中央空調(diào)實(shí)訓(xùn)模擬系統(tǒng)及其PLC核心控制

摘 要：本文設(shè)計(jì)了中央空調(diào)模擬系統(tǒng)，用于制冷專業(yè)的實(shí)習(xí)教學(xué)。此系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)的組合形式，利用PLC作為控制的核心，通過對中央空調(diào)系統(tǒng)開、停的順序控制，充分展示了PLC控制器的優(yōu)越之處。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào) 實(shí)訓(xùn)模擬系統(tǒng) PLC核心控制

空氣調(diào)節(jié)的任務(wù)，就是通過特定的專用設(shè)備和技術(shù)手段，使建筑物內(nèi)空氣的溫度、相對濕度、潔凈度和氣流速度達(dá)到舒適性和工藝性的要求。空氣調(diào)節(jié)設(shè)備和調(diào)節(jié)方式多種多樣，其中中央空調(diào)因其功能齊全、調(diào)節(jié)完善而廣泛用于現(xiàn)代化的建筑中。近年來空氣調(diào)節(jié)技術(shù)越來越受到重視，伴隨設(shè)備的調(diào)節(jié)技術(shù)手段呈現(xiàn)多樣性和復(fù)雜性，其涉及的相關(guān)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域也越來越廣，尤其是在控制手段方面，越趨智能化，這就給管理人員和維修人員提出了更高的要求。為了使學(xué)生在學(xué)校掌握更多的中央空調(diào)相關(guān)知識，特設(shè)計(jì)組裝了中央空調(diào)實(shí)習(xí)模擬系統(tǒng)，用于制冷專業(yè)學(xué)生的實(shí)習(xí)教學(xué)。

一、中央空調(diào)實(shí)訓(xùn)模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路及其工作原理

1.制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)的組合形式，展示中央空調(diào)的各組成部分。系統(tǒng)設(shè)有制冷系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)。其中制冷系統(tǒng)要求有最基本的四大件，冷卻水系統(tǒng)采用兩管制，風(fēng)系統(tǒng)用簡單裝置代替，采用全新風(fēng)系統(tǒng)。

2.系統(tǒng)工作原理示意圖（圖1）

圖1 模擬系統(tǒng)制冷原理圖

（1）制冷系統(tǒng)：由壓縮機(jī)、殼管式冷凝器、儲液器、干燥過濾器、電磁閥、熱力膨脹閥、殼管式蒸發(fā)器等組成。壓縮機(jī)用于壓縮低溫低壓的制冷劑氣體，提高其壓力；冷凝器把高溫高壓的制冷劑氣體冷卻成為常溫高壓的液體，儲存于儲液器中；熱力膨脹閥將高壓的制冷劑液體節(jié)流降壓，然后進(jìn)入蒸發(fā)器中進(jìn)行蒸發(fā)吸熱，獲得冷凍水。當(dāng)壓縮機(jī)開機(jī)時，電磁閥通電打開，停機(jī)時，電磁閥失電關(guān)閉。

（2）冷卻水系統(tǒng)：由冷卻泵、冷卻塔和殼管式冷凝器等組成。它的作用是把冷凝器放出的熱量通過水散發(fā)到空氣中。如果冷卻水不夠或沒有冷卻水，要求壓縮機(jī)停止工作。

（3）冷凍水系統(tǒng)：由冷凍水水泵、殼管式蒸發(fā)器、兩臺風(fēng)機(jī)盤管和一個模擬風(fēng)系統(tǒng)組成。作用是把由蒸發(fā)器獲得的冷量輸送到空調(diào)房間。冷凍水泵啟動前，電磁閥等管道閥門先打開。

（4）風(fēng)系統(tǒng)：由模擬風(fēng)系統(tǒng)代替，任務(wù)是把新風(fēng)送入空調(diào)房間。

二、中央空調(diào)實(shí)訓(xùn)模擬系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)思路及PLC核心控制

1.以PLC為核心的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

為了滿足制冷實(shí)習(xí)的需要，此控制系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到下列幾個要求。

（1）把PLC控制技術(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)的控制，區(qū)別于傳統(tǒng)的繼電器控制，使學(xué)生對PLC有初步的認(rèn)識。

（2）以PLC控制器為核心，把中央空調(diào)的控制要求體現(xiàn)出來，重點(diǎn)表現(xiàn)在開機(jī)和停機(jī)時的順序控制。如圖2所示。

圖2 順序控制示意框圖

（3）利用PLC，使設(shè)備有運(yùn)行指示、停機(jī)指示、故障報(bào)警指示。

（4）利用PLC，對各個電動機(jī)有安全保護(hù)控制。

（5）能夠在該系統(tǒng)中進(jìn)行人為故障的設(shè)置。

（6）利用PLC，把溫控器的溫度信號進(jìn)行處理，控制壓縮機(jī)的切換。

為此，整個控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩種運(yùn)行模式，一是自動運(yùn)行，即按下啟動按鈕后，電動機(jī)依次按一定的順序啟動并運(yùn)行；按下停止按鈕，各電動機(jī)依次按一定的順序停機(jī)。二是單機(jī)運(yùn)行，即每臺電動機(jī)有獨(dú)立的啟動按鈕和停止按鈕，便于單機(jī)的檢修及人為故障設(shè)置。兩種模式的切換可以通過PLC來完成。控制主電路圖如圖3所示。

