淺談使用S7-300實(shí)現(xiàn)離心式制冷機(jī)的控制

任立娥 于振坤

（樂(lè)金空調(diào)（山東）有限公司，山東 青島 266109）

淺談使用S7-300實(shí)現(xiàn)離心式制冷機(jī)的控制

任立娥 于振坤

（樂(lè)金空調(diào)（山東）有限公司，山東 青島 266109）

首先對(duì)西門子S7-300作為主控制器實(shí)現(xiàn)離心式制冷機(jī)的全自動(dòng)控制進(jìn)行詳細(xì)的闡述，隨后針對(duì)離心式制冷機(jī)控制的幾大功能需求進(jìn)行分析。最后，從硬件組態(tài)以及人機(jī)界面設(shè)計(jì)方面對(duì)離心式制冷機(jī)控制的運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障記錄等進(jìn)行了研究，對(duì)今后離心式制冷機(jī)的控制維護(hù)和管理工作提供了借鑒意義。

S7-300；觸摸屏；離心機(jī)

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，能源需求不斷增加，具有大冷量、高COP值的離心式冷水機(jī)組無(wú)疑已成為市場(chǎng)的熱點(diǎn)。而西門子PLC以其高性價(jià)比，在國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)都占有很大的份額，在我國(guó)的各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。S7-300作為西門子家族中的中型PLC，其模塊化、可擴(kuò)展性，可以非常好地滿足離心式制冷機(jī)的控制要求。

1 離心式制冷機(jī)介紹

離心式制冷機(jī)為四段式循環(huán)（蒸發(fā)、壓縮、冷凝、膨脹）的電制冷系統(tǒng)，如圖1所示，被蒸發(fā)的冷劑氣體通過(guò)導(dǎo)葉進(jìn)入葉輪，進(jìn)入葉輪的制冷劑氣體被壓縮為高溫高壓的氣體并進(jìn)入冷凝器，在冷凝器中通過(guò)冷卻水散熱濃縮為液態(tài)，濃縮的液體通過(guò)節(jié)流孔變?yōu)榛旌蠣顟B(tài)進(jìn)入蒸發(fā)器，制冷劑吸收蒸發(fā)器內(nèi)的冷凍水的熱量而蒸發(fā)，并重復(fù)該循環(huán)過(guò)程。其主要應(yīng)用在較大制冷量，如大廈、賓館、醫(yī)院或工藝車間等各種場(chǎng)合。

圖1 制冷循環(huán)過(guò)程

2 控制需求分析

離心機(jī)控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的幾大功能包括：開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)序控制、潤(rùn)滑油系統(tǒng)控制、動(dòng)力部件控制、容量調(diào)節(jié)、主要數(shù)據(jù)采集、安全保護(hù)等，另外還要考慮軟硬件的防干擾措施等。

2.1 主要數(shù)據(jù)采集及控制點(diǎn)

溫度檢測(cè)選用PT100溫度傳感器，測(cè)點(diǎn)包括電機(jī)繞組、軸承、油槽、壓縮機(jī)排氣、冷水進(jìn)出口、冷卻水進(jìn)出口等。

壓力檢測(cè)選用4～20 mA信號(hào)類型的壓力傳感器，測(cè)點(diǎn)包括：蒸發(fā)器、冷凝器、油槽、油泵等。

執(zhí)行器包括：壓縮機(jī)、油泵、油加熱器、冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔等。

2.2 安全保護(hù)

各種傳感器異常，各種反饋異常，各種溫度、壓力、壓差、流量超限保護(hù)，電機(jī)過(guò)載，電源異常，啟動(dòng)失敗等。

2.3 PID調(diào)節(jié)

冷水出口溫度采用PID控制，通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)溫度的精確控制。

如圖2所示，采集當(dāng)前冷水出口實(shí)際溫度，與目標(biāo)設(shè)定溫度進(jìn)行比較，計(jì)算出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)開(kāi)度。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際開(kāi)度與目標(biāo)開(kāi)度通過(guò)級(jí)聯(lián)PID，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的控制。

