层商厦、商务大楼、会场、剧场、办公室、图书馆、宾馆、商场、超市、酒店、场、体育馆等中大型建筑上都采用中央空调的，它是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常之大，是用户，几乎占了用电量50%以上，日常开支费用很大。
         由于中央空调系统都是按较大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行较多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在**负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。
       随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的**结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量；采用变频调速技术不仅能使商场室温维持在所期望的状态，让人感到舒适满意，可使整个系统工作状态平缓稳定，更重要的是其节能效果高达30%以上，能带来很好的经济效益。

二、水泵节能改造的必要性
中央空调是大厦里的耗户，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。
由于设计时，中央空调系统必须按天气较热、负荷较大时设计，并且留10-20% 设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大的富余，所以节能的潜力就较大，其中，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调节，存在很大的浪费。
水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成，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，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调较末端达不到合理效果的情况。为了解决这些问题需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。
再因水泵采用的是Y- △起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3 ～ 4倍，一台90KW的电动机其起动电流将达到500A ，在如此大的电流冲击下，接触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水垂现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。
采用变频器控制能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机的转速，在满足中央空调系统正常工作的情况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节，以达到节能目的。水泵电机转速下降，电机从电网吸收的电能就会大大减少。
其减少的功耗 △ P=P0 〔 1-(N1/N0)3 〕 （ 1 ）式
减少的流量 △ Q=Q0 〔 1-(N1/N0) 〕 （ 2 ）式
其中N1为改变后的转速， N0为电机原来的转速， P0为原电机转速下的电机消耗功率， 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的减少与转速减少的一次方成正比，但功耗的减少却与转速减少的三次方成正比。如：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（ 2 ）式△ Q=Q0 〔 1-(N1/N0) 〕 =100 ＊〔 1-(90/100) 〕 =10可得出流量改变了10个单位，但功耗由（ 1 ）式△ P=P0[1-(N1/N0)3]=100 ＊〔 1-(90/100)3 〕 =27.1可以得出，功率将减少27.1个单位，即比原来减少27.1% 。
再因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、电机使用寿命较主要、较直接的因素，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。

1、冷冻机组：通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”作用，使冷冻水降温为5~7℃。并通过循环水系统向各个空调点提供外部热交换源。内部热交换产生的热量，通过冷却水系统在冷却塔中向空气中排放。内部热交换系统是中央空调的“制冷源”。
2、冷冻水塔：用于为冷冻机组提供“冷却水”。
3、“外部热交换”系统：由两个循环水系统组成：
⑴、冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻管道组成。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各个房间内进行热交换，带走房间内的热量，使房间内的温度下降。
⑵、冷却水循环系统由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换，使水温冷却的同时，必将释放大量的热量，该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高，冷却泵将升了温的冷却水压入水塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降了温的冷却水，送回到冷冻机组，如此不断循环，带走冷冻机组成释放的热量。
4、冷却风机
⑴、室内风机：安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换；
⑵、冷却塔风机用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。
中央空调系统的四个部分都可以实施节电改造。但冷冻水机组和冷却水机组的改造改造后节电效果较为理想，文章中我们将重点阐述对冷冻机组和冷却机组的变频调速技术改造。

四、中央空调变频系统改造方案
现将内蒙古某饭店的中央空调系统的变频节能改造方案做一具体介绍。
1．中央空调原系统简介：
1.1该集饭店中央空调系统改造前的主要设备和控制方式：450冷吨冷气主机2台，型号为特灵二极式离心机，两台并联运行；冷冻水泵2台，扬程28米配有功率45KW，冷却水泵有2台，扬程35米，配用功率75KW。均采用两用一备的方式运行。冷却塔2台，风扇电机11KW，并联运行。室内风机4台，5.5KW，并联运行。
1.2原系统的运行及存在问题：该饭店是一家五星饭店，为了给客入营造一个良好的居住环境，饭店大部空间采用全封密的，且饭店大部分空间自然通风效果不好，所以对夏季冷气质量的要求较高。由于中央空调系统设计时必须按天气较热、负荷较大时设计，且留有10%-20%左右的设计余量。其中冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。这样，冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行，造成了能量的极大浪费。而且冷冻、冷却水泵采用的均是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，接触器的使用寿命大大下降；同时，启动时的机械冲击和停泵时的水锤现象，容易对机械器件、轴承、阀门和管道等造成破坏，从而增加维修工作量、维修费用、设备也容易老化。另外由于冷冻泵轴输送的冷量不能跟随系统实际负荷的变化，其热力工况的平衡只能由人工调整冷冻主机出水温度，以及大流量小温差来。这样，不仅浪费能量，也恶化了系统的运行环境、运行质量。特别是在环境温度偏低、某些末端设备温控稍有失灵或灵敏度不高时，将会导致大面积空调室温偏冷，感觉不适，严重干扰中央空调系统的运行质量。因为空调偏冷的问题经常接到客人的，处理这些造成不少的浪费。
根据实际情况，我们向该饭店负责人提出：利用变频器、人机界面、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等构成的温差闭环自动调速系统。对冷冻、冷却水泵进行改造，以节约电能、稳定系统、延长设备寿命。
2．中央空调系统节能改造的具体方案
中央空调系统通常分为冷冻（媒）水和冷却水两个系统（如下图，左半部分为冷冻（媒）水系统，右半部分为冷却水系统）。根据国内外较新资料介绍，并多处通过对在中央空调水泵系统进行闭环控制改造的成功范例进行考察，现在水泵系统节能改造的方案大都采用变频器来实现。

