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2017高级技工机电一体化专业项目介绍

 

从电子产品制作设计到PLC编程变频器应用中央空调设计安装维修 

机电一体化(机电工程师100名)教学任务

1)、招生对象与修业年限

(一)招生对象:普通高中和(职业)中专毕业生。初中五年高中三年;

(二)修业年限:本专业学业年限为学制3~5年(全日制)。

(三)课程设置方案与实施要求

 

 

1、学习领域(课程)方案

学习领域类型

学习领域

对应行动领域

公共基础

学习领域

入学教育、国防教育

与实用电子技术、机电一体化、数控技术共用

思想道德修养与法律基础

形势与政策

毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论

体育与健康教育

心理健康教育

职业指导与职业能力

计算机文化基础

人文素质基础

科技英语与写作

专业技术

学习领域

机械制图与木工家具

与应用电子技术、机电一体化、数控技术共用

电工技术与电动机

金属工艺学与电焊

AUTOCAD与家具设计

机械设计基础与普通机床

电子技术基础与电子制作

机制工艺与机床夹具设计

机械零部件生产;机械加工工艺规程编制及实施

工厂电气控制与电动机控制

机电设备的维护与维修;机电产品生产的组装与调试;机电产品生产的质量检验与质量管理;

PLC控制系统与电梯编程

金工实习与氩弧焊操作

与应用电子技术、机电一体电、数控技术共用

制图测绘与家具组装

钳工实训与操作

变频空调维修与测试

对口生产实习与机电布线

电气控制实训与机床维修

机制工艺课程设计

工程训练

项目

电机绕线及控制电路设计

机电设备的维护与维修;机电产品生产的组装与调试;

家具公差配合与测量技术

机械零部件生产;机械加工工艺规程编制及实施

大学物理

Pro/E三维机械设计

机械零部件生产;机械加工工艺规程编制实施

数控机床应用与维修技术

机械零部件生产

全自动洗衣机液压系统组装

机电设备的维护与维修;机电产品生产的组装与调试;机电产品生产的质量检验与质量管理;

机电一体化产品维修与改装

可控硅调速电力电子技术

毕业设计

与应用电子技术、机电一体化、数控技术共用

顶岗实习

2、与工程师培养相关领域教学实施要求

工程技术学习领域

教学场所

教学方式方法

主要考核方法

机械制图与家具设计

校内实训

教、学、做一体化

操作考核、目标考核

AutoCAD与组合家具

校内实训

以工程零件图和考证项目为教学任务,采用任务驱动式教学法。

以证代考

全自动洗衣机液压系统

校内实训

教、学、做一体化

项目、任务驱动

操作考核

过程性考核

数控机床应用与维修技术

校内实训

教、学、做一体化

项目、任务驱动

综合评价

以证代考

工厂电气控制与普通机床维修设计

校内实训

教、学、做一体化

案例、项目驱动

操作考核

过程性考核

PLC控制系统电梯维修

校内实训

教、学、做一体化

案例、项目驱动

操作考核

过程性考核

机械设计与普通机床

校内实训

教、学、做一体化

案例、项目驱动

操作考核

过程性考核

机电一体化专业(中央空调方向)教学计划

一、专业培养目标及要求

1.培养目标

    面向城乡培养制冷中央空调方面德、智、体全面发展的,适应中央空调电器生产、技术、服务第一线的,具有中央空调电气控制系统和自动化控制系统的安装、调试、使用、维护及管理等能力的操作型人才。

2.业务培养要求

    半天理论半天实验掌握本专业所必需的冷路技术、光电耦合技术、传感器技术等专业基础知识;掌握制冷空调工艺、电控维修、水循环控制维修等方面的基本技能;熟练掌握制冷仪表的使用与维修方法;掌握家用中央空调与变频空调的基本结构应用开发方法和中央空调构建技术,重点具有实际应用操作的能力;

二、毕业生就业岗位(群)

1.面向企业有关中央空调的开发、管理、维护工作。

2.压缩机使用与维护工作。

3.中央空调自动控制设备的设计与研制工作。

4.与中央有关电气电控等方面的管理与维护工作。

三、招生对象:初中毕业生及同等学历人员。

四、学制和学分要求

    1.学制:二至三年。能高薪就业为止;

2.本专业学生在学习期内,工学交替修满指导性教学计划133学分,同时取得职业技能证书4学分,即可获得专业毕业证书。学生修满学分可提前就(毕)业,也可根据有关规定适当延长学习时间。