圖3 中央空調(diào)實(shí)習(xí)模擬系統(tǒng)電拖主電路接線圖

2.壓縮機(jī)的高壓保護(hù)

其目的是防止排氣壓力過高而發(fā)生事故。產(chǎn)生壓力過高的原因可能是冷凝器斷水或水量不足，或者啟動時排氣管路的閥門未打開，或者制冷劑灌注過多，或者因系統(tǒng)不凝性氣體過多等。保護(hù)控制的方法是在壓縮機(jī)排氣閥側(cè)引一導(dǎo)壓管，接到壓力控制器上。例如：當(dāng)1#壓縮機(jī)排氣壓力超過設(shè)定值時，控制器立即動作，由PLC控制器X10端子輸入信號，通過邏輯判斷驅(qū)動Y3線圈斷開，控制外部負(fù)載交流接觸器KM4斷電，切斷1#壓縮機(jī)電源，同時通過Y15驅(qū)動報(bào)警信號，紅燈HL14閃爍。

3.壓縮機(jī)的低壓保護(hù)

壓縮機(jī)吸氣壓力低也是不允許的。如果吸氣壓力低于要求值時，一方面由于吸氣壓力過低，使冷凍水溫度過低；另一方面因低壓側(cè)壓力過低，空氣容易滲入。其方法是在壓縮機(jī)吸氣側(cè)引出一導(dǎo)壓管，接到低壓控制器上。例如：當(dāng)1#壓縮機(jī)吸氣壓力低于設(shè)定值時，控制器動作，由PLC控制器X10端子輸入信號，通過邏輯判斷驅(qū)動Y3線圈斷開，控制外部負(fù)載交流接觸器KM4斷電，切斷1#壓縮機(jī)的電源，同時通過Y15驅(qū)動報(bào)警信號，紅燈HL14閃爍。

4.冷凍水?dāng)嗨Ｗo(hù)

冷卻水系統(tǒng)中的水量不夠時，將會引起壓縮機(jī)排氣溫度升高，系統(tǒng)無法正常工作。保護(hù)控制方法是在冷卻水回路上安裝水流指示儀，當(dāng)水量不夠時，水流指示儀觸點(diǎn)斷開，由PLC控制器X34端子輸入信號，通過邏輯判斷，延時30秒后驅(qū)動Y3和Y4線圈斷開，控制外部負(fù)載交流接觸器KM4、KM5斷電，切斷壓縮機(jī)的電源，同時通過Y15和Y16線圈驅(qū)動報(bào)警信號，紅燈HL14、HL15閃爍。

5.冷凍水的溫度控制

為了防止冷凍水溫度過低而結(jié)冰，設(shè)有兩個電子式溫控器，分別控制1#壓縮機(jī)和2#壓縮機(jī)的開停。當(dāng)冷凍水的溫度降低至7℃時，2#壓縮機(jī)停機(jī)；如果溫度繼續(xù)下降至5℃時，1#壓縮機(jī)停機(jī)；而當(dāng)溫度回升至7℃時，1#壓縮機(jī)開機(jī)；如果溫度繼續(xù)回升至9℃時，2#壓縮機(jī)開機(jī)。

6.輸入、輸出分配圖

圖4 PLC的I/O連接示意圖

本控制選用FX2N-64MR可編程控制器，根據(jù)控制要求，PLC可編程序控制器的I/O分配圖如圖4所示。圖中設(shè)置啟動按鈕SB0、停止按鈕SB1，工作模式用兩位按鈕開關(guān)控制，閉合時自動運(yùn)行，斷開時單機(jī)啟停。

中央空調(diào)實(shí)習(xí)模擬系統(tǒng)給教學(xué)帶來了很大的方便，一方面能夠結(jié)合課本知識，加快學(xué)生對中央空調(diào)的理解；另一方面豐富了制冷實(shí)習(xí)的內(nèi)涵，尤其是引入PLC控制技術(shù)，拓寬了專業(yè)知識面，提高了學(xué)生對控制技術(shù)的興趣，收到了很好的教學(xué)效果。但是由于此模擬系統(tǒng)針對制冷教學(xué)，重在基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，很多輔助設(shè)備都沒有安裝，和現(xiàn)實(shí)生活中的中央空調(diào)還是存在一定的差別，所以會使學(xué)生對中央空調(diào)的理解過于簡單化，因此還有許多地方值得改進(jìn)。另外，考慮到與新技術(shù)的結(jié)合，在有兩臺機(jī)組的情況下，可引入變頻技術(shù)，一臺用工頻控制，一臺用變頻器控制，這樣更能體現(xiàn)此模擬系統(tǒng)的教學(xué)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁耀光，余文烋.現(xiàn)代電工新技術(shù)教程[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

[2]劉守操，余文烋等.可編程序控制器與變頻技術(shù)[M].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)出版社，1999.

（作者單位：廣東省韶關(guān)市第二技師學(xué)院）