隋军威

（吉林省吉林市燃气热力设计研究院，吉林 吉林 132000）

0 引言

循环水泵广泛应用于空调冷却塔中。PLC控制的空调冷却塔循环水泵，制冷压缩机机组，酒店、写字楼、商场、住院楼、工业厂房制冷循环水系统，冷却循环水系统和冷却塔循环水泵系统主要根据建筑物的最大冷热负荷来选择，并留有足够的余量。由于缺乏具有负载跟随调节特性的PLC控制系统，由PLC控制的冷却塔循环水泵所有电机长期处于工频固定状态。目前，PLC控制的空调冷却塔循环水泵的生产和服务行业之间的竞争非常激烈，大多数企业的利润率都不理想。因此，为了控制用电成本，PLC控制空调冷却塔循环泵变频节能技术显然已成为管理者关注的问题。采用PLC控制变频循环水泵在冷却塔中的节能技术，不仅可以使循环水泵在冷却塔空调中发挥更理想的工作状态，而且通常还具有30%以上的节能效果，具有良好的经济效益[1]。PLC控制的空调负荷总是动态的。PLC控制的空调冷却塔循环水泵变频节能运行环境和技术文化影响PLC实时控制的空调冷负荷，冷负荷波动范围为50%～60%。大多数建筑至少70%的时间都在这个范围内。这样，实际冷负荷与输出最大功率之间的矛盾，实际上给PLC控制的空调冷却塔循环水泵造成了变频节能的巨大浪费，给用户造成了巨大的电力成本，增加了运营商的成本，并降低了企业的竞争力。根据冷却水控制系统的工作原理和特点，需要实时跟踪PLC控制的空调系统和冷却塔冷却器的热动态变化，采用复合控制方法对系统进行节能。

1 PLC控制的空调冷却塔循环水泵的一般结构与工作原理

根据冷却塔循环泵，将PLC控制的空调冷却塔循环泵变频节能技术中的加热冷却水送至冷却塔进行自然冷却或喷雾强制空冷。PLC控制的空调冷却塔循环水泵变频节能技术，充分与大气进行热交换，使冷却水回到常温循环。当冬季需要加热时，空调冷却塔中的循环水泵只需根据冷热水泵(夏季称为冷冻水泵)在室温下泵入蒸汽热交换器盘管，而热水和蒸汽经充分热交换后送入塔内循环水泵盘管。

2 PLC控制的空调冷却塔循环水泵的节能原理

根据PLC控制的空调冷却塔循环水泵的节能负荷类型，可将PLC控制的空调冷却塔循环水泵分为两种节能原理类型：一种是变转矩负荷：如冷却水系统、冷冻水系统，冷却塔循环水泵系统及水泵负荷；恒转矩负载：如主制冷压缩机系统[2]。不同PLC控制的冷却塔循环水泵转矩变频节能技术特点，具有完全不同的转矩功率关系特点。众所周知，在PLC控制的空调冷却塔循环水泵节能过程中，循环水泵与水泵之间的转矩变化和负荷特性分析符合水动力关系理论曲线。

最后可以看出，利用变频省煤器对流量(风量)进行PLC控制，可以节省大量电能。根据最大制冷量的要求，设计了一种由PLC控制的循环水泵。制冷泵和制冷泵是根据单个设备的最大运行工况来考虑的[3-5]。在实际操作中，冷却泵和制冷泵满负荷运行的时间不到90%。阀门和自动阀的使用不仅增加了系统的节流损失，而且还引起冷却塔循环泵因空调调节阶段的波动。通过在冷却泵和制冷泵上安装变频省煤器，可以从根本上解决这一问题。PLC自动控制，根据转换的节能投资回收。

3 冷却塔循环水泵使用变频节能的实施方案和应用效果

3.1 冷却塔循环水泵变频节能PLC控制实施方案

3.1.1 方案一：固定变频节能PLC控制方式

由于空调冷却塔循环水泵采用PLC控制变频，冷却塔循环水泵变频节能的相关形式有：单塔形式和多塔形式。因此，冷却塔循环水泵变频节能的PLC控制方式可分为单定频节能PLC控制和多定频节能PLC控制。以下以几种固定变频节能PLC控制为例进行说明。如图3所示：

3.1.2 塔循环水泵运行方式

工频塔循环水泵运行：空调冷却塔PLC控制循环水泵主要根据工频PLC控制回路选用指定的塔循环水泵，以50Hz全速运行。塔内循环水泵运行时：空调冷却塔中由PLC控制的循环水泵传感器测得的实际水温，由温控器转换成标准电流信号或电压信号，送变频器模拟输入[6]。