胜利油田有150 多座变电站，承担着胜利油田整个油区、社区及东营区部分居民的用电，油田电网的安全运行对于保证产量持续上产和居民的安居乐业起着至关重要的作用。
从目前来看，油田变电站的控制和管理来看还是处于落后的状况，与国外和一些先进省市相比具有很大的差异。对于直流系统，自动化监控程度低，大部分的变电站直流系统控制方式简单，多为人工控制和调节，而电池也多为铅酸电池，需要专门直流工进行维护。在管理水平上，变电站的设备管理记录和统计都是值班人员填写报表进行汇报。
随着电子技术和通讯技术的飞速发展，变电站微机保护的成功改造，对直流系统的安全运行也提出了更高的要求。所以必需对直流系统进行改造和完善。向无人化监控管理发展，以达到减员增效和提高自动化管理水平的目的。
AEUD-WIII 全自动智能免维护直流屏采用模块化设计、数字化控制，智能化程度高。该直流电源具有先进的系统监控功能，着重电池在线管理、接地选线、“四遥”通讯、告警显示和事故追忆等功能进行开发，使得系统安全性、可靠性更高。
该系列全自动智能免维护直流屏采用SEIMENS 公司生产的OP170B 型人机界面,该监控模块具有结构紧凑、显示分辨、可靠性高、寿命长等优点。通过人机界面可以完成整流模块启动，充电状态显示，查看报警信息，手动电池巡检，绝缘监察、接地选线、报警试验、报警复位等直流屏的所有操作，并能显示直流屏的原理图及各个运行参数和各种故障信息。控制模块采用S7-300 系列模块，进行数字和模拟信号的采集及输出。一、控制要求
①整个系统实现了数字化控制、电压调节等都可由PCC 通过软件实现，提高了系统运行的可靠性。
②大屏幕液晶显示屏，汉字菜单驱动，在线帮助，操作简单方便；
③智能化的电池管理，主、浮充自动转换，手动和自动实时监控电池状态。
④接地选线功能，实时监控母线和支路绝缘状况。
⑤完善的告警处理及事故追忆功能，全面掌握系统运行状态。
⑥完善的“四遥”功能，监控中心能够监控直流系统。
二、硬件系统构成
根据以上要求，我们开发研制了孤北电厂集中控制室直流控制系统。系统配
置如下：
1、PLC 配置
变电站直流监控系统的PLC 采用SIEMENS 的S7-300 系列模块，根据系统要求，PLC 总体配置如下：
① *处理模块（CPU）：选用CPU314。
② 数字量输入模块（DI）：选用SM321,共1 块（16 点/块）。处理4 点输入信号。
③ 数字量输出模块（DO）：选用SM322, 共4 块（16 点/块）。处理56 点输入信号。
④ 模拟量输入模块（AI）：选用SM331,共1 块（8 点/块）。处理8 点输入信号。
⑤ 模拟量输入、出模块（AI）：选用SM334,共1 块（4 点入和2 点出/块）。处理
2 点输入和2 点输出信号。
2、操作屏配置
操作屏采用两个OP170B，一个安装在控制柜，一个安装在监控中心。三、监控系统软件变电站直流监控系统的软件主要有两部分：显示单元和软件单元。
显示单元：主画面、电池巡检画面、电池组电压记录画面、绝缘监察、当前报警画面、历史报警画面、累计运行画面等画面。
软件单元：系统时钟读取、整流器控制、电池巡检、绝缘监察、接地选线、限流电阻控制、累计运行时间、当前报警处理、历史报警信息处理、报警试验、
(一)、显示单元：
操作屏采用工业级人机界面。主要完成下列任务：直流系统运行监控、故障报警、记录和排除提示、参数设置、模拟键盘操作、数据记录处理、累计运行时间等的运行时间和控制。
主画面 电池巡检

