PLC控制器在中央空調(diào)上的應(yīng)用設(shè)計(jì)

摘要： 可編程控制器由于其在工業(yè)控制方面的應(yīng)用意義日趨明顯，它具有編譯簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、使用可靠、維修簡(jiǎn)單等許多優(yōu)點(diǎn)，并且在很多地方已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。與此同時(shí),智能化中央空調(diào)也正被廣泛地應(yīng)用,在將其倆雙雙結(jié)合的情況下,不僅促進(jìn)了科技的發(fā)展,也提高了人民生活水平。 關(guān)鍵詞： PLC 控制系統(tǒng) 智能化 編程 控制器 1 概述 1.1 引言 　　 隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會(huì)高度信息化，新的高科技技術(shù)不斷應(yīng)用到各個(gè)方面中，使得智能化已成為一種發(fā)展的必然趨勢(shì)。智能化也往往是從設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)開始。本文主要根據(jù)個(gè)人工作經(jīng)驗(yàn)就一臺(tái)水冷螺桿機(jī)組來闡述PLC控制設(shè)計(jì)與智能化中央空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)系。 1.2 PLC原理及應(yīng)用 中央空調(diào)冷凍系統(tǒng)的控制有3種控制方式：早期的繼電器控制系統(tǒng)、直接數(shù)字式控制器DDC以及PLC(可編程序控制器)控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高，系統(tǒng)復(fù)雜，功耗高等明顯的缺點(diǎn)已逐漸被人們所淘汰，直接數(shù)字式控制器DDC雖然在智能化方面有了很大的發(fā)展。但由于DDC其本身的抗干擾能力問題和分級(jí)分步式結(jié)構(gòu)的局限性而限制了其應(yīng)用范圍。相反，PLC控制系統(tǒng)以其運(yùn)行可靠、使用與維護(hù)均很方便，抗干擾能力強(qiáng)，適合新型高速網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)這些顯著的優(yōu)點(diǎn)使其逐步得到廣泛的應(yīng)用。 可編程控制器是計(jì)算機(jī)家族中的一員。于上個(gè)世紀(jì)中后葉被發(fā)明后，在機(jī)床、各種流水線的輸送機(jī)械、發(fā)電、化工、電子等行業(yè)工藝設(shè)備的電氣控制方面得到了廣泛的應(yīng)用，早期的可編程控制器被稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）, 即簡(jiǎn)稱為PLC。 PLC具有功能強(qiáng)大、使用可靠、維修簡(jiǎn)便等許多優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于傳統(tǒng)的繼電器電路來說，它難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯功能的和數(shù)字式控制，而且要實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模的邏輯控制功能不僅設(shè)計(jì)繁瑣，難以實(shí)現(xiàn)升級(jí)，并易發(fā)故障，維修復(fù)雜，現(xiàn)在已被大中型設(shè)備的控制系統(tǒng)所拋棄。而PLC正被廣泛的應(yīng)用并且已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。隨著科學(xué)技術(shù)不斷的飛躍發(fā)展，PLC也不斷得到完善和強(qiáng)大，同時(shí)它的功能也大大超過了邏輯控制的范圍，如聯(lián)網(wǎng)通信功能和自診斷功能等。因此今天這種裝置被我們稱作可編程控制器，不過我們還是習(xí)慣簡(jiǎn)稱這種裝置為PLC。 　　 2 PLC的體系結(jié)構(gòu) PLC結(jié)構(gòu)圖 PLC實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一致的。如圖2.1.1所示：

圖2.1.1 PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)