3.2 方案二：PLC周期变频节能控制方式

塔内p-N3循环泵节能的最佳途径是根据PLC控制塔内循环泵的转速。根据PLC控制系统的改造，采用PLC控制冷却塔循环水泵电机的空调，空调冷却塔循环水泵电机转速可通过PLC调节，达到PLC[7]控制冷却塔循环水泵转速的目的。以PLC控制的3台功率相同的冷却塔循环水泵电机为例，说明可编程控制器控制的功率相同的3台冷却塔循环水泵电机可由变频省煤器的PLC控制。如图所示4：

3.3 塔循环水泵运行方式

正常运行时，转换开关切换到自动塔循环水泵运行回路。PLC控制转炉省煤器的转速，改变塔循环泵的风量，从而改变冷却塔的水温；当PLC控制的冷却塔循环水泵仍不能满足要求时，将变频节能塔循环水泵的循环水泵改为工频塔循环水泵，然后按变频节能开启另一座塔的循环水泵，直至生产装置要求的循环水温满足工艺要求(即水温≤32℃)[8]。根据机组的技术要求，将塔循环水泵自动确定为变频节能塔循环水泵和工频塔循环水泵。

3.4 塔循环水泵变频节能调速实施方案探讨

3.4.1 系统结构

此系统的结构原理是P∝N3循环水泵的最佳节能方式。塔内循环泵的转速由PLC控制。循环水泵电机在空调冷却塔中的运行速度可根据变化通过PLC控制系统进行调节，PLC控制系统实现空调冷却塔循环水泵电机的控制目的，达到循环水泵调速塔的目的。由于空调冷却塔中PLC驱动的三塔循环水泵电机功率为160kW，可采用变频节能的PLC控制器运行塔内循环水泵。系统结构框图如图5所示：

塔式循环水泵系统由两部分组成。变频节能电路：变频节能装置，空气开关Q1，交流接触器C1、C2、C3，塔式循环水泵PLC控制电路和自动运行信号报警电路，通过PLC控制的空调冷却塔循环水泵变频节能循环水泵运行回路实现；工频电路：空气开关Q2，交流接触器C4、C5、C6，热继电器T1、T2、T3，手动塔循环水泵运行PLC控制电路构成与工频（50Hz）塔循环水泵运行相关的电路[9]。

3.4.2 塔式循环水泵的运行方式

正常运行时，转换开关QK切换至自动塔循环水泵运行回路。PLC控制冷却塔内循环水泵的转速，改变冷却塔内循环水泵的风量，从而改变冷却塔的出水温度。运行频率塔靠近循环水泵和循环水泵动力塔，但循环水泵运行仍不满足要求。循环水泵变频节能塔改为循环水泵发电塔，然后根据变频节能，循环水泵塔是另一个启动，直至各生产单元循环水温度达到设计要求≤32℃[10]。

3.5 塔循环水泵节能经济分析

根据表1所示冷却塔循环水泵运行参数，1塔的处理能力仅为2塔或3塔的66%，热水塔1m3/h循环水泵的单位电耗确实是2号塔和3号塔循环水泵平均单位电耗的两倍(m3/h更大)。原因是塔式填料仍是一种老式的低效填料。如果将塔1填料改为与塔2性能相同的新型高效填料，每小时可增加1000m3的处理能力。如1号塔处理能力为2000m3/h，每小时应节约2000度。塔循环水泵节能效果显著。1#塔循环水泵每年运行3000小时，更换填料投资约45万元。

4 结语

随着智能化建筑和功能化车间的迅速发展，建筑和车间的能耗越来越高。节能是人们关注的话题，变频节能是最好的节能模式，PLC控制模式是投资最少的模式。对于PLC控制的冷却塔制造商来说，新技术产品的生产取决于市场需求和效率。从本文的经济分析中可以看出，PLC控制空调冷却塔的用户只要了解变频器应用的优点，考虑到塔循环泵的运行成本以及设备的故障和维护，就会对这些投资感兴趣。变频器的应用是整个冷却塔市场和整个PLC控制空调市场的发展情况和发展趋势。冷却塔变频节能技术不仅有利于制造商，而且使其冷却塔在长期激烈的市场竞争中处于有利地位。虽然前期会有人员投入，但从长远来看，PLC控制的空调冷却塔的项目投资将为冷却塔厂家带来巨大的利润回报。