6ES7322-1HF10-0AA0功能参数

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一、前言

大部份建筑物在一年当中，只有几十天时间，空调处于大负荷。空调冷负荷，始终处于动态变化之中，如每天早晚、每季交替、每年轮回、环境及人文等因素都实时影响着空调冷负荷。一般，冷负荷在5~60%范围内波动，大多数建筑物每年至少70%的时间是处于这种情况。而大多数空调，因系统设计多数以大冷负荷为大功率驱动。这样，就往往造成实际需要冷负荷与大功率输出之间的矛盾，实际造成能源浪费，给使用方造成巨额电费支出，增加经营者的成本，降低经营竞争力。

本文介绍了AB变频器PF400在空调系统的水循环、变频风机和冷却塔风机中的设计和应用。

二、PF400在空调水循环系统的设计

空调系统的水循环系统主要分为冷冻水（或热水）循环系统、冷却水循环系统，智能变频柜主要控制的对象为冷冻水（热水）回路和冷却水回路。如下图所示。

1、冷冻水循环的控制

由冷冻泵及冷冻水管道组成，从冷水机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在个房间内进行热交换，带走房间内热量，从而使房间内的温度下降。

冷冻水泵的控制方式为：层（或不利端）压力控制

在高层的空调系统中，由于各层的空调机想对应于热负载的变动开闭冷水进口阀，以此调节室温。由于冷冻水的流量经常发生变化，引起层水压的较大变化，为了解决该问题，需要控制冷水泵的出水阀，以保持层水压大致恒定，但大多数应用场合，都是保持出水阀门开度一定，任随压力变化。如果这样，会导致压力损失大，效率低。此时若采用转速控制，以保持压力，可防止压力损失并较大幅度提率并好的节能效果。

2、冷却水循环的控制

由冷却泵及冷却水管道及冷却塔组成。冷水机组进行热交换，是水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，是冷却水温度升高。冷却泵将升了温冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再降了温的冷却水，送回到冷水机组。如此不断循环，带走冷水机组释放的热量。

冷却水泵的控制方式为：恒温差控制。

由于冷却塔的水温是随环境温度而变化的，其单侧水温不能准确地反映冷冻机组产生热量的多少。所以，对于冷却水泵，以进水和回水的温差作为控制依据，实现进水和回水间的恒温差控制是比较合理的。温差大，说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水的循环速度；反之则应该降低转速。

3、变频控制原理

从以上的分析可以知道，对于空调水循环系统的变频控制一般都采用恒压力差或恒温差闭环控制，PF400变频器有一个内置的PID控制回路，用来使过程反馈的压力差或温度差与设定值保持一致。具体示意如图二：

在PF400的PID控制中，比例运算是指输出控制量与偏差的比例关系。积分运算的目的是静差，只要偏差存在，积分作用将控制量向使偏差的方向移动。比例作用和积分作用是对控制结果的修正动作，响应较慢。微分作用是为了其缺点而的。微分作用根据偏差产生的速度对输出量进行修正，使控制过程尽快恢复到原来的控制状态，微分时间是表示微分作用强度的单位。

4、节能预估

根据流体力学原理，流量Q与转速n的一次方成正比，管压H与转速n的二次方成正比，轴功率与转速n的三次方成正比。即

Q=K1*n

H=K2*n2

Ps=K3*n3

当所需流量减少，离心泵转速降低时，其功率按转速的三次方下降。如所需流量的80%，则转速也下降为额定转速的80%，而轴功率降51。2%；当所需流量为而额定流量的50%时，而轴功率降12。5%。当然，转速降低时，效率也会有所下降，同时还应考虑控制装置的附加损耗等影响。即使如此，这种节电效果也非常可观。通过实际证明，水泵类，节能40%-50%。

综合实际运行效果，对冷冻泵拖动系统、冷却泵拖动系统实施变频控制后的基本节能效果为35%～55%左右。

三、PF400在空调变频风机控制的设计

目前的空调系统中，变频风机正在在被广泛使用，其有如下的优点：节能潜力大，控制灵活，可避免冷冻水、冷凝水上棚的麻烦等。然而变频风机系统需要精心设计，精心施工，精心调试和精心管理，否则有可能产生诸如新风不足、气流组织不好、房间负压或正压过大、噪声偏大、系统运行不稳定、节能效果不明显等一系列问题。

空调中变频风机的控制方式主要有以下几种：

1、变频风机的静压PID控制方式

送风机的空气处理装置是采用冷热水来调节空气温度的热交换器，冷、热水是通过冷、热源装置对水进行加温或冷却而得到的。大型商场、人员较集中且面积较大的场所常使用此类装置。图一所示给出了一个空气处理装置中送风机的静压控制系统。