（二）、控制软件单元：（只摘录部分功能软件）
1、整流器控制
给定延时
A "F1_k1"
AN "F1_k2"
= "DO_k1"
主充电机给定A "DI_k1"
JNB _001
CALL FB 21 , DB21
_001: NOP 0
主充电机给定复位
AN "DI_k1"
AN "DI_k2"
= L 0.0
A L 0.0
BLD 102
S "float_charge"
A L 0.0
JNB _004
L 0
T "ug_hm0"
_004: NOP 0
A L 0.0
JNB _005
L 0
T "ug_hm1"
_005: NOP 0
A L 0.0
JNB _006
L 0
T DB66.DBD 580
_006: NOP 0
主浮充转换
A(
O "DI_k1"
O "DI_k2"
)
JNB _003
CALL FB 20 , DB20
_003: NOP 0
2、巡检：
能够自动（每天定时）和手动进行电池巡检。（部分程序）
每天10 点自动电池巡检A(
L MW 22
L 10
==I
)
FP M 15.2
AN "scan_end"
S "scan_start"
按下面板电池巡检键,手动进行电池巡检
A(
A "F3_bat_scan"
FP M 15.3
O(
A "F3_bat_scan"
FN M 15.4
)
)
AN "scan_end"
S "scan_start"
电池巡检开始
A "scan_start"
JNB _001
CALL FB 23 , DB23
_001: NOP 0
电池巡检开始，画面转到电池巡检画面
A "scan_start"
FP M 17.4
JNB _002
L 2
T MW 102
_002: NOP 0
电池巡检结束,复位电池组序号,
L MW 186
L 18
==I
= L 0.0
A L 0.0
JNB _003L 0
T MW 116
_003: NOP 0
A L 0.0
JNB _004
L DB65.DBW 100
T MW 118
_004: NOP 0
A L 0.0
BLD 102
L S5T#2S
SD T 51
电池巡检结束,置位电池巡检标志位
A T 51
= L 0.0
A L 0.0
JNB _005
L 0
T MW 186
_005: NOP 0
A L 0.0
BLD 102
S "scan_end"
电池巡检结束后,进行过、欠压判断
A "scan_end"
JNB _006
CALL FB 24 , DB24
_006: NOP 0
3、绝缘监察及接地选线：
能够自动（每天定时）和手动进行绝缘监察及接地选线。（部分程序）
判断系统时钟是否为9 点，若是，则启动自动执行绝缘监察功能
A(
L MW 22
L 9
==I
)
FP M 15.5S "auto_gnd_chk"
根据绝缘监察霍尔电压采样值与设定值的大小，判断是否出现不平衡接地，若出现，则启动
AN "gnd_chk"
= L 2.0
A L 2.0
A(
L MW 148
L MW 122
>I
)
FP M 15.6
S "en_unbalance"
A L 2.0
A(
L MW 148
L MW 122
<=I
)
FP M 15.7
R "en_unbalance"
使绝缘监察启动的三种条件，有任何一个满足要求，则开始绝缘监察
A(
O "auto_gnd_chk"
O(
A "en_unbalance"
FP M 16.1
)
O(
A "en_unbalance"
FN M 16.2
)
O(
A "F4_gnd_chk"
FP M 16.3
)
O(
A "F4_gnd_chk"
FN M 16.4
))
AN "gnd_chk"
S "en_chk"
进行绝缘监察时，进入绝缘监察画面
A "en_chk"
FP M 17.5
JNB _001
L 4
T MW 102
_001: NOP 0
监察完毕，进行监察使能复位
A M 17.0
R "en_chk"
R "gnd_chk"
监察完毕，进行对地电阻值，电压值记录及进行报警
A M 17.0
JNB _009
CALL FB 25 , DB25
_009: NOP 0
4、当前报警及历史报警信息处理：（程序略）
故障分类为二级:分为一般故障和致命故障。
一般故障包括：
当发生此类故障时，仅声光预警，不中断当前操作。根据系统中产生的各种故障实施相关的故障声光报警和记录，此刻显示屏进入故障报警画面，显示故障内容，性质，时刻，按ACK 解除声音报警，但故障显示仍然存在，直至解除故障。
致命故障包括：
当发生此类故障，将禁止所有控制输出，声光报警，在显示屏上显示故障类型、内容、时刻。只有在排除故障，按人工复位键后系统恢复正常工作。
普通故障指示（K8）
L MW 84
L 1
==I
= M 8.4
致命故障指示（K9）
L MW 84
L 2==I
= M 8.7
5、显示画面及LED 灯指示
主充电机运行指示灯（F1）
A "DI_k1"
= M 6.0
= M 6.1
主充电机直流输出故障闪烁报警控制（故障）
A(
O(
L DB65.DBW 202
L 1
==I
)
O(
L DB65.DBW 204
L 1
==I
)
)
JNB _00f
L 1
T MW 52
_00f: NOP 0
蓄电池充电状态显示控制（主充）
A "DI_bat"
AN "float_charge"
JNB _019
L 1
T MW 68
_019: NOP 0
蓄电池充电状态显示控制（浮充）
A "DI_bat"
A "float_charge"
JNB _01a
L 2
T MW 68
_01a: NOP 0四、结束语
变电站直流监控系统自1999 年开发后（S7-200 系统），2001 年进行改进（S7-300 系统），至今已近四年，正常运行证明：整个系统设计先进、合理，操作简单，可靠性高，完全符合用户预期的要求，已经在胜利油田得到广泛应用，2002 年获得了胜利]油田推广应用项目二等奖，不久将推广应用至其它地区