五、专业主干课程及实践教学设置

(一)专业基础课及专业课程设置

1.定频空调技术:主要训练:定频压缩机测试电路、三相异步电机测试电路、继电器内外风机控制电路、冷路(切管、弯管、扩管、焊管;抽真空、检漏、排空、加注制冷剂)四部分。要求学生掌握定频空调冷路和电路的基础知识和基本技能,以及分析故障的基本方法。

2.模拟电子技术:主要训练:三极管放大器、反馈电路、集成放大器、振荡器、开关电源、可控硅整流技术等。要求学生掌握电子元器件的基本概念和实验操作技能,为学好传感器、变频器控制技术等后续课程奠定基础。

3.数字电子技术:主要训练:三极管与集成逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、可编程控制器、CPU中央处理器技术等。使学生掌握数字逻辑与系统的工作原理和工作方法,能对主要的微控制器逻辑部件进行分析和测试,掌握PLC与变频器数字系统的基本分析方法。

4.单片机与电子应用系统:主要学习MCS-51系列单片机的硬件结构,指令系统,系统扩展方法,实用的子程序和应用实例。使学生具有对电子产品整机电路图的阅读能力,为下一步PLC与变频器应用开发打下基础。

5.电工仪表与电动机测试:主要学习万用表、大型电工仪表、电流互感器、电度表等电工仪表的基本结构和规范操作,使学生掌握各种电工仪表的使用、检测和维护方法。

6变频空调维修技术:主要训练西门子、三菱、欧姆龙三大品牌PLC硬件结构、软件编程(梯形图、语句表、功能图)、十大应用项目设计训练,使学生熟练掌握PLC综合应用技术和编程技巧。

7.变频器与传感器技术:训练变频器结构测试、F参数设置与应用及二次开发,使学生掌握闭环控制系统基本的系统分析和校正方法。

(二)实践教学设置

1.电子课程设计:初步掌握电子设计与制作的技能

2.电机维修实训:培养具有小型电机的检测和翻修的能力。

3.电工资格培训:学习“中级电工”所具备的知识和技能,并考取相应的职业技能资格证书。

4.电子装接资格培训:学习“高级电子装接工”所具备的知识和技能,并考取相应的职业技能资格证书。

六、职业岗位知识、素质与能力分析

职业素质与能力

知识与能力构成

主干课程及教学形式

基本素质

政治思想素质

是非分明,坚定正确的政治方向。

马列主义、毛泽东思想概论、邓小平理论、形势政策讲座、法律基础、思想品德、职业道德、心理健康教育、国防教育、社会调查、就业指导。

认识现代中国国情。

认识社会,适应社会。

树立正确的世界观和人生观。

遵纪守法,具有良好的道德修养。

良好的心理素质,爱岗敬业。

具备责任心,事业心及诚信。

良好的身体素质

力量、速度、耐力、各种体育运动。

体育及健康教育、劳动、军训。

团队素质

合作交流、公平竞争、团结协作、爱岗奉献。

各项学生活动、竞赛、劳动。

基本能力

自学、创新能力

具有自学能力和自主创新能力。

科技竞赛和科技小组活动及毕业设计。

计算机应用能力

计算机基本操作能力。

计算机基础。

外语应用能力

外语日常听、说,专业外语写、译能力。

英语、专业英语、英语等级考试。

专业

素质与能力

专业必备的基础知识

专业的基本计算能力和电路分析能力。

模拟电子技术、数字电子技术、电工技术。

专业必备的基本操作技能

电子元件的识别和焊接能力、腐蚀和制作印刷电路板的能力。

电子工艺与电路板设计技术

专业必备的检测能力

电子元件的测试、仪器仪表的使用与维护能力。

电器仪表、数电实验、模电实验。

电子制图能力

利用计算机软件进行电子制图。

电子CADAutoCAD、机械制图。

电子器件和设备的组装、维修能力

具有电器维修和装配能力。

二次电路技术、电气维修、计算机组装与维护。

初步具有电子产品开发能力

能开发和研制简单的电子产品。

电子课程设计、电子装接。

具有网络管理、网页制作的能力

能熟练运用计算机进行网页制作。

多媒体技术、网页制作、网络技术。

自动控制编程能力

能利用PLC、单片机进行编程,实现自动控制。

PLC、单片机、传感器、自控。

职业资格证书

具有本专业必备的职业技能

具有持证上岗的能力。

高级电工、电子装接。

 

、农村电气技术专业(三年制)教学计划进程表

 

 

课程名称

 

 

实践教学

考核形式

学年学期周学时数

验验

验训

 

 

一学年

二学年

三学年

16

17

16

17

16

16

公共必修

1

思想品德修养法律

2

32

32

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

2

职业道德

3

51

51

 

 

3

 

 

3

 

 

 

 

3

英语

10

164

164

 

 