在个空气末端装置的75%到**处设置静压传感器，通过改变送风机入口的导叶或风机转速的办法来控制系统静压。如果送风干管不只一条，则需设置多个静压传感器，通过比较，用静压要求的传感器控制风机。风管静压的设定值（主送风管道末端后一个支管前的静压）一般取250-375Pa之间。若各通风口挡板开启数增加，则静压值比给定值低，控制风机转速增加，加大送风量；若各通风口挡板开启数减少，静压值上升，控制风机转速下降，送风量减少，静压又降低，从而形成了一个静压控制的PID闭环。

在静压PID控制算法中，通常采用两种方式，即定静压控制法和变静压控制法。定静压控制法是系统控制器根据设于主风道2/3处的静压传感器检测值与设定值的偏差,变频调节送风机转速,以维持风道内静压一定。变静压控制法即利用DDC数据通讯技术，系统控制器综合各末端的阀位信号，来判断系统送风量盈亏，并变频调节送风机转速，满足末端送风量需要。由于变静压控制法在部分负荷下风机输出静压低，末端风阀开度大、噪声低，风机节能效果好，同时又能充分保证每个末端的风量需要。

控制管道静压的好处是有利于系统稳定运行并排除各末端装置在调节过程中的相互影响。此种静压PID控制方式特别适合于上下楼或被隔开的各个房间内用一台空气处理装置和公用管道进行空气调节的场合，如商务大厦的标准办公层都得到了广泛的应用。

2、变频风机的恒温PID控制方式

在室内空调要求有诸如舒适性等要求较高而空间又不是太过于大的空调区域内，可以使用恒温控制。恒温控制中注意以下几个方面：

（1） 温控系统的热容量比较大，控制指令发出后，不是瞬间响应，响应速度慢；

（2） 外界条件如气温、日照等对温控系统的影响很大；

（3） 因为控制对象为气体，温度检测传感器的安装位置非常重要。

本控制方式也是利用了变频器PF400内置的PID算法进行温度控制，当通过传感器采集的被测温度偏离所希望的给定值时，PID程序可根据测量信号与给定值的偏差进行比例（P）、积分（I）、微分（D）运算，从而输出某个适当的控制信号给执行机构（即变频器），提高或降低转速，促使测量值室温恢复到给定值，达到自动控制的效果。

恒温控制中要注意PID的正作用和反作用，也就是说在夏季（使用冷气）和冬季（使用暖气）是不一样的。在使用冷气中，如果检测到的温度设定温度时，变频器就加快输出频率；而在使用暖气中，如果检测到温度设定温度时，变频器就降低输出频率。因此，在控制系统增设夏季/冬季切换开关以保证控制的准确性。

3、变频风机的多段速变风量控制方式

在大型的空调大楼中，由于所需要的空气量是随着楼内人数及昼夜大气温度的变化而不同，所以相应地对风量进行调节可以减少输入风扇的电能并调整主机的热负载。人少时，如周末、星期日、节日，空气需求量少。所以考虑这些具体情况来改变吸气扇转速，控制进风量，可减少吸气扇电机的能耗，同时还可以减轻输入暖气时锅炉的热负载和输入冷气时制冷机的热负载。

下图所示为某大楼在不同的工作时段内（平时、周六、周日或节日）的风量需求量，该风量根据二氧化碳浓度等环境标准来确定少必需量。由于通常在设计中都留有一定的余量，因此可以按高速时86%、中速时67%、低速时57%的进风量来进行多段速控制。

该控制方式是基于对风量需求进行经验估算的基础上进行的程序控制，在PF400进行控制时可以选择通过端子功能切换多段速来实现。

四、PF400在冷却塔风机控制中的应用

在空调水冷式机组中，使用循环冷却水是常用的方法之一。为了使机组中加热了的水再降温冷却，重新循环使用，常使用冷却塔。风机为机械通风冷却塔的关键部件，通常都采用户外立式冷却塔电机。水在冷却塔滴下时，冷却风机使之与空气较充分的接触，将热量传递给周围空气，将水温降下来。

由于冷却塔的设备容量是根据在夏天大热负载的条件下选定的，也就是考虑到恶劣的条件，然而在实际设备运行中，由于季节、气候、工作负载的等效热负载等诸多因素都决定了机组设备经常是处于在较低热负载的情况下运行，所以机组的耗电常常是不必要的和浪费的。因此，使用变频调速控制冷却风机的转速，在夜间或在气温较低的季节气候条件下，通过调节冷却风机的转速和冷却风机的开启台数，节能效果就非常显著。

