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摘要：本文介紹了日立SH1系列高性能變頻某中央空調(diào)冷卻循環(huán)水泵上的應(yīng)用情況。其中對PID軟起動、恒溫差PID控制及多PID切換等應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)闡述。 關(guān)鍵詞：空調(diào)冷卻循環(huán)泵；日立SH1變頻器；PID恒溫差控制；多PID切換

1　引言

隨著人們對于環(huán)境舒適度要求的提高，快速發(fā)展的制冷技術(shù)使得中央空調(diào)在現(xiàn)代建筑物中得到普遍應(yīng)用。然而中央空調(diào)系統(tǒng)在提供給人們一個舒適環(huán)境的同時，也帶來了能源大量消耗的問題。中央空調(diào)系統(tǒng)的水系統(tǒng)主要包括兩部分：冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)，很多建筑物里中央空調(diào)系統(tǒng)的冷卻水循環(huán)側(cè)大多采用傳統(tǒng)的PID控制器進(jìn)行恒流量控制。傳統(tǒng)的PID恒流量控制雖然可以滿足冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的使用要求，但是，這種控制方式當(dāng)外界環(huán)境溫度發(fā)生變化后因無法根據(jù)實(shí)際冷卻能力的需要而自動調(diào)節(jié)冷卻水的流量從而造成了冷卻能力的浪費(fèi)和極大的能源浪費(fèi)，特別是在四季溫差變化大，早晚溫差大的地區(qū)。本文介紹了使用日立SH1高性能變頻器的空調(diào)冷卻水循環(huán)水泵恒溫差控制，通過兩個溫度變送器檢測中央空調(diào)主機(jī)的進(jìn)、出水溫度，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，控制冷卻循環(huán)水流量，使之保持恒定溫差。這種控制方式有更強(qiáng)的環(huán)境溫度自適應(yīng)性，并能最大效率地利用中央空調(diào)系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)，使得冷卻水的循環(huán)處于最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行效率最高。

2　系統(tǒng)配置及變頻器冷卻水恒溫差控制

中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理簡圖如圖1所示：

圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理簡圖

根據(jù)系統(tǒng)控制應(yīng)用要求及特點(diǎn)，此項目中的冷卻水循環(huán)泵變頻器選用了日立最新一代高性能SH1系列變頻器，該系列變頻器除了可編程運(yùn)行功能，永磁同步電機(jī)驅(qū)動，多重額定，簡單易用等特點(diǎn)之外，在節(jié)能控制方面更獨(dú)具特色：硬件上，2路模擬量輸入可0~10V/4~20mA自由切換（共3路），2路模擬量輸出也均可0~10V/4~20mA自由切換，為系統(tǒng)信號和傳感器的匹配帶來了極大的便利性和自由度。軟件上，除了傳統(tǒng)PID軟啟功能，增壓式休眠/喚醒等常用功能外，日立在SH1產(chǎn)品中更是內(nèi)置了4路獨(dú)立的PID，并可通過控制端子根據(jù)需要自由切換預(yù)設(shè)的PID；最具特色的是SH1中的PID演算功能，可對4通道目標(biāo)值，反饋值，甚至偏差值進(jìn)行內(nèi)部數(shù)學(xué)計算，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的PID控制。

圖2 日立SH1系列變頻器

本項目中，日立SH1變頻器進(jìn)行中央空調(diào)冷卻循環(huán)水泵恒溫差（恒流量控制備用）控制。

控制示意圖如圖3所示。

圖3 中央空調(diào)冷卻循環(huán)水泵恒溫差控制示意圖

日常運(yùn)行時，通過兩個溫度變送器檢測中央空調(diào)主機(jī)的進(jìn)、出水溫度，通過變頻器PID調(diào)節(jié)，在保證最低循環(huán)水流量的前提下，使之保持恒定溫差。此控制模式下水流量正比于制冷量，流量與制冷量相匹配，進(jìn)、出水溫差值在合理范圍內(nèi)（國際標(biāo)準(zhǔn)5℃）。此控制方案中水路系統(tǒng)閥門可維持全開，管阻最小化、并可減少管路存在的水力不平衡狀況。而溫差值可以根據(jù)季節(jié)、晝夜溫差、空調(diào)機(jī)組負(fù)荷率等因素的變化，通過上位機(jī)與變頻器的RS485通訊實(shí)時進(jìn)行設(shè)定。

當(dāng)出現(xiàn)溫度傳感器故障時，通過RS485設(shè)定可以方便快捷地進(jìn)行PID通道切換，使變頻器PID1恒溫差控制模式切換為PID3恒流量控制模式，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

當(dāng)所有的溫度、壓力變送器均不能正常工作時，通過控制柜上切換開關(guān)使變頻器運(yùn)行在強(qiáng)制手動運(yùn)行模式，變頻器強(qiáng)制運(yùn)行在下限頻率，使冷卻水泵滿足基本水流量要求，保證機(jī)組能夠正常連續(xù)運(yùn)行。

本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）運(yùn)行可靠高效：通過恒溫差PID功能，可以實(shí)現(xiàn)空調(diào)主機(jī)進(jìn)水和出水溫差的精確控制，提高主機(jī)的效能；當(dāng)恒溫差控制出現(xiàn)異常時，可切換至恒流量控制或強(qiáng)制模式，提高系統(tǒng)的可靠性。

（2）變頻器的PID運(yùn)行、溫差信號，多PID切換均通過RS485設(shè)定，優(yōu)化了系統(tǒng)配置。變頻器的內(nèi)置多PID控制功能降低了上位機(jī)成本。

（3）通過觸摸屏可方便實(shí)時查看系統(tǒng)的進(jìn)水溫度、出水溫度，水壓大小，及變頻器的運(yùn)行頻率、電流及狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

（4）SH1系列變頻器的模擬量信號可以通過撥碼開關(guān)切換（0~10VDC/4~20mA），滿足各現(xiàn)場不同類型傳感器的需要。

（5）使用了PID軟啟功能，避免了傳統(tǒng)PID控制時水泵啟動對管道設(shè)備的沖擊等影響，啟動平穩(wěn)可靠。

（6）根據(jù)水泵工作特性，選用輕負(fù)載模式，降低系統(tǒng)成本。

3　結(jié)束語

經(jīng)過在最終用戶處長期運(yùn)行后的反饋，該變頻冷卻水泵控制方案穩(wěn)定可靠、應(yīng)急方案豐富、節(jié)能效果良好，完全滿足空調(diào)冷卻水泵的使用要求，得到了業(yè)主的充分認(rèn)可和肯定。

摘自《自動化博覽》2019年4月刊