1-3

 

4

4

2

 

 

 

4

计算机基础

4

64

32

32

 

1

 

4

 

 

 

 

 

5

体育

6

98

 

 

98

 

1-3

2

2

2

 

 

 

小计

25

409

279

32

98

 

 

12

9

4

 

 

 

公共必选

1

健康教育

1

16

16

 

 

 

1

讲座

 

 

 

 

 

2

心理健康教育

1

16

16

 

 

 

1-4

讲座

 

 

3

就业指导

1

20

20

 

 

 

1-5

讲座

 

4

国防教育

1

30

 

 

30

 

1

讲座

 

 

 

 

 

5

形势与政策

1

16

16

 

 

 

1-4

讲座

 

 

小计

5

98

68

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

公共选修课

1

数学

4

64

64

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

小计

4

64

64

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

专业必修课

1

低压电器技术

6

114

64

16

34

1

2

5

2

 

 

 

 

2

电子元器件工艺

1

32

0

32

 

 

1

2

 

 

 

 

 

3

电工仪表

1

34

10

24

 

 

2

 

2

 

 

 

 

4

模拟电子技术

5

102

68

34

 

2

 

 

6

 

 

 

 

5

三相异步电动机

5

85

34

51

 

2

 

 

5

 

 

 

 

6

数字电子技术

6

112

80

32

 

3

 

 

 

7

 

 

 

7

继电器与空调控制

5

80

48

32

 

3

 

 

 

5

 

 

 

8

AutoCAD与电气制图

4

64

32

32

 

 

3

 

 

4

 

 

 

9

单片机与整机电路

7

134

86

16

32

4

5

 

 

 

6

2

 

10

电子CAD与电路布线

3

51

0

51

 

 

4

 

 

 

3

 

 

11

传感器与变频器

3

51

31

20

 

4

 

 

 

 

3

 

 

12

PLC编程及应用

5

83

27

24

32

4

5

 

 

 

3

2

 

 

 

 

13

变频器应用开发

3

48

48

0

 

5

 

 

 

 

 

3

 

14

电机与机床控制

3

48

16

32

 

5

 

 

 

 

 

3

 

15

气动控制技术

2

32

16

16

 

 

5

 

 

 

 

2

 

16

楼宇自动化

1

16

0

16

 

 

5

 

 

 

 

1

 

小计

60

1086

560

428

98

 

 

7

15

16

15

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

农村电气技术专业(三年制)教学计划进程表(续表)

 

 

课程名称

 

 

实践教学

考核形式

学年学期周学时数

验验

验训

 

 

一学年

二学年

三学年

16

17

16

17

16

16

专业选修课

1

农用电机及维修

2

34

10

24

 

 

4

 

 

 

2

 

 

2

多媒体技术

2

51

19

32

 

 

4

 

 

 

3

 

 

3

农用电网技术

4

68

34

34

 

4

 

 

 

 

4

 

 

4

计算机组装与维

3

48

16

32

 

5

 

 

 

 

 

3

 

5

LED照明技术

3

48

32

16

 

5

 

 

 

 

 

3

 

6

电工仪表

2

32

32

0

 

 

5

 

 

 

 

2

 

 

 

 

7

电机维修

4

64

32

32

 

5

 

 

 

 

 

4

 

 

8

布线实训

2

48

0

 

48

 

5

 

 

 

 

3

 

小计

14

230

92

90

48

 

 

 

 

 

5

8

 

职业技能课

1

电工资格培训

2

32

10

22

 

3

 

 

 

2

 

 

 

2

电子装接资格培训

2

48

12

36

 

5

 

 

 

 

 

3

 

小计

4

80

22

58

 

 

 

 

 

2

 

3

 

集中实践环节

1

军训及入学教育

1

30

 

 

30

 

1

 

 

 

 

 

 

2

LED安装

2

60

 

 

60

 

1-4

0.5

0.5

0.5

0.5

 

 

3

交通指挥灯课程设计

0.5

17

 

 

17

 

4

 

 

 

1

 

 

4

机械手编程训练

0.5

16

 

 

16

 

3

 

 

1

 

 

 

5

电机维修实训

1

32

 

 

32

 

3

 

 

 

2

 

 

8

综合课程实习

6

180

 

 

180

 

6

 

 

 

 

 

6

9

顶岗实践

10

300

 

 

300

 

6

 

 

 

 

 

10

小计

21

635

 

 

635

 

 

 

 

1

3

 

 

合计

133

2602

1085

608

909

 

 

23

24

23

23

24

 