冷却水系统能耗是空调系统总能耗的重要组成部分之一。采用截止阀对冷却水流量进行调节将导致能量无谓的浪费，在部分负荷时固定冷却水流量以及不对冷却塔风机电机进行控制也将浪费大量电能。如采用微机控制技术和变频调速技术对冷却水系统进行控制节能效果约为30%，具有显著的节能效益。特别对于宾馆、饭店、商场等工作期较长的集中空调系统以及南方地区空调运行期长的其他建筑物空调系统，采用空调冷却水系统的节能运行系统的投资回收期一般在1—2年，具有非常显著的经济效益。

在典型的冷却塔风机控制系统中，变频器可以利用内置PID功能，可以组成以温度为控制对象的闭环控制。图六所示为典型的冷却塔变频控制原理，冷却塔风机的作用是将出水温度降到一定的值，其降温的效果可以通过变频器的速度调整来进行。被控量（出水温度）与设定值的差值经过变频器内置的PID控制器后，送出速度命令并控制PWM输出，终调节冷却塔风机的转速。

对冷却塔风机采用变频调速控制，还应注意以下几点：

（1）由于冷却塔风机拖动部分的转动惯量GD2一般都较大，所以给定加减速时间要长一些，如30－50S。

（2）在实际运转中经常出现由于外界风力作用下，冷却风机会自转，此时如果起动变频器，电动机会进入再生状态，就会出现故障跳，对于变频器应该将启动方式设为转速跟踪再启动。这样一来，变频器在启动前，通过电机的转速和方向，实施对旋转中电机的平滑无冲击启动。

（3）由于采用普通电机，因此应该设置运转频率，以保持电机合适的温升，一般为频率下限为20Hz。

（4）为防止冷却风机在较宽的运转频率范围内（一般20Hz～50Hz）出现特定转速下的机械共振现象，应该在试运转中分析这种情况，并采取修改参数的方法件系统的固有频率列为跳跃频率。

五、结束语

综上所述，空调系统的冷负荷是随室外气象条件而变化的，空调系统的设计及设备选型是按不利工况进行的。根据空调负荷变化对水循环、变频风机和冷却塔风机系统进行变频控制，对于空调节能具有十分重要的意义。

PF400变频器已经在国内多家大型空调系统得到应用，如宁波北仑行政应用了多达80几台，目前使用效果良好

     随着水轮发电机组单机容量的不断增长，对机组的检修、维修、运行、管理提出了高的要求。一旦发生事故，轻则影响机组的正常运行，重则造成水轮发电机组损坏，甚至影响电网的和稳定。目前国内大中型水电厂基本实现“无人值班，少人值守”的管理模式，因此加强水电厂发电机组的在线状态监测，进行机组故障及时预测预报，对于大中型水电厂发电机组运行具有重要的意义。反映水电厂发电机组运行状态的主要参数有温度、振动、摆度、定转子电流、电压等。温度和电量的监测一般由计算机监控系统提供，而功能较为完善的在线状态监测系统却很少。近年来，国外以PC微机为基础，应用传感器对机组的状态进行监测分析的系统相继面世，而国内也有不少单位开始研究开发机组状态监测系统。我们借鉴国内外相关产品的经验，以工业PC机为主体，以美国国家仪器公司的虚拟仪器开发平台LabVIEW为软件开发平台，以信号处理分析软件为, 研制开发了水电厂的状态在线监测分析系统。

1、LabVIEW简介
       LabVIEW是美国NI (National Instrument)公司推出的一个图形化软件，是世界上目前的虚拟仪器软件开发平台。LabVIEW又叫图形语言（G语言），被誉为“科学家和工程师”的语言，它为不熟悉文本式语言编程的人们在开发虚拟仪器时提供了一个较为便捷、轻松的图形化设计环境。其大的优势是在于测控系统的开发，因为它不仅提供了几乎所有经典的信号处理函数和大量现代的信号分析工具，而且LabVIEW程序还非常和各种数据采集硬件集成，可以和多种主流的工业现场总线通讯以及与大多数通用标准的实时数据库链接。设计者利用LabVIEW可以像搭积木一样，轻松组建一个测量系统以及构造自己的仪器面板，而进行仟何繁琐的程序代码的编写。也就是说，用户只要熟悉测量系统的基本原理，掌握数字信号处理的基本知识，就能利用LabVIEW的丰富功能完成过去力所不及的各种复杂的在线测量和数据分析。
        虚拟仪器的功能是随着计算机技术的发展而发展。它将传统仪器由硬件电路实现的数据分析处理与显示功能，改由功能强大的计算机来执行；并配置以调理信号为主要目的I/O接口设备（如数据采集卡DAQ等）；在编制不同测量功能的软件对来得信号数据进行分析处理及显示。可见，当硬件平台计算机和I/O接口设备确定后，根据不同的测量原理，编制不同的软件就可以实现不同的测量功能，即软件是整个仪器的关键，所以有“软件就是仪器”的说法。从另外一个角度来看，就是用户需要什么样的仪器，就自己可在软件平台上“制造”什么样的仪器。这样，用户不必购买多台不同功能的新仪器，也不必购买价格昂贵的集多种功能于一身的传统仪器，不必不断地购买新的仪器。甚至有人说虚拟仪器就是可以一个拎着的实验室。

