PLC在三并聯(lián)螺桿壓縮機組速凍庫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊六順，黃淑琴

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

PLC在三并聯(lián)螺桿壓縮機組速凍庫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊六順，黃淑琴

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

基于PLC的三并聯(lián)螺桿壓縮機組速凍庫控制系統(tǒng)，充分滿足用戶對產(chǎn)品自動化程度及可靠性、安全性、靈活性和節(jié)能上的要求。文章詳細論述了控制系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)、控制思想和實現(xiàn)的功能。

速凍庫；模糊控制；PLC

本市某制冷工程公司的螺桿壓縮機并聯(lián)機組，將壓縮機、冷凝器（水冷、蒸發(fā)式、V型風(fēng)冷）及相關(guān)閥件、“ECO”經(jīng)濟器組件、外置油分離器組件、油冷卻器、氣液分離器、系統(tǒng)管道、電腦控制箱等組裝成整體或分體，應(yīng)用十分方便，可直接與冷風(fēng)機、排管或其它類型蒸發(fā)器匹配組成完整的制冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)品質(zhì)優(yōu)良、安裝簡便、安全可靠、自動化程度高、環(huán)境適應(yīng)性強，且環(huán)保節(jié)能。

1 速凍庫硬件系統(tǒng)及原理[1]

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖示，其工作過程為[2]：在PLC的控制下，壓縮機吸入蒸發(fā)器內(nèi)產(chǎn)生的低溫、低壓制冷劑蒸氣，保持蒸發(fā)器內(nèi)的低壓狀態(tài)，從而使蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑能在常溫下汽化。經(jīng)壓縮機壓縮后，高溫、高壓的蒸氣進入冷凝器后，在壓力保持不變的情況下被冷卻介質(zhì)水或空氣冷卻，放出熱量，溫度降低，并進一步凝結(jié)成液體，從冷凝器排出高壓制冷劑液體經(jīng)過經(jīng)濟器節(jié)流閥時，因受阻而使壓力下降，導(dǎo)致部分制冷劑液體汽化，吸收汽化潛熱，使其本身的溫度也相應(yīng)降低，成為低溫、低壓下的濕蒸氣進人蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器中，制冷劑液體在壓力不變的情況下吸收空氣的熱量即制取冷量而汽化，形成的低壓、低溫蒸氣又被壓縮機吸入，如此往復(fù)循環(huán)。

2 本設(shè)計需解決的主要技術(shù)問題

螺桿制冷壓縮機組的工作過程中對制冷量的控制屬于大慣性純滯后環(huán)節(jié)，控制參數(shù)會隨著環(huán)境溫度、吸氣壓力、排氣壓力、油溫、油壓等參數(shù)的變化而發(fā)生不確定變化，傳統(tǒng)控制[3]難以達到控制要求。因此采用PLC作為控制的核心器件，將目標溫度作為反饋量，編寫相應(yīng)的算法，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，應(yīng)用模糊控制理論，控制多臺壓縮機并聯(lián)方式的聯(lián)動運行。

3 速凍隧道PLC控制程序設(shè)計

3.1 PLC控制系統(tǒng)組成[4,5]

開關(guān)量輸入信號有冷庫開關(guān)量、急停按鈕及各個保護信號等計31點，啟動、停止等主令信號由觸摸屏輸入。開關(guān)量輸出有壓縮機能量調(diào)節(jié)電磁閥啟動信號等及32點。模擬量的吸氣壓力經(jīng)壓力傳感器轉(zhuǎn)換為0-20m A標準電流信號，接入PLC；排氣壓力經(jīng)壓力傳感器轉(zhuǎn)換為0-20mA標準電流信號，接入PLC，分辨率均設(shè)定為0-6000；冷庫1-冷庫8溫度經(jīng)Pt100傳感器接入OMRON的TS102溫度模塊。

通過觸摸屏發(fā)送正常運行時的主令信號、運行前的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、顯示系統(tǒng)運行狀況和進行故障報警。

3.2 控制程序設(shè)計思想[6]

由PLC控制程序根據(jù)壓縮機運行過程中隧道溫度的變化，采用模糊控制原理[7]，動態(tài)啟動和卸載壓縮機。模糊控制具有實現(xiàn)簡單、成本低、對采樣要求不高、無需建模等優(yōu)點，它與傳統(tǒng)控制相比，在處理非線性大時滯系統(tǒng)上具有良好的效果。

模糊控制對象：冷庫溫度是一個比較復(fù)雜的被控對象，由螺桿壓縮機并聯(lián)運行的工作性質(zhì)，根據(jù)工藝技術(shù)要求，將冷庫溫度作為模糊控制對象。

模糊控制器：模糊控制器的設(shè)計主要是設(shè)定各輸入與輸出變量模糊子集的隸屬函數(shù)、模糊變量的量化域、模糊控制規(guī)則、輸入輸出變量的比例變換因子。

模糊控制器選用雙輸入單輸出控制方式。兩個輸入為機組溫度在線檢測值與內(nèi)存數(shù)據(jù)庫資料比較得到的偏差e 以及其偏差變化率△e，一個輸出為壓縮機運行臺數(shù)及壓縮機能量電磁閥開關(guān)控制，可把它分為7檔。其原理如圖2所示。

