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    一、前言

    據有關資料統計，我國現有電動機裝機總容量約4億多千瓦，其用電量占當年全國發電量的60%～70%，而風機、水泵設備裝機總功率達1.6億千瓦，年耗電量3 200kWh，約占當年全國電力消耗總量的1/3。而應用變頻器節電率一般在20%～60%，投資回收期1～2年，企業和社會經濟效益相當可觀。所以，大力推廣應用變頻調速技術不僅是當前推進企業節能降耗、提高產品質量的重要手段，而且也是實現經濟增長方式轉變和我國可持續發展戰略的必然要求。本文以在中央空調系統的應用進行闡述。基于中央空調系統選型配備時，其冷凍泵和冷卻泵的容量均按最大負荷選定，且留有余量的原則，泵組在大部分時間處于低溫差、大流量的運行狀態，造成整個系統的能源利用率降低，浪費了大量能源。同時，設備長期高速運轉，大大縮短了使用壽命，增加了維護費用。隨著技術的日益成熟和產業化發展,變頻調速技術在中央空調系統的應用已十分普遍。為了節能降耗、提高經濟效益，依據國家集中式空調系統經濟運行的標準，采用變頻調速技術對中央空調系統進行節能控制改造，具有很大的現實意義。

    二、中央空調變頻調速控制系統簡介

    大中型中央空調由制冷、制熱站，空調水管網系統和空調末端裝置（空調機組，風機盤管和新風機組等）三部分組成。工作原理：采用設備中的風扇使室內空氣循環，并通過設備中的冷、溫水盤管來冷卻和加熱，以達到空調的目的。盤管中的冷、溫水由機房中的制冷設備和鍋爐提供。

    空調系統的溫度、供水系統的水壓、通風系統的風量等，這些系統絕大多數是用交流電機驅動的。以前由于電機的轉速無法方便調節，為了達到對上述物理量的控制，只好采用一些簡單的方法，如用擋板調節風量，用閥門來調節流量壓力等，致使這些系統不僅達不到很好的調節效果，而且大量的電能被擋板和閥門白白浪費。據統計，我國目前使用的風機、水泵大約有25%的能量是無謂消耗。另外，根據交流電機的特性，要實現連續平滑的速度調節，最佳的方法就是采用變頻調速器，變頻器是將標準的交流電轉成頻率、電壓可變的交流電，供給電機并能對電機轉速進行調節的裝置。采用變頻器進行風機、水泵的節能改造，不僅避免了由于采用擋板或閥門造成的電能浪費，而且還會極大提高控制和調節的精度，從而方便地實現恒溫空調系統和恒壓供水系統。

    三、AI儀表在系統中的應用

    1.AI儀表選型介紹：AI儀表在中央空調變頻系統中主要調節的對象是溫度，執行器是變頻器。考慮到控制精度和響應速度，調節器選用AI-708AX3L2L2，它的特點是：輸入采用數字校正系統，內置常用熱電偶和熱電阻非線性校正表格，測量精度高達0.2級；采用先進的AI人工智能調節算法，無超調，具備自整定（AT）功能；采用先進的模塊化結構，提供豐富的輸出規格，能廣泛滿足各種應用場合的需要。在冷卻水循環控制中需要有溫差測量，儀表選擇AI-704MAJ0J0X3（V7.61），它的特點是：最多可支持4個可編程測量輸入回路，配合不同的輸入模塊，可以輸入4路熱電偶、電壓或電流信號；輸入為熱電阻時，可支持4路二線制接線方式或3路三線制接線方式輸入；內建開方、減法器等運算功能，可以替代傳統儀表運算單元且精度更高；最多可有2個相互隔離的變送電流輸出，可將任意通道的測量值從OUTP端口變送輸出，可以編程作為二進二出或一進二出型變送器使用。

    2..主要控制回路介紹

    A.中央空調系統的外部熱交換由兩個循環水系統來完成。循環水系統的回水與進（出）水溫度之差，反映了需要進行熱交換的熱量。因此，根據回收與進（出）水溫度之差來控制循環水的流動速度，從而控制了熱交換的速度，是比較合理的控制方法。

    (1)冷凍水循環系統的控制

    由于冷水的出水溫度是冷凍機組“冷凍”的結果，常常是比較穩定的。因此，單是回水溫度的高低就足以反映房間內的溫度。冷凍泵變頻調速系統可以簡單地根據回水溫度進行如下控制，AI儀表通過測量回水溫度，與設定值比較后輸出信號控制變頻器實現冷凍泵循環速度，實現回水的恒溫控制。回水溫度高時，說明房間溫度高，儀表輸出信號提高冷凍泵的循環速度，降低溫度。溫度低時，則工作方向相反。