八、集中实践教学环节进程表

序号

实践教学名称

学分

学期

周数

考核形式

目标及要求

1

电子电路课程设计

0.5

4

1

技能考核

初步掌握电子设计与制作的技能。

2

三相异步电机维修

0.5

3

1

技能考核

初步掌握各种电机的维修技能。

3

数控电机维修

1

4

2

技能考核

各种小型电机的检测维修修的能力。

4

工学交替实习

16

6

16

用人单位(根据情况确定)

具有综合解决电工电子和自动化技术方面实际问题的能力。

九、各类课程学时分配比例

课程类别

学时数

百分比

学分数

百分比

公共必修课

409

15.7%

25

18.8%

公共选修课

162

6.2%

9

6.8%

专业必修课

1086

41.7%

60

45.1%

专业选修课

230

8.8%

14

10.5%

职业技能课

80

3.1%

4

3%

, 集中实践环节

635

24.4%

21

15.8%

   

2602

100%

133

100%

理论教学

1085

41.7%

68

51.1%

实践教学

1517

58.3%

65

48.9%

   

2602

100%

133

100%

 附学生毕业设计:

一、引言:我国是一个人均能源相对贫乏的国家,人均能源占有量不足世界水平的一半,随着我国经济的快速发展,我国已成为世界第一耗能大国,但能源使用效率普通偏低, 造成电能浪费现象十分严重。尽管我国电网总装机容量和发电量快速扩容,但仍赶不上用电量增加的速度,供电形势严峻, 节能节电已迫在眉睫。

中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一,电能的消耗非常大,约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计,而实际上在一年中,满负载下运行最多只有十多天,甚至十多个小时,几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载,而与冷冻主机相匹配是冷冻泵。冷却泵却不能自动调节负载,几乎长期在100%负载下运行,造成了能量的极大浪费,也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。随着自动控制变频技术的日益成熟,利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合,构成温差闭环自动控制系统,自动调节水泵的输出流量,达到节能目的提供了可靠的技术条件。与此相应人才需求和高薪就业空间越来越大。

二、中央空调现状

1、系统简介(星级酒店为例)

酒店的中央空调系统改造前的主要设备和控制方式:450冷吨冷气主机2台,型号为特灵二极式离心机,两台并联运行;冷冻水泵和冷却水泵各有3台,型号均为TS-200-150315,扬程32米,配用功率37KW。均采用两用一备的方式运行。冷却塔3台,风扇电机7.5KW,并联运行。

2、系统的运行及存在问题

该酒店是一间五星级酒店。因酒店是一个比较特殊的场所,对客人的舒适度要求比较高,且酒店大部分空间都是全封密的,所以无论是冬天还是夏天,无论是节日还是假日,一年365天都必须供应冷气或暖气。

由于中央空调系统设计时必须按天气最热、负荷最大时设计,且留有10%-20%左右的设计余量。其中冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载,冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。这样,冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行,造成了能量的极大浪费。而且冷冻、冷却水泵采用的均是Y—△起动方式,电机的起动电流均为其额定电流的3—4倍,在如此大的电流冲击下,接触器的使用寿命大大下降;同时,启动时的机械冲击和停泵时的水锤现象,容易对机械器件、轴承、阀门和管道等造成破坏,从而增加维修工作量和备件费用。

另外,由于冷冻泵轴输送的冷量不能跟随系统实际负荷的变化,其热力工况的平衡只能由人工调整冷冻主机出水温度,以及大流量小温差来掩盖。这样,不仅浪费能量,也恶化了系统的运行环境、运行质量。特别是在环境温度偏低、某些末端设备温控稍有失灵或灵敏度不高时,将会导致大面积空调室温偏冷,感觉不适,严重干扰中央空调系统的运行质量。因为空调偏冷的问题经常接到客人的投诉,处理这些投诉造成不少人力资源的浪费。而最重要的是对酒店造成负面影响。

作为酒店工程部电气主管,应掌握一定的变频节能知识,利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等构成的温差闭环自动调速系统。对冷冻、冷却水泵进行改造,以节约电能。此项计划一定能获得酒店领导批准。最好选择在空调负荷较低期间(2月份)进行改造工程。

三、节能改造的可行性分析

   改造方案主要有:方案一是通过关小水阀门来控制流量,经测试达不到节能效果。且控制不好会引起冷冻水未端压力偏低,造成高层用户温度过高,也常引起冷却水流量偏小,造成冷却水散热不够,温度偏高;方案二是根据制冷主机负载较轻时实行间歇停机,但再次起动主机时,主机负荷较大,实际上并不省电,且易造成空调时冷时热,令人产生不适感;方案三是采用变频器调速,由人工根据负荷轻重调整变频器的频率,这种方法人为因素较大,虽然投资较小,但达不到最大节能效果;方案四是通过变频器、PLC、数模转换模块、温度模块和温度传感器等构成温差闭环自动控制,根据负载轻重自动调整水泵的运行频率,排除了人为操作错误的因素。虽然一次投入成本较高,但这种方法在社会上已经被广泛应用,已经证实是切实可行的高效节能方法。最后决定采用方案四对酒店冷冻、冷却泵进行节能改造。以下是分析过程:

1、        中央空调系统简介

中央空调系统结构图 图一

中央空调系统的工作过程是一个不断进行能量转换以及热交换的过程。其理想运行状态是:在冷冻水循环系统中,在冷冻泵的作用下冷冻水流经冷冻主机,在蒸发器进行热交换,被吸热降温后(7C)被送到终端盘管风机或空调风机,经表冷器吸收空调室内空气的热量升温后(12C),再由冷冻泵送到主机蒸发器形成闭合循环。在冷却水循环系统中,在冷却泵的作用下冷却水流经冷冻机,在冷凝器吸热升温后(37C)被送到冷却塔,经风扇散热后(32C)再由冷却泵送到主机,形成循环。在这个过程里,冷冻水、冷却水作为能量传递的载体,在冷冻泵、冷却泵得到动能不停地循环在各自的管道系统里,不断地将室内的热量经冷冻机的作用,由冷却塔排出。如图一所示。

在中央空调系统设计中,冷冻泵、冷却泵的装机容量是取系统最大负荷再增加10%—20%余量作为设计安全系数。据统计,在传统的中央空调系统中,冷冻水、冷却水循环用电约占系统用电的12%—24%,而在冷冻主机低负荷运行时,冷却水、冷冻水循环用电就达30%—40%。因此,实施对冷冻水和冷却水循环系统的能量自动控制是中央空调系统节能改造及自动控制的重要组成部分。

2、泵的特性分析与节能原理

泵是一种平方转矩负载,其转速 n 与流量 Q, 扬程 H 及泵的轴功率 N 的关系如下式所示:

Q1=Q2(n1/n2) H1=H2(n12/n22)  N1=N2(n13/n23)     (1-1)

上式表明,泵的流量与其转速成正比,泵的扬程与其转速的平方成正比, 泵的轴功率与其转速的立方成正比。当电动机驱动泵时,电动机的轴功率P(kw) 可按下式计算:

          P=ρQH/ηcηF×10-2             (1-2)

式中: P:电动机的轴功率(KW

        Q:流量(m3/s

        ρ:液体的密度(Kg/m-2

       ηc:传动装置效率

       ηF:泵的效率

       H:全扬程(m

 调节流量的方法:

图二

如图二所示,曲线1是阀门全部打开时,供水系统的阻力特性;曲线2是额定转速时,泵的扬程特性。这时供水系统的工作点为A点:流量QA,扬程HA;由(1-2)式可知电动机轴功率与面积OQAAHA成正比。今欲将流量减少为QB,主要的调节方法有两种:

1)转速不变,将阀门关小  这时阻力特性如曲线3所示,工作点移至B点:流量QB,扬程HB,电动机的轴功率与面积OQBBHB成正比。

2)阀门开度不变,降低转速,这时扬程特性曲线如曲线4所示,工作点移至C点:流量仍为QB,但扬程为HC,电动机的轴功率与面积OQBCHC成正比。

对比以上两种方法,可以十分明显地看出,采用调节转速的方法调节流量,电动机所用的功率将大为减小,是一种能够显著节约能源的方法。

  根据异步电动机原理

         n=60f/p(1-s)             (1-3)

式中:n:转速     f:频率    p:电机磁极对数      s:转差率

由(13)式可见,调节转速有3种方法,改变频率、改变电机磁极对数、改变转差率。在以上调速方法中,变频调速性能最好,调速范围大,静态稳定性好,运行效率高。因此改变频率而改变转速的方法最方便有效。

根据以上分析,结合酒店中央空调的运行特征,利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块和温度传感器等组成温差闭环自动控制,对中央空调水循环系统进行节能改造是切实可行,较完善的高效节能方案。

四、节能改造的具体方案

1、主电路的控制设计

根据具体情况,同时考虑到成本控制,原有的电器设备尽可能的利用。冷冻水泵及冷却水泵均采用两用一备的方式运行,因备用泵转换时间与空调主机转换时间一致,均为一个月转换一次,切换频率不高,决定将冷冻水泵和冷却水泵电机的主备切换控制利用原有电器设备,通过接触器、启停按钮、转换开关进行电气和机械互锁。确保每台水泵只能由一台变频器拖动,避免两台变频器同时拖动同一台水泵造成交流短路事故;并且每台变频器任何时间只能拖动一台水泵,以免一台变频器同时拖动两台水泵而过载。