實測值的模糊化:因為在模糊邏輯推斷中運用了語言變量， 而模糊控制器的輸入、輸出是確定值，所以要求有模糊化過程，將輸入確定值變成模糊變量值，以實現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制作用。

本系統(tǒng)涉及的模糊控制器有兩個輸入信號和一個輸出信號，分別為：

輸入語言變量E：溫度設(shè)定值T 與實測溫度值D 之差，E＝T－D；

輸入語言變量△E：△E=Ei+1-Ei；

輸出語言變量U，為壓縮機運行臺數(shù)及壓縮機能量調(diào)節(jié)電磁閥開關(guān)控制。

輸入變量被劃分為負大、負中、負小、零、正小、正中、正大7個模糊狀態(tài)，分別用符號FD、FZ、FX、ZO、ZX、ZZ、ZD表示，語言的隸屬函數(shù)選擇三角形和梯形；輸出變量U的取值也分為7 種狀態(tài)，表示符號為CD、CZ、CX、H、OX、OZ、OD，每種具體輸出狀態(tài)對應(yīng)7 個模糊輸出狀態(tài)的隸屬度值。

模糊控制規(guī)則生成：考慮到控制系統(tǒng)的非線性、大時滯等情況, 根據(jù)現(xiàn)場熟練操作者長期工作經(jīng)驗, 得出如表1所示控制規(guī)則。

表1 模糊輸出狀態(tài)的隸屬度表

其中：OD：三臺壓縮機100%工作；OZ：兩臺壓縮機100%工作，一臺壓縮機75%工作；OX：兩臺壓縮機100%工作；H：一臺壓縮機100%工作，一臺壓縮機75%工作；CX：一臺壓縮機100%工作；CZ：一臺壓縮機75%工作；CD：壓縮機全停

PLC控制實現(xiàn)：首先將模糊化過程的量化因子置入PLC的存儲器中，然后利用A /D模塊將輸入量采集到PLC的DM區(qū)，經(jīng)過限幅量化處理后，根據(jù)所對應(yīng)的輸入模糊論域中的相應(yīng)元素，查模糊控制量表求出模糊輸出量，再乘以輸出量化因子即可得實際輸出值，由PLC相應(yīng)的梯形圖進行控制。

3.3 運行效果

以上控制方法已成功應(yīng)用到多個項目，實際系統(tǒng)運行表明，模糊控制算法使系統(tǒng)獲得了良好的控制特性，達到了控制目的和要求。有效的克服了壓力控制的滯后性，模糊控制的實時性好，自適應(yīng)能力強，易于工程實現(xiàn)，有很好的應(yīng)用及推廣價值。圖3為實際運行的效果圖。

4 結(jié)語

理想的壓縮機遠行方式是根據(jù)冷庫工作狀況制冷量能連續(xù)調(diào)節(jié)，只有壓縮機制冷量連續(xù)調(diào)節(jié)時才可以采用PID等精確的控制方法，使系統(tǒng)的運行性能得以改善。但采用連續(xù)調(diào)節(jié)的運行方式需采用變頻控制技術(shù)，且由于壓縮機運行功率大，因此成本過高，不能被用戶接受。

本文創(chuàng)造性地提出了制冷量有級調(diào)節(jié)的壓縮機運行方式，將一臺壓縮機改換為三臺壓縮機，而每臺壓縮機又經(jīng)能量調(diào)節(jié)電磁閥分2-3級運行。這樣就實現(xiàn)壓縮機的6-9級制冷量可調(diào)節(jié)的并聯(lián)遠行。再采用模糊控制理論，借助PLC實現(xiàn)精確控制，較好地克服了壓縮機單機運行控制精度低、浪費能源和壓縮機使用壽命短的缺點，已成為同類企業(yè)進行技術(shù)改造的有效途徑。

[1] 吳業(yè)正.制冷原理及設(shè)備(第2版)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,1997.

[2] 彥啟森.制冷技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.

[3] 鄭兆志.制冷裝置電氣控制系統(tǒng)原理與檢修[M].北京:人民郵電出版社,2007.

[4] 歐姆龍(中國)有限公司.CP1H OP Manual W450-CN5-01[Z].2005.

[5] 歐姆龍(中國)有限公司.SYSMAC CP 系列CP1H CPU單元編程手冊[Z].2005.

[6] 霍罡.歐姆龍CP1H PLC應(yīng)用基礎(chǔ)與編程實踐[M].北京:機械工業(yè)出版社.2008.

[7] 曾光奇,胡均安,王東,等.模糊控制理論與工程應(yīng)用[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2006.

Uses of PLC in Control System of Deep freeze Tunnel of Three Shunt-wound Screw Com pressors

YANG Liu-shun, HUANG Shu-qin
(Taizhou Polytechnic College, Taizhou Jiangsu 225300, China)

Control system of deepfreeze tunnel of three shunt-wound screw compressor based on PLC is adequate to the user’s request on autoimmunization grade, dependability, security, f exibility and econom ization of production. This paper discusses the soft and hardware structure, the control idea and the function realized of it in detail.

deepfreeze tunnel; fuzzy control; PLC

TP21

A

1671-0142(2010)01-0017-03

楊六順(1961-),男,江蘇泰州人,副教授.

（責(zé)任編輯 劉 紅）