2、系统的结构与特点
       系统采用了新的层次概念，将整个系统分为监测（保护）系统、分析系统和网络发布系统三个子系统。各个层次子系统之间相互立又相互辅助，形成了一个鲜明的体系结构。
2.1 系统结构开放，可扩展性强
       当用户需要增加测点，只要增加相应的底值检测模块和A/D卡，就可接入系统。工控软件用NI LABWIE工具生成，具有良好的柔韧性。
2.2 监测（保护）系统
       立的监测（保护）系统，由传感器系统和监控器系统（包括NI采集卡、NI模拟量输出卡、NI开关量输出卡及其它硬件）组成。立完成基本的峰峰值监测功能，从而大大降低了监测（保护）系统的成本。监控器系统将模拟量（4~20 mA）和开关量报警信号输出到机组LCU，不依赖于上层分析系统。
2.3 分析系统
        立的分析系统，采用世界的美国国家仪器公司（NI）的能采集卡和开放式软件开发平台（LabVIEW开发包），利用软件平台提供的丰富的分析库，在软件平台上快速搭建而成的。此平台是一种图形化、搭积木式的开发方式，由于频谱分析、数字滤波、小波变换等功能均作为一种控件的形式提供，所以，现场工程师无须学习复杂的数字信号处理和数学理论，同样可以参与进一步的系统开发，不断地将自己的实践经验融入到系统中去。
2.4 网络发布系统
       立的网络发布系统，利用NI公司的LabVIEW开发包提供的网络发布功能将分析系统的数据和分析结果在工厂现有的网络和将来组建的网络上发布，并可建立网络共享的数据库。另外，系统还提供了RS232串口和RS485网络接口和驱动模块，为未来系统多种网络的接入提供了解决方案。

