基于PLC控制的空调冷却塔循环水泵变频节能分析

基于PLC控制的空调冷却塔循环水泵变频节能分析

王思聪

地铁运营有限公司机电分公司

摘要：随着我国经济高速发展，能源消耗也在不断增加，针对这一情况，在PLC控制背景下，对空调冷却塔循环水泵变频节能进行合理分析，实现对其进行有效控制，达到节能目的的同时，促进行业发展和进步。基于此，简单讨论空调冷却塔循环水泵变频节能，深入探讨冷却塔循环水泵使用变频节能的应用，以供参考。

关键词：空调冷却塔；循环水泵；变频节能

前言：对于企业而言，由于部分生产设备能耗较高，且设备使用周期较短，造成能源消耗不降反升，为解决这一问题，某水处理公司提出了冷却塔循环水泵节能改造项目方案，通过使用变频节能改造的方式，有效降低了公司用电成本，同时有效提高了冷却塔循环水泵运行效率以及延长其使用寿命。

1.空调冷却塔循环水泵变频节能分析

1.1控制原理

冷却塔循环泵变频控制系统的主要部分是变频器，为一种先进高效的电子设备，它能根据负载的变化及现场条件，自动调节输出频率、速度，实现变转速运行。控制系统包括变频器主机及各模块，控制箱安装在冷却塔循环泵附近，多个变频器与其相连，变频器为可编程控制器（PLC）的简称，是用来控制交流电动机驱动设备或电机调速装置的计算机设备。系统由可编程控制器（PLC）、输入输出单元、通信单元等部分组成，其中输入输出单元均采用可编程控制器（PLC）作为其主控制器，通过I/O模块进行数据采集与数据传输，通信单元是用于各模块之间的数据交换，以便于完成各模块之间程序和信号传递。

1.2系统硬件组成

该控制系统采用的是FANUC品牌的可编程序控制器（PLC），硬件部分主要由S7-200可编程控制器、变频器、交流接触器、电流互感器等组成。CPU是一个用于接收信号和处理信号、执行运算和控制命令的专用设备，采用FB系列CPU，功能强大。程序存储器内存为512KB（8M），电源采用Saber公司的PSP电源模块。

2.冷却塔循环水泵使用变频节能的应用

2.1项目背景

某水处理公司主要生产过程中所用到的工艺水，由冷却塔的循环水泵提供，冷却塔循环水系统采用水泵作为生产设备，根据工作原理和特点，冷却塔循环水泵的运行过程可分为两种情况：一种是从冷却塔出来的热开水经冷却塔冷却后循环使用，另一种是冷却后的热开水经冷却塔冷却后进入二次冷却水箱进行二次降温使用。冷却塔循环水系统一般由三个主要部分组成：泵、电机和管道，其主要作用为将从二次冷却水箱中提取的冷水降温到设计温度以下。水泵运行通过循环泵向二格池中输送一定量的冷水作为降温用，同时将二格池水中的部分溶解氧转化为氨气排放到二格池中进行氨化处理，从而降低pH值。在水泵电机中有一个电机是直接带动循环泵启动及停止运行，还有一个是通过控制系统对泵进行调节控制。通过管道将水从一格水池引到二格水池，二次水在进入二格水池之前经过沉淀处理并经水泵提升至三格池水中。本公司冷却水箱容量为200m3，采用DG公司生产的冷却塔循环水泵，选用ZSJB-QGS-50型变频调速系列泵，冷却塔循环水泵系统主要包括四个部分：冷却管、水泵、风机及电控箱。

2.2改造内容

对冷却塔循环水泵实施变频节能改造，方式为变频控制。设备选择：采用现场原有的变频调速系统，同时增加水泵出口变频器，将电机功率提升至35kW。冷却塔循环水泵改造项目主要包括冷却塔循环水泵变频调速系统的现场安装，变频器的接线和安装，风机的选型以及风机出口变频器的安装。冷却塔循环水泵设备使用寿命长、能耗高，因此要求设备必须有可靠和稳定运行状态。设备投入运行时，可实现自动控制并根据实际需要调整电动机转速，以达到节能降耗目的。项目总造价约为133万元，通过对设备节能效果分析结果显示，冷却塔循环水泵改造后，每台机组在同等工况下可节省电费约6千元以上，同时在节能计算期间可以保证该系统正常运行一年以上的时间，可以节省用电成本约30万元。