    (2)冷卻水循環系統的控制

    由于冷卻塔的水溫是隨環境溫度而變化的，其單測水溫不能準確地反映冷凍機組內產生熱量的多少。對于冷卻泵以進水和回水間的溫差作為控制依據，實現進水和回水間的恒溫差控制是比較合理的。

    AI儀表通過測量進水和回水的溫差來控制冷卻泵的轉速。當溫差大時，說明冷凍機組產生的熱量大，儀表輸出信號提高冷卻泵的轉速，增大冷卻水的循環速度；當溫差小時，說明冷凍機組產生的熱量小，儀表減小輸出降低冷卻泵的轉速，減緩冷卻水的循環速度。

    B.中央空調末端送風控制。系統中清潔空氣在末端與熱交換器充分接觸后由風機直接送入室內，從而達到調節室溫的目的。在輸送介質（水）溫度恒定的情況下，改變送風量可以改變帶入室內的制冷（熱）量，從而較方便地調節室內溫度。在大型系統中大都采取的是自動恒溫控制，在AI儀表上設定好需要的室溫，儀表輸出信號控制變頻器調整風機的轉速就可以控制送風量，實現室溫的恒定控制。變頻器可對風機實現無級變速，在變頻的同時，輸入端的電壓亦隨之改變，從而節約了能源，降低了系統噪音。

    3.AI儀表的調試

    AI儀表具有模糊邏輯PID調節及參數自整定功能的先進控制算法。在誤差大時，運用模糊法進行調節，以消除PID飽和積分現象；當誤差減小時，采用改進后的PID算法進行調節，并能在調節中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果最優化。其具有無超調、高精度、參數確定簡單，對復雜對象也能獲得較好控制效果等特點，其整體調節效果比一般的PID算法更明顯。在沒有經驗控制參數的時候，為了達到最佳的控制效果，儀表要進行PID自整定。在多數情況下，自整定一次就可以使獲得滿意的控制效果。如果控制有偏差時，可以通過微調M5、P、T參數來修正。調節器主要參數設置：

    HIAL：上限報警。

    LOAL：下限報警。

    Df：回差（死區、滯環），用于避免因測量輸入值波動而產生報警頻繁動作。

    Ctrl：控制方式，采用AI人工智能調節/PID調節，Ctrl＝1。

    M5：保持參數，主要決定調節算法中的積分作用，和PID積分時間類似，M5越小，系統積分作用越強。M5=0時取消積分和AI人工智調節，成為PD調節器。

    P：速率參數，與每秒內儀表輸出變化100%時測量值時應變化大小成正比，P=1000/每秒測量值的升高單位值（系統以0.1定義為一個單位）。

    T：滯后時間，t越小，則比例和積分作用均成正比增強，而微分作用相對減弱，但整體反饋作用增強：反之，t越大，則比例和積分作用均減弱，而微分作用相對增強。

    Ctl：輸出周期，反映儀表運算調節的快慢。

    Sn：輸入反饋信號類型。

    Opt：輸出方式。

    CF：系統功能選擇，可以選擇系統的調節方向。

    四、結語

    以往的中央空調系統冷媒泵、冷卻泵及冷卻風機不論環境溫度如何，均全速運行，造成整個系統的能源利用率降低，造成電能大量浪費。同時，設備長期處于高速運行狀態，縮短使用壽命，增加維護費用。 針對上述情況采用儀表和變頻器實現變頻調速，經過運行測試，節能效果十分顯著，同時降低了運行噪音，提高了機組效率和設備使用壽命。系統應注意的幾個問題：

    1.共振：選擇末端送風機時，應考慮測試其在全轉速范圍的共振轉速點并應避免電機工作于這樣的轉速區。通過設定變頻器的回避頻率及其寬度值，則可以避免電機運行于該轉速區域。

    2.頻率限制：電機轉速較低時，散熱效果較差；轉速過大，會引起因風速過高而造成的不適當狀態。制冷時，可能因風速過大，致使冷凝水不能被吸水盤完全接收，造成外漏。應選擇適宜的上、下限頻率，下限頻率以不小于15Hz為宜，上限頻率不要超過60Hz，根據最大風速確定。

    3.載波頻率：將變頻器的載波頻率適當提高，則可以降低電機運行噪音，提高環境質量。多機并聯運行時，若電機距離變頻器較遠，則需調整載波頻率，以避免引起電機電流振蕩。

    4.安裝：變頻器應裝于末端機的“隔離室”內，除保證良好的散熱外，還應讓其不置身于潮濕環境下，亦需考慮中央空調在制冷或制熱時末端機自身的溫度影響。

    5.節能：風機屬于平方轉矩負載，應用時，選擇風機、泵類專用變頻器（亦稱為節能型變頻器）較好，并將其轉矩曲線（V/F）設定為“平方轉矩”，這樣可以達到較好的節能效果。