3软件特点
3.1 虚拟分析仪器
        NI LabVIEW开发平台提供了丰富的虚拟分析仪器库，囊括了各种各样的数学模型和算法，包括频谱分析（FFT）、数字滤波、小波变换、开窗功能等等，仅仅通过鼠标的点击和拖动来完成过去复杂的数字信号处理和数学计算。
3.2 网络发布
       通过网络发布程序包可以将测量数据和分析结果在网络上发布，为应用程序系统的网络可视化提供有力的技术支持。
3.3 二次开发
        NI LabVIEW开发平台是一种开放式的平台系统，用户可以根据自己的需要对标准的虚拟仪器库进行修改和扩充。因此，此开发平台可适用于各种应用场合的功能扩充。应用软件在NI LabVIEW图形界面开发系统下生成，NI LabVIEW直观的流程图编程风格使得工程师们可以快速创建符合自己特定要求的应用程序，不管他以往有没有过编程经验。NI LabVIEW正是这样一个性的工具，它为工程师们提供的帮助就好像电子表格（EXCEL）软件简化财务会计们繁重的工作量一样。而且，与硬件设备的紧密集成使它简单地实现测量和控制自动化，同时能充分利用工业控制计算机的分析、显示和网络连接功能。随着测量和控制应用领域对系统性能和灵活性要求的不断提高，软件的设计功能也日渐重要。NI LabVIEW6.0拥有其性能，可以使企业大大缩短开发时间并提高每个工程师的工作效率。配备了这样强有力的，使得工程师们可以专注于他们应用系统的开发而非花大量的时间去迎合操作系统的升级或网络的转移等变化，从而实现工程资源的有效利用。用户技术人员使用NI LABVIEW工具，只需具备数字信号处理基本知识，编写复杂的数学计算程序就可重新构建软件系统，使系统适应现场要求，并可不断升级。由于美国国家仪器公司（NI）的NI LabVIEW开发平台已经成为一种标准的平台，世界各大生产厂商都为自己的设备提供NI LabVIEW驱动程序。所以，使用NI LabVIEW开发平台相当于拥有了一个的生产工厂。
       NI LabVIEW开发平台提供了丰富的虚拟仪器（VI Library）库，为应用系统提供了搭积木式的开发环境。应用系统需要的每一种功能都是一种虚拟仪器，相当于一块砖或一个预制件，应用系统则是用这样的砖或预制件建造起来的雄伟建筑。
3.4 分析系统的新特点
       除了常规的表格、棒图、数字滤波、频谱分析、趋势分析、轴心轨迹、阶比分析和故障分析等功能之外，系统还增加了一些新的分析特性。
 抗干扰
干扰：系统采用模拟滤波和数字滤波可以有效地控制信号的通频带，剔除信号中无用的高频成分，使分析系统可以对真实的振动和摆度信号进行分析。
共模干扰：系统通过差分输入和软件差分的方法有效地抑制了共模干扰。由于传感器安装分散和传输距离远，即便使用屏蔽信号电缆，外界宽带噪声无可避免地通过探头和传输电缆耦合到系统中来，用常规的模拟滤波和数字滤波是无法有效地抑制通频带内的干扰信号。而这类干扰信号的特点是信号线上与信号地线上的干扰成分相同，所以通过差分输入和软件差分的方法可以有效地抑制共模干扰。
 角谱分析
分析系统可选择外部脉冲触发的方式来实现等间隔采样，使采样与转动频率无关，而只与角度有关，即大轴不论以什么速度旋转，旋转一周的采样数都是相同的。引入此概念为启、停机过程中的振动分析提供了的保。
 映射曲线
分析系统为用户提供了灵活的数据映射功能，用户可以任意参数的映射关系，显示、存储和打印这些参数的映射曲线，为人工对照分析提供方便。例如，不同的负荷、不同的导叶开度、不同的水头、不同的尾水位一个点或多个点的振动/摆度的映射关系。
 数据库功能（按工况自动数据管理）
分析系统为用户提供灵活的影射功能的同时，还建立了特征数据库和各种实时数据库，提供了自动数据管理功能，自动按工况分类存储特征数据，便于工况趋势数据的积累和分析，为预测检修和综合状态检修数据库的建立提供有力的基础。
 录波
由于采用能的数据采集卡，分析系统可以对振动摆度气隙数据和工况参数数据进行高速同步录波（1.25MS/S），同时由于卡上缓存技术和工业一体化工作站中配置了大容量硬盘（40G），录波的时间只受硬盘剩余空间的限制。因此，高速的、长时间（三十分钟、以至六十分钟）的录波功能是本系统的一个的特色。
 可扩充软件模块
甩负荷试验：由于系统为机组的工况参数提供了16路以上的输入通道，机组的转速、蜗壳压力、尾水管压力脉动、接力器推杆行程/导叶开度、负荷（有功功率）等信号均可以直接实时地输入到监测系统中来。系统通过简单的分析和公式接点（由LabVIEW提供）就可以直接计算甩负荷过程中的转速上升率、蜗壳水压的上升率、接力器推杆行程/导叶开度关闭的拐点以及关闭速率等等。
盘车功能：不需要另安装传感器，分析系统可以直接捆绑盘车试验分析程序。分析系统可自动按等间隔采样脉冲对大轴的位置进行采样，将采样结果直接传递给盘车试验分析程序。盘车实验分析程序通过曲线拟合的方法计算出摆度的大方位（相位）和峰峰值，同时显示出拟合的曲线。（曲线拟合算法在NI LabVIEW的扩充功能中提供支持库）。
动平衡计算：不需要另安装传感器，分析系统可以直接捆绑动平衡试验分析程序。分析系统通过键相信号具备跟踪采样和跟踪滤波的功能，将测量结果和分析结果直接传递给动平衡试验分析程序。动平衡试验分析程序是一个通用的利用影响系数法编制成的转子动平衡程序。它利用转子在加试重前后的振动信号的振幅和相位变化来计算出影响系数，然后通过此影响系数计算出需加的平衡重量和相位，按相应的相位在转子上加计算出的平衡重量就可以降低振动幅值。对于同一台机组，转子的影响系数应该是不变的，计算出的影响系数可以用于以后的动平衡，转子动平衡程序可以用于多测量点和多平衡平面的动平衡。对水电厂发电机组的动平衡试验，测量点可以是上导和下导的摆度，也可以是上机架/下机架的振动。

        使用虚拟仪器开发平台LabVIEW开发的水轮发电机组状态监测系统具有开发、操作方便、、可扩展性强等优点。LabVIEW将系统的数据采集与处理、分析与储存集于一体，能有效地把水电厂机组的各种状态信息整理成资料和图形，为状态监测提供决策支持。其丰富的软件、硬件功能能够满足水电机组在线监测保护和现场工况的具体要求