PLC主要是模塊式的，包含CPU模塊、I/O模塊等，PLC一端接傳感器，另一端接執(zhí)行器，從傳感器得到的數(shù)據(jù)經(jīng)PLC讀、運(yùn)算等處理下達(dá)給執(zhí)行器，執(zhí)行器動(dòng)作。PLC相當(dāng)于繼電器的作用，其好處是可靠性高，自動(dòng)化程度高、可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化等。 3 PLC控制系統(tǒng)主要功能與特點(diǎn) 3.1 PLC控制系統(tǒng)功能說明 在中央空調(diào)系統(tǒng)上PLC系統(tǒng)有如下功能： ◆ 數(shù)據(jù)顯示功能 顯示機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，包括冷水出口溫度、冷水入口溫度、冷卻水出口溫度、冷卻水入口溫度、蒸汽壓力、蒸汽閥門開度，以及溶液泵、冷劑泵等所有屏蔽泵的運(yùn)行狀態(tài)和各種故障報(bào)警的詳細(xì)信息。 歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及檢索功能 對(duì)重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)間最長為10年?？梢酝ㄟ^歷史報(bào)表或者歷史趨勢(shì)曲線的方式檢索歷史數(shù)據(jù)。 ◆ 控制功能 根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，并考慮經(jīng)驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，PLC應(yīng)用反饋數(shù)據(jù) (如室內(nèi)溫度等)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，以保證運(yùn)行參數(shù)滿足系統(tǒng)要求?？刂葡到y(tǒng)有三種運(yùn)行方式：就地手動(dòng)、軟手動(dòng)和自動(dòng)。就地手動(dòng)就是通過就地手動(dòng)操作設(shè)備對(duì)機(jī)組進(jìn)行控制，軟手動(dòng)是通過PLC對(duì)機(jī)組進(jìn)行手動(dòng)控制，自動(dòng)則是根據(jù)編好的控制程序自動(dòng)控制相關(guān)設(shè)備的啟、停及調(diào)節(jié)量。采用程序控制方式，杜絕冷劑污染，有效便捷地實(shí)現(xiàn)冷水、冷卻水的變頻控制。通過有效合理地開、?？刂?，達(dá)到啟動(dòng)速度快、停機(jī)時(shí)間短的目的，即能節(jié)省能耗，還能避免結(jié)晶，從而提高中央空調(diào)系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。 ◆ 連鎖與保護(hù)功能 各機(jī)組相關(guān)設(shè)備的啟、停具有一定的連鎖關(guān)系和時(shí)間順序，該功能由PLC的連鎖程序完成。同時(shí)，為保證機(jī)組的可靠運(yùn)行，對(duì)相關(guān)參數(shù)采取了一定的保護(hù)措施，如冷水、冷卻水與機(jī)組的連鎖控制、冷卻水系統(tǒng)與冷卻塔的連鎖控制等。 3.2 系統(tǒng)特點(diǎn) ◆ 靈活性 本控制系統(tǒng)選用可利用公司的小型一體化PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)空調(diào)主機(jī)控制系統(tǒng)中的單片機(jī)，較大程度地提高了系統(tǒng)配置及控制的靈活性，能更好地滿足不同用戶的不同需求。同時(shí)，明顯縮短了程序開發(fā)周期。 ◆ 高可靠性 PLC控制核心能夠在惡劣的環(huán)境中長期可靠、無故障運(yùn)行，并且易接線、易維護(hù)、隔離性好、抗腐蝕能力強(qiáng)，能適應(yīng)較寬的溫度變化范圍，平均無故障時(shí)間間隔(MTBF)大于15年。 ◆ 強(qiáng)大的功能 現(xiàn)代的PLC的編程語言遵從易學(xué)、易懂、易用的標(biāo)準(zhǔn)。除了具備傳統(tǒng)PLC助記符和梯形圖編程功能外，還具有結(jié)構(gòu)化語言和順序功能圖編程功能。PLC提供各種功能模塊，包括各種通訊功能選擇、通訊參數(shù)設(shè)置，以及可以具體到某年、某月、某日、某個(gè)時(shí)刻的多種定時(shí)器和超長定時(shí)器等，方便了各種功能的實(shí)現(xiàn)，有利于縮短開發(fā)周期和節(jié)省程序容量。 4 控制方法 4.1 對(duì)于冷凍水系統(tǒng)，其出水溫度取決于蒸發(fā)器的設(shè)定值，而回水溫度取決于蒸發(fā)器接收的熱量，中央空調(diào)冷凍水出水溫度與冷凍水的回水溫度設(shè)計(jì)最大溫差為：5℃（比如：出水7℃，回水12℃），現(xiàn)采用在蒸發(fā)器出水管和回水管上裝有檢測(cè)其溫度的變送器、PID溫差調(diào)節(jié)器和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過冷凍水溫差（如：△T=5℃）控制，即可使冷凍水泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)于熱負(fù)載的變化而變化。 4.2 對(duì)于冷凍水系統(tǒng)，由于低溫冷凍水的溫度取決于冷卻塔的工作情況，我們只需控制高溫冷凍水（ 冷凝器出水）的溫度，即可控制溫差。現(xiàn)采用溫差變送器、 PID 調(diào)節(jié)器和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，冷凝器出水的溫度控制在 T2 （ 如： 37℃），使冷卻水泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)于熱負(fù)載的變化而變化。 5 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用總結(jié) 由于整個(gè)實(shí)驗(yàn)室正在逐步籌劃和建設(shè)的過程中，許多設(shè)計(jì)還處于探討之中，眾多功能還未付諸實(shí)施。 現(xiàn)在本文就系統(tǒng)改造實(shí)現(xiàn)情況作簡(jiǎn)單介紹：本文的系統(tǒng)調(diào)試應(yīng)分為兩步，設(shè)備電氣控制系統(tǒng)調(diào)試和中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)調(diào)試。我們就已完成的設(shè)備電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試及使用情況作一下說明：針對(duì)實(shí)驗(yàn)室的要求：要求電氣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，感溫精確度高，維護(hù)方便壽命長，并能聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行管理。除此之外在實(shí)際使用中由于壓縮機(jī)的啟動(dòng)方式采用星三角方式啟動(dòng)，屬于硬啟動(dòng)，這種啟動(dòng)方式對(duì)接觸器的質(zhì)量要求比較嚴(yán)格，特別是對(duì)接觸器的滅弧處理等要求很嚴(yán)格。通過我的使用經(jīng)驗(yàn)，在這些方面ABB做的很好，而且ABB的接觸器在更換時(shí)比較方便，它的頂蓋可以拆卸，更換時(shí)不需要拆下接觸器底座，直接卸下頂蓋更換線圈即可。 當(dāng)然此系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到了使用要求，它不僅具備基本邏輯控制功能，還具有聯(lián)網(wǎng)通信功能和管理功能等。另外相對(duì)與老的控制系統(tǒng)，它工作穩(wěn)定、故障率低，并能進(jìn)行系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，操作及維護(hù)十分簡(jiǎn)便，維修綜合成本（待機(jī)時(shí)間等）大大降低。 6 結(jié)束語 　　 在智能化中央空調(diào)冷凍系統(tǒng)中，采用PLC控制系統(tǒng)是切實(shí)可行的，中央空調(diào)冷凍系統(tǒng)用PLC控制可以有效地保證其工作穩(wěn)定、可靠，便于維護(hù)，且性能價(jià)格比高。 同時(shí)以PLC為核心的高可靠的監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)空調(diào)主機(jī)的控制及兩臺(tái)主機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制，具有先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)、靈活等顯著特點(diǎn)。