基于PLC控制的船舶水源热泵空调系统

论文摘要

本文主要分析和研究船舶热泵系统的工作原理、PLC控制系统的设计方法。热泵的工作原理是基于逆卡诺循环,采用电能驱动,从低温热源中吸取热量,并将其传输给高温热源以供使用,传输到高温热源中的热量不仅大于所消耗的能量,而且大于从低温热源中吸收的能量,从而达到节能的目的。压缩机属于泵类负载,经分析可以发现,不改变压缩机转速,只改变循环系统的阀门开度时,其消耗的能量很大;而在保证循环系统的阀门开度不变时,通过变频只改变压缩机转速,其消耗的能量很低,是一种能够显著节约能源的方法。使用变频调速装置后,由于变频器内部滤波电容的作用,系统中的cosφ≈1,从而减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。使用变频节能装置后,利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,大大降低了压缩机电动机因频繁起动而造成的能量损耗。本文给出了PLC电气控制原理图,变频器的原理及选用,船舶热泵系统数学模型的建立方法与仿真方法。结果表明:通过上述设计,可以验证船舶水源热泵空调可以达到能效比(性能系数)为3.0～5.7的目标,该方法对于千吨以上、吃水较深的大型船舶效果会更好。对于空气源热泵空调系统的能效比(性能系数)为2.2～3.8来说,意味着可以节省30～40%的能源,潜力巨大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究船舶空调的背景
• 1.2 国内外研究情况
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题的研究意义
• 1.4 课题研究的内容
• 1.5 小结
• 第二章 热泵技术综述
• 2.1 热泵系统的工作原理
• 2.1.1 热泵的定义
• 2.1.2 热泵系统的工作原理
• 2.1.3 热泵节能原理
• 2.2 热泵系统的分类
• 2.2.1 空气源热泵系统
• 2.2.2 土壤源热泵系统
• 2.2.3 水源热泵系统
• 2.3 水源热泵系统的特点
• 2.3.1 属可再生能源利用技术
• 2.3.2 属经济有效的节能技术
• 2.3.3 环境效益显著
• 2.4 小结
• 第三章 泵类负载的变频节能原理
• 3.1 变频器概述
• 3.1.1 变频空调与普通空调的比较
• 3.1.2 变频空调的控制特点
• 3.1.3 变频器基本结构
• 3.1.4 变频器的分类
• 3.1.5 变频器的控制方式
• 3.2 变频节能原理
• 3.2.1 泵类负载变频节能
• 3.2.2 功率因数补偿节能
• 3.2.3 软启动节能
• 3.3 小结
• 第四章 PLC控制船舶水源热泵空调系统设计
• 4.1 PLC可编程控制器概述
• 4.2 系统总原理框图设计
• 4.3 电气控制部分的设计
• 4.4 PLC控制部分设计
• 4.4.1 PLC控制部分原理图
• 4.4.2 PLC选型及I/O功能表
• 4.4.3 PLC控制系统工作流程图
• 4.4.4 PLC控制系统梯形图
• 4.4.5 PLC控制系统语句表
• 4.5 变频器与西门子S7-200的通讯
• 4.5.1 变频器的选型及特点
• 4.5.2 变频器HOLIP与西门子S7-200的通讯
• 4.6 小结
• 第五章 船舶热泵系统数学模型与仿真
• 5.1 冬夏季与海水（河水）换热量计算
• 5.2 船舶舱底热交换器设计
• 5.3 压缩机的数学模型
• 5.3.1 压缩机的理论工况数学模型
• 5.3.2 压缩机的实际工况数学模型
• 5.4 冷凝器、蒸发器的数学模型
• 5.4.1 冷凝器的数学模型
• 5.4.2 蒸发器的数学模型
• 5.5 水源热泵机组的数学模型与仿真
• 5.5.1 水源热泵机组的数学模型
• 5.5.2 水源热泵机组的运行仿真结果
• 5.6 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