圖2 PID控制框圖

2.4 開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)序控制

開(kāi)機(jī)流程如圖3所示。

圖3 開(kāi)機(jī)流程

關(guān)機(jī)流程如圖4所示。

圖4 關(guān)機(jī)流程

2.5 報(bào)警系統(tǒng)

按照輕故障、重故障進(jìn)行分級(jí)警告，分正常提示、警告提示、警告并停機(jī)等。

2.6 優(yōu)化控制

軟加載控制：防止壓縮機(jī)負(fù)荷的突然增大導(dǎo)致潤(rùn)滑油起泡嚴(yán)重。

故障預(yù)防控制：一旦觸發(fā)安全控制警報(bào)，則執(zhí)行安全控制操作，避免控制點(diǎn)超限，引起機(jī)組頻繁停機(jī)，比如浪涌預(yù)防等。

自動(dòng)停機(jī)控制：機(jī)組負(fù)荷很小的情況下，自動(dòng)啟停壓縮機(jī)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。

3 硬件組態(tài)

綜合制冷機(jī)的控制功能及用戶需求，如圖5所示，統(tǒng)計(jì)需要的DI、DO、AI、AO點(diǎn)數(shù)，選用最佳CPU與擴(kuò)展模塊組合，然后為各個(gè)點(diǎn)分配地址，確認(rèn)信號(hào)類型的正確，完成硬件組態(tài)。人機(jī)界面選用國(guó)產(chǎn)常用10寸彩色觸摸屏，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，功能強(qiáng)大。

圖5 硬件組態(tài)

4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

人機(jī)界面要實(shí)現(xiàn)與用戶的友好交互功能，可方便查看運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)行曲線、歷史數(shù)據(jù)、故障記錄，可修改工況參數(shù)、安全設(shè)定、傳感器設(shè)定等，還需增加必要的手自動(dòng)切換及手動(dòng)操作按鍵，方便調(diào)試或在緊急情況下可以自由切換，此外還具備權(quán)限管理的功能等等。

界面設(shè)計(jì)是以菜單/子菜單的形式展示所有功能項(xiàng)，分類明確，簡(jiǎn)潔易操作。

4.1 主畫面

如圖6所示，可查看機(jī)組主要數(shù)據(jù)，進(jìn)行啟停操作，查看當(dāng)前故障信息。

圖6 主畫面

4.2 用戶設(shè)定

如圖7所示，可設(shè)定基本的運(yùn)行參數(shù)，比如冷水出口溫度等；可設(shè)定運(yùn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存間隔時(shí)間。

圖7 用戶設(shè)定界面

4.3 手動(dòng)操作

如圖8所示，可進(jìn)行導(dǎo)葉、油泵的手自動(dòng)切換及手動(dòng)開(kāi)關(guān)等操作。

圖8 手動(dòng)操作界面

4.4 服務(wù)菜單

如圖9所示，可查看機(jī)組的輸入輸出狀態(tài)、歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史故障數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)曲線、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間等，還可進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出，方便分析及維護(hù)。

圖9 服務(wù)菜單

4.5 系統(tǒng)菜單

系統(tǒng)菜單可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行條件、安全控制、傳感器、定時(shí)器等設(shè)定，進(jìn)入系統(tǒng)菜單需要設(shè)定更高一級(jí)的權(quán)限，避免由錯(cuò)誤設(shè)定引起的損壞。

5 結(jié)語(yǔ)

西門子S7-300加國(guó)產(chǎn)觸摸屏實(shí)現(xiàn)離心式冷水機(jī)組的控制，畫面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔直觀，操作方便，通過(guò)一系列的模擬測(cè)試及整機(jī)系統(tǒng)調(diào)試，運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)功能都能達(dá)到最初的設(shè)計(jì)需求，已有多臺(tái)機(jī)組投入使用中。

[1] LG離心式制冷機(jī)用戶手冊(cè)

[2] S7-300自動(dòng)化系統(tǒng)模塊數(shù)據(jù)設(shè)備手冊(cè)

2015-04-12

任立娥（1982—），女，山東聊城人，助理工程師，從事冷凍機(jī)的控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。