Abstract: This paper mainly introduces the whole solution of Delta electromechanical products in central air-condition’s constant temperature system.The control system puts ice water valve’s opening in control frame to regulate ice water’s flux timly.At the same time the system can match the motor’s rotate speed and ice water valve’s opening so that it can fulfill the system’s constant temperature control based on temperature controller’s PID operation.The operation practice proves that Delta products can work with good performance and stability, so it’s worth being widely spread.
Key words: Central air-condition; Temperature controller; PID; Delta HMI
1 前言
在大樓或廠房的中央空調系統中，大部份的架構是由冰水主機制造冰水后再流經各區域的送風箱送出冷空氣。一般傳統的控制上，是以變頻器對送風箱馬達做變頻(變轉速)的控制，以控制出風量的大小。而單使用風量的調節是無法達到恒溫的要求，只能適時的減低轉速以減少冷房出力及降低馬達本身電能的浪費。因此恒溫控制上，則必需同時把冰水閥門的開度一起納入控制架構中以適時的調節冰水的流量，此時再配合溫控器上的PID 運算即可對馬達轉速及冰水閥的開度做相互配合而完成定溫控制的目地。
臺達機電至今已經能為客戶提供PLC控制器、溫度控制器、計數器、人機界面、變頻驅動器、伺服驅動器、數控系統等一系列產品，可以向客戶提供完善可靠的機電一體化解決方案。本文基于臺達機電產品在中央空調恒溫系統上的應用，實現了空調恒溫系統的良好控制，效果良好，得到業界同行認可。
2 控制系統
2.1 系統框圖
以下是以單一區域(一個樓層或獨立會議室)做恒溫控制，并且使用最經濟的臺達產品架構即可達到人性化的操作接口。系統框架圖如圖1所示：
圖1 系統控制框架圖
系統通過上位臺達HMI進行控制系統的監控，通過RS485協議連接臺達變頻器和溫控器；前者用于驅動送風量，后者用于控制三通冰水閥；這樣通過送風量和冰水閥的調節就可以實現對中央空調恒溫系統的有效控制。
2.2 系統效益說明
在一般的傳統控制系統中，因馬達送風為定頻出力，會造成環溫已到達設定溫時，仍輸出過多冷房能力，造成環溫太低以致人員的舒適度不佳，也造成能源的浪費。配合臺達HMI 及溫控器的使用，即可提供一個方便的使用接口來精確設定所要的室溫(達小數下一位)，并且藉由溫控器PID 運算功能，適度開啟閥門的開度及調節送風量達到恒溫的要求，也可以減少冰水消耗以節省冰水機的電力耗能。因此藉由小額的工程及材料費用即可達到舒適環境及每日節能的效果。
2.3 系統改造效果評估
于理論的學理上，馬達的轉速和耗能為3 次方關系，因此當馬達的頻率由60Hz 降為30Hz 時，此時的耗能只需1/8。但由于空調環境中有人員產生CO2 的問題，因此經驗上通常最低的運轉頻率為不低于30Hz，以達到空氣正常循環的要求。而冰水閥的開度調整可適時調節冰水流量，若是系統中有多部冰水機供應冰水，此時也可利用PLC 程序判斷是否要將部份冰水機卸載以減少多部冰水機連轉所造成的能源浪費。
2.4 系統設備配置
系統配置如表1所示。
2.5 系統配線圖
系統接線圖如圖2和圖3所示。
3 程序及操作說明
此系統中未使用到PLC，因此一些簡易的判斷程序，將利用HMI 上的宏來實現，以下將說明畫面架構及內部中所編寫的宏程序。
(變頻器站號為1，溫控器站號為3)
HMI 畫面如圖4所示:
宏程序:
宏一共分為3 部份，(clock 宏、按鈕on/off 宏及cycle 宏)。
Clock 宏說明: 計算出變頻器的運轉頻率，并寫至變頻器中。
1) 批注
2) 把溫控器H1000(PV 值)讀出放到$100 中供畫面顯示用)
3) 把溫控H1012(輸出量)讀出放到$102 中。
4) 由于輸出量$102 為小數下一位，因此除10只取出整數部份$103 供畫面顯示用。
5) 批注
6) 當溫控輸出量$102 小于60.0%時，跳到LABEL1 中，把$150 設為3000(即變頻器運轉頻率為30.00Hz)。由于變頻器最低運行為30Hz，利用此行宏控制住。
7) 若溫控輸出量$102 大于60.0%時，把輸出量*5 傳到$150
中。(當溫控輸出量為60%~100%當中，送風率變化30
~50Hz，因60Hz 風量太大，因此最大頻率控制在50Hz)
8) 跳至第11 行。
9) LABEL1 位置。相關宏程序如圖5所示。
10) 當溫控輸出量$102 小于60.0%時，變頻器運轉頻率$150 固定為30.00Hz。
11) LABEL2 位置。
12) 把宏程序算出的運轉頻率$150 傳送給變頻器H2001(頻率命令)緩存器來改變設定值。
13) 由于變頻器的頻率設定值$150 為小數下2 位，因此除100 取出整數部份至$200 中，供畫面顯示用。
按鈕on/off 宏說明: 按下啟動/停止鈕后，啟動/停止變頻器。啟動畫面如圖6所示。
1) 按鈕型式為交替型，當按鈕為ON 時，啟動 ”編輯
ON 宏” ，把變頻器中H2000(對驅動器的命令)設為2，此時變頻器即啟動運轉。
2) 按鈕型式為交替型，當按鈕為OFF 時，啟動 ”編輯OFF 宏” ，把變頻器中H2000(對驅動器的命令)設為1，此時變頻器即停止運轉。
Cycle 宏說明: 當變頻器于Run 狀態時，讓風扇產生轉動的動畫來呈現。狀態圖畫面如圖7所示。
1) 讀取變頻器H2101.0(LED Run 燈狀態)，當Run 燈
為ON 時，開始改變風扇的8 張動畫狀態圖。
2) 移至第9 行。
3) LABEL1 位置
4) 當動畫已顯示到第8 張時，跳至LABEL10 位置
把$160=0，以切回第1 張。
5) 還未到第8 張時，$160 的值加1，以顯示下一張。
6) 移至第9 行。
7) LABEL10 位置
8) 當上方程式已顯示到第8 張時，程序跳到此處
把$160=0 以切回第一張。
9) LABEL2 位置
4 溫控器PID 設定原理
以上的內容中，我們有提到溫控器中的PID 參數分別為P=1，I=240，D=0 對冰水閥執行控制后即可達到恒溫的目的。原因在于空調的環境相對于工業的設備是屬于溫度變化很緩慢的系統，因此我們并不需要以執行AutoTurning 的動作來取得PID 值，而直接透由以下慨念性的PID 觀念即可手動設定出我們實際的需要。
于控器中的輸出量總合，是由P 量 + I 量 + D 量 + IOF來取得，而