2.3方案实施方式

对冷却塔循环水泵进行变频改造：对其电机、减速机等设备进行改造，以满足冷却要求，并保证电机运行的高效和稳定。冷却塔循环水泵加装变频器：按照公司提出的节能改造方案，对冷却塔循环水泵电机及变频器进行改造。设备调试及验收：由公司专业人员组织系统安装调试，并由专业机构进行设备性能检测和试运行。试运行并经公司相关部门验收后即投入使用：第一，按照设备运行状态调整风机的开停频率。第二，定期检测冷却塔循环水泵电机电流，在电流低于额定值时及时关闭电机，第三，及时清理现场，并做好记录。节能效果分析：根据项目实施后的数据显示，该项目节电率为30%左右，节能效果显著。

2.4节能效果分析

设备运行成本分析：经计算，该公司冷却塔循环水泵年耗电量约为245万度，按年平均10%的耗电量计算，年节能节约费用约为230万元。节能效果分析：冷却塔循环水泵采用变频节能改造方案后，每年可节约用电成本245万元，折合每年可节约电费36万元左右。节能潜力分析：该公司现有水泵电机的平均功率为7.5KW、平均扬程为65m、电机工作转速为60r/min。使用变频器后可使每台水泵的效率提高约4%，按年节电量计算，年节电245万度，按年耗电量计算，年节电约230万度。如果加上设备寿命延长期内的节约费用，其节能潜力非常大。社会效益分析：通过对冷却塔循环水泵实施变频节能改造及电机变频改造后，在一定程度上解决了公司用电成本高、能耗大的问题。经济效益分析：采用该节能改造方案后可将年节能费用减少约90万元左右，同时减少了电机功率损耗成本（按使用寿命1年计算，每年约为4万度，若以每度电1分钱计算则每年可节约费用约3万元），同时降低了用电成本和电机功率损耗成本（按平均每台水泵工作转速60r/min、泵工作电流60A计算）

[1]。

2.5经济效益分析

通过以上数据分析，公司仅需对冷却塔循环水泵部分更换变频控制柜即可达到节约用电成本的目的，具体经济效益如下：以冷却塔循环水泵运行方式为例：每天开启4台循环泵，每天开启4台循环泵+12组冷却水泵运行约16小时。通过对比变频控制柜和普通电机组的改造方式，可以看出：第一，改造后的循环泵运行效率提高，可节约电费约6万元/年。第二，改造后循环泵每小时运行电流下降，且不超过0.2A。根据上述分析，公司需投资约62万元用于冷却塔循环水泵的变频节能改造。在此情况下，若对冷却塔循环水泵部分更换变频控制柜或者变频器后运行，那么则可节约电费及设备维护费用约6万元。从以上数据可以看出：使用高效节能的变频器后可节省电费，同时在冷却塔循环水泵节能改造中使用变频控制柜或变频器产品对公司而言是比较理想的节能改造方式，对于生产企业来说，采用高效节能的设备进行节能改造是比较明智的选择[2]。

结束语：在当前时代背景之下，需要保证正常生产运营的同时，尽可能节能降耗，空调冷却塔循环水泵变频技术能够有效达到节能的目的，需要结合先进的理念和技术，对其进行不断更新和完善，推动行业可持续发展和进步。

参考文献：

[1]范子胜.HX_D1C型机车空调检修工艺及处置流程的改进[J].铁道机车与动车，2022(10):41-43+46.

[2]李旭,刘倩.双碳目标下教育建筑空调能耗管理的探讨[J].建设科技,2022(18):16-18+40.