以下为冷冻水泵与冷却水泵一、二次接线图:

图三(冷却泵一次接线图)

图四(冷却泵二次接线图)

图五(冷冻泵一次接线图)

图六(冷冻泵二次接线图)

2、变频器的控制方式

变频器的启停及频率自动调节由PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块进行温差闭环控制,手动/自动切换和手动频率上升、下降由PLC控制。

3  主要设备选型

考虑到设备的运行稳定性及性价比,以及水泵电机的匹配。选用三菱FR-F540-37K-CH变频器;PLC所需I/O点数为:输入24点、输出14点,考虑到输入输出需留一定的备用量,以及系统的可靠性和价格因素,选用FX2N-64MR三菱PLC;温度传感器模块FX2N-4AD-PT,该模块是温度传感器专用的模拟量输入A/D转换模块,有4路模拟信号输入通道(CH1CH2CH3CH4),接收冷冻水泵和冷却水泵进出水温度传感器输出的模拟量信号;温度传感器选用PT-100 3850RPM/℃电压型温度传感器,其额定温度输入范围-100℃—600℃,电压输出0—10V,对应的模拟数字输出-1000—6000;模拟量输出模块型号为FX2N-4DA,是4通道D/A转换模块,每个通道可单独设置电压或电流输出,是一种具有高精确度的输出模块。

4  改造需要增加的设备:

   

   

   

PLC

1

FX2N-64MR

变频器

4

FR-F540-37K-CH

温度传感器输入模块

1

FX2N-4AD-PT

温度传感器

4

PT-100 3850RPM/℃

模拟量输出模块

1

FX2N-4DA

转换开关

2

250V/5A

启动按钮

18

250V/5A

停止按钮

2

250V/5A

五、主要设备的特性简介

1、变频器  随着微电子技术,电力电子技术,全数字控制技术的发展,变频器的应用越来越广泛。变频器能均匀的改变电源的频率,因而能平滑的改变交流电动机的转速,由于兼有调频调压功能,所以在各种异步电动机调速系统中效率最高,性能最好。变频器分为间接变频和直接变频,变频水泵采用间接变频方式。间接变频装置的特点是将工频交流电源通过整流器变成直流,再经过逆变器将直流变成频率可控的交流电。变频器以软启动取代Y降压启动,降低了启动电流对供电设备的冲击,减少了振动及噪音。

2PLC PLC是一种以微处理器为核心,综合了计算机技术,半导体存储技术和自动控制技术的新型工业控制器。PLC与传统的继电器控制比较,有以下特点:

1)通用性好,接线简单,通过选配相应的模块,可适应用于各控制系统。

2)功能强,可以通过编程实现任意复杂的控制功能。除逻辑控制功能外,还具有模拟量控制,顺序控制,位置控制,高速计数以及网络通信等功能。

3)可靠性高,无机械触点,消除了电弧损害,接触不良等,使用寿命长。

4)定时准确,定时范围宽。

5)体积小,耗电小。

6)编程和接线可同步进行,扩展灵活,维修方便。

六、变频节能技术框图及改造原理分析

下图为变频节能系统示意图

变频节能示意图 图七

1、对冷冻泵进行变频改造

控制原理说明如下:PLC控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存,并计算出温差值;然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的转速,调节出水的流量,控制热交换的速度;温差大,说明室内温度高系统负荷大,应提高冷冻泵的转速,加快冷冻水的循环速度和流量,加快热交换的速度;反之温差小,则说明室内温度低,系统负荷小,可降低冷冻泵的转速,减缓冷冻水的循环速度和流量,减缓热交换的速度以节约电能;

2、对冷却泵进行变频改造

由于冷冻机组运行时,其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温,再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的。冷却水进水出水温差大,说明冷冻机负荷大,需冷却水带走的热量大,应提高冷却泵的转速,加大冷却水的循环量;温差小,则说明,冷冻机负荷小,需带走的热量小,可降低冷却泵的转速,减小冷却水的循环量,以节约电能。

七、三菱FR-F540-37K-CH变频器主要参数的设定

Pr.160   :  0        允许所有参数的读/

Pr.1     :  50.00    变频器的上限频率为50Hz

Pr.2     :  30.00    变频器的下限频率为30Hz

Pr.7     :  30.0     变频器的加速时间为30S

Pr.8     :  30.0     变频器的减速时间为30S

Pr.9     :  65.00    变频器的电子热保护为65A

Pr.52    :  14       变频器DU面板的第三监视功能为变频器的输出功率

Pr.60    :  4        智能模式选择为节能模块

Pr.73    :  0        设定端子25间的频率设定为电压信号010V

Pr.79    :  2        变频器的操作模式为外部运行

八、三菱PLC控制器FX2N-64MR与三菱FR-F540-37K-CH变频器的接线以及I/O分配

1I/O分配:

X0:1#冷却泵报警信号

X1:1#冷却泵运行信号

X2:2#冷却泵报警信号

X3:2#冷却泵运行信号

X4:1#冷冻泵报警信号

X5:1#冷冻泵运行信号

X6:2#冷冻泵报警信号

X7:2#冷冻泵运行信号

X10:冷却泵报警复位

X11:冷冻泵报警复位

X12:冷却泵手/自动调速切换

X13:冷冻泵手/自动调速切换

X14:冷却泵手动频率上升

X15:冷却泵手动频率下降

X16:冷冻泵手动频率上升

X17:冷冻泵手动频率下降

X20:1#冷却泵启动信号   

X21: 1#冷却泵停止信号

X22:2#冷却泵启动信号   

X23: 2#冷却泵停止信号

X24:1#冷冻泵启动信号   

X25: 1#冷冻泵停止信号

X26:2#冷冻泵启动信号   

X27: 2#冷冻泵停止信号

Y2:冷却泵自动调速信号

Y3: 冷冻泵自动调速信号

Y4:1#冷却泵报警信号

Y5: 2#冷却泵报警信号

Y6:1#冷冻泵报警信号

Y7: 2#冷冻泵报警信号

Y10:1#冷却泵启动

Y11:1#冷却泵变频器报警复位

Y12:2#冷却泵启动   

Y13:2#冷却泵变频器报警复位

Y14:1#冷冻泵启动

Y15:1#冷冻泵变频器报警复位

Y16:2#冷冻泵启动   

Y17:2#冷冻泵变频器报警复位

2、接线图:

图八  PLC与变频器接线图

九、三菱FX2N64MR  PLC主要部分程序分析

1、冷冻水出回水和冷却水进出水的温度检测及温差计算程序

根据计算出来的冷冻水出回水温差和冷却水进出水温差,分别对冷冻泵变频器和冷却泵变频器进行无级调速的自动控制,温差变小变频器的运行频率下降(频率下限为30Hz),温差变大,则变频器的运行频率上升(频率上限50Hz),从而实现恒温差的控制,实现最大限度的节能运行。

2、        FX2N-4DA  4通道的D/A转换模块程序分析

D/A转换模块的数字量入口地址为:CH1通道:D1100CH2通道:D1101CH3          通道:D1102CH4通道:D1103;数字量的范围为-2000+2000,对应的电压输出为-10V+10V,变频器输入模拟电压为0+10V,对应30Hz50Hz的数字量为+1200+2000,为保证2台冷却泵之间的变频器运行频率的同步一致,使用了   LD M8000   MOV D1100 D1101 2台冷冻泵也使用了 LD M8000  MOV D1102 D1103  的指令。

3、        手动调速PLC程序分析(以冷却泵为例)

X14为冷却泵手动频率上升, X15为冷却泵手动频率下降,每次频率调整0.5Hz,所有手动频率的上限50Hz,下限30Hz

4、手动调速和自动调速的切换程序

X12为冷却泵手/自动调速切换开关;X13为冷冻泵手/自动调速切换开关;

5、温差自动调速程序(以冷却泵为例说明)

温差采样周期,因温度变化缓慢,时间定为5秒能满足实际需要;当温差小于4.8℃时,变频器运行频率下降,每次调整0.5Hz;当温差大于5.2℃时,变频器运行频率上升,每次调整0.5Hz;当冷却进出水温差在4.85.2℃时不调整变频器的运行频率。从而保证冷却泵进出水的温差恒定,实现节能运行。

6、冷冻泵和冷却泵的变频器运行和停止控制

2台变频器驱动的冷却泵和2台变频器驱动的冷冻泵的起停控制用简单逻辑顺序的控制,PLC程序。

7、变频器的保护和故障复位控制

变频器的过电流电子热保护动作时PLC能自动检测,给出报警信号,提醒值班人员及时处理,以下为变频器故障后的复位PLC程序:

十、实际调试及遇到的问题

1、整改设备安装完毕后,先将编好的程序写入PLC,设定变频器参数,检查电器部分并逐级通电调试。

2、投入试运行时,在人为地减少负荷,冷冻泵频率自动降到30Hz时,冷冻主机故障停机,经查是由于冷冻水水流开关动作造成,经维修(更换)后恢复正常。

3、当仅开一台机组,冷冻泵运行在25Hz时,(首次设定频率下限为25Hz。)发现顶层部分房间的冷冻水流量偏小,温升偏高,不能满足冷量需求。经现场分析:虽然冷冻水循环为垂直及水平同程系统,各楼层负载管道水阻几乎相等,但由于管道最远处达100多米,管道保温也有不太理想的地方,冷冻水沿程的冷量损失较大,最后将冷冻水管道保温重新检修;冷冻泵频率下限也调整至30Hz。经维修、调整后,检测各点工作状况达到较理想要求。

4、用高精度温度计检测各点温度,以便检验温度传感器的精确度及校验各工况状态。将二楼西餐厅、地下一层桑拿按摩中心等负荷需求不大或装机容量偏大的设备,手动调小阀门,避免电动阀的频繁开停或造成局部的大流量小温差。

5、冷却水循环也遇到类似冷冻水系统相似的问题,首次将冷却泵频率下限设为25Hz,在试运行时,冷却塔布水器不能均匀转动布水,最后调整为30Hz,恢复正常。

十一、技术改造后的运行效果比较

1、节能效果及投资回报 进行技术改造后,系统的实际节电率与负荷状态、天气温度变化等因素有一定关系。根据系统改造后一年的运行记录,参考上年度实际用电情况,共节约用电约22.2万度(见附表一、附表二节能改造前后实测用电对比),电价按1.0/KWH计算,每年可节约22万元,平均节能在30.85%。经济效益十分显著。这次设备改造总投资13万元,改造后投入运行不用一年即已收回成本,以后每年可为酒店节约用电约22万元。

2、对系统的正面影响

由于冷冻泵、冷却泵采用了变频器软启停,消除了原来Y- Δ启动大电流对电网的冲击,用电环境得到了改善;消除了Y- Δ 启停水泵产生的水锤现象对管道、阀门、压力表等的损害;消除了原来直接启停水泵造成的机械冲击,电机及水泵的轴承、轴封等机械磨擦大大减少,机械部件的使用寿命得到延长 ;由于水泵大多数时间运行在额定转速以下,电机的噪声、温升及震动都大大减少,电气故障也比原来降低,电机使用寿命也相应延长。

由于采用了温差闭环变频调速,提高了冷冻机组的工作效率,提高了自动化水平。原来几乎每天都要对冷冻机出水温度进行调整,现在仅在环境温度变化较大时进行调整冷冻机出水温度。减少了人为因数的影响,大大优化了系统的运行环境、运行质量,酒店的空调室温比原来更平稳均匀了。

十二、结论

酒店中央空调节能改造是我校高级电气工程师和中央空调设计师必修课程,系统改造也是实战性比较强的课程,至今在其它供水系统广泛推广。利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等组成的温差闭环自动控制系统,对中央空调系统的节能改造多次实验是成功的。由此可培养大批应用水电工程师人才。

附表一: 1号冷冻泵冷却泵节能改造前后实测用电比较


日期及运

行时间

装变频器前

(设备功率37KW×2

装变频器后

(设备功37KW×2

节能效果

月份

小时

平均功率

KWH

用电量(KW, H<,, /SPAN>),

平均功率

用电量(KWH

节电量KWH

节电率(%

4

519

692

35914.8

44.3

22986

12928.8

36

5

547

37852.4

46

24793

13059.4

34.5

6

583

40343.6

51

29733

10610.6

26.3

7

621

42973.2

52.8

32788

10185.2

23.7

8

617

42696.4

53.3

32620

10076.4

23.6

9

604

41796.8

52.2

31055

10741.8

25.7

10

540

37368

48.8

25672

11696

31.3

11

337

23320.4

43.2

14575

8745.4

37.5

12

219

15154.8

41.9

9168

5986.8

39.5

1

163

11279.6

38.4

6260

5019.6

44.5

2

140

9688

37

5183

4505

46.5

3

397

27472.4

43.2

16758

10714.4

39

合计

5287

 

365860.4

 

251595

114265.4

31.2


附表二: 2号冷冻泵冷却泵节能改造前后实测用电比较


日期及运行时间

装变频器前

(设备功率37KW×2

装变频器后

(设备功率37KW×2

节能效果

月份

小时

平均功率

KWH

用电量(KWH

平均功率

用电量(KWH

节电量(KWH)

节电率

%

4

507

692

35084.4

44.6,

22629

12455.4

35.5

5

533

36883.6

46.2

24638

12245.6

33.2

6

597

41312.4

51.2

30571

10741.4

26

7

603

41727.6

52.9

31921

9806.6

23.5

8

627

43388.4

53.3

33409

9979.4

23

9

570

39444

52.1

29701

9743

24.7