林大權(quán)

（廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州510300）

PLC在中央空調(diào)控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

林大權(quán)

（廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州510300）

介紹了采用西門子PLC S7-200、觸摸屏和工控組態(tài)軟件對(duì)中央空調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化與節(jié)能的改造，控制系統(tǒng)硬件與軟件的構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化與節(jié)能運(yùn)行與實(shí)時(shí)監(jiān)控等。

中央空調(diào)系統(tǒng)；自動(dòng)化控制；PLC

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，以前一般只在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域或要求相對(duì)較高的場(chǎng)所上才使用的PLC（可編程邏輯控制器）如今在很多小型設(shè)備控制和普通場(chǎng)所上也都在廣泛地運(yùn)用。PLC具有功能強(qiáng)大、體積小、安裝方便、更改程序簡(jiǎn)單快捷、可靠性高、使用奪命長(zhǎng)等方面的優(yōu)點(diǎn)，新安裝的中央空調(diào)控制系統(tǒng)基本上都是運(yùn)用它來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制與運(yùn)行，但仍然有部分已經(jīng)在使用的中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行管理還是靠手動(dòng)，在一定的程度上增加了管理人員的工作量與勞動(dòng)強(qiáng)度。本文通過(guò)對(duì)廣東輕工學(xué)院原有的一套中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化的改造，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行與信息化的管理。

1 改造概況

學(xué)院實(shí)驗(yàn)樓三樓安裝有一套水冷式的中央空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)為空氣-水半集中式空調(diào)系統(tǒng)，其控制運(yùn)行方式為手動(dòng)，電氣控制柜設(shè)在機(jī)房?jī)?nèi)，控制系統(tǒng)是繼電器和交流接觸器等電氣元件，使用過(guò)程中電氣元器件容易出現(xiàn)小問(wèn)題，缺少安全與穩(wěn)定的運(yùn)行，現(xiàn)決定應(yīng)用PLC對(duì)其進(jìn)行控制系統(tǒng)的改造，讓它運(yùn)行更平穩(wěn)、更安全與節(jié)能。該空調(diào)系統(tǒng)配有大金水冷式冷水機(jī)組1臺(tái)、與冷水機(jī)組配套的冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔各1臺(tái)，臥式組合空氣處理器（風(fēng)柜）1臺(tái)，風(fēng)機(jī)盤管2臺(tái)。設(shè)備具體參數(shù)如表1所列。

表1 設(shè)備主要參數(shù)表

2 改造方案

為了實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)既安全穩(wěn)定又節(jié)能地運(yùn)行，自動(dòng)控制系統(tǒng)主要有啟動(dòng)運(yùn)行與停止運(yùn)行模塊，故障模塊，參數(shù)采集模塊和水泵變頻控制等，所選用的主要電氣元件多為西門子的，因其已在較多空調(diào)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，質(zhì)量可靠與穩(wěn)定[1]。主要的電氣元件有西門子的TOUCHPANEL TP177A觸摸屏1臺(tái)，1臺(tái)S7-200 CN系列CPU為226的PLC作為控制器，數(shù)字量的輸入模塊EM 221 CN為1塊，模擬量的輸入模塊EM 231 CN（AI4 x12Bit）2塊，模擬量的輸出模塊EM 232 CN（AQ2x12Bit）3塊，冷凍水泵與冷卻水泵的變頻器MICROMASTER440為2臺(tái)，1個(gè)開(kāi)關(guān)電源6EP1 334-3BA00，歐姆龍的MY2N-J繼電器多個(gè)。S7-200系列CPU226功能強(qiáng)大，共有40個(gè)輸入與輸出點(diǎn)，其中輸入為24，輸出為16，可同時(shí)連7個(gè)擴(kuò)展模塊，本系統(tǒng)連了6個(gè)，還有比例-積分-微分（PID）控制器和RS485通信接口，通信協(xié)議為PPI與MPI，這些通信功能也為日后進(jìn)行進(jìn)一步的遠(yuǎn)程控制時(shí)提供良好的條件[2]。冷卻水與冷凍水供回水溫度的采集依靠安裝在供回水管上面的溫度控制器RWC32采集參數(shù)，而冷卻水與冷凍水供回水壓差采集則采用壓差變送器為QBE61.2、RWC32與QBE61.2的西門子公司的產(chǎn)品。系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行與手動(dòng)運(yùn)行和運(yùn)行過(guò)程中的一些主要參數(shù)和故障報(bào)警等信息均可在觸摸屏上顯示與操作，另在觸摸屏上設(shè)置一個(gè)手動(dòng)和自動(dòng)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)作為自動(dòng)運(yùn)行與手動(dòng)運(yùn)行的轉(zhuǎn)換，自動(dòng)運(yùn)行有觸摸屏點(diǎn)擊運(yùn)行與由末端控制運(yùn)行。自動(dòng)運(yùn)行按照已編寫好寫入PLC中的程序執(zhí)行，還可以設(shè)定自動(dòng)運(yùn)行與自動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)間。而手動(dòng)運(yùn)行是單獨(dú)的、一一對(duì)應(yīng)的運(yùn)行每臺(tái)設(shè)備，手動(dòng)運(yùn)行主要是作為平時(shí)試機(jī)、維修與維護(hù)保養(yǎng)時(shí)使用。

3 硬件連接

空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心是PLC S7-200[3]，它接收觸摸屏的操作信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)信息號(hào)，與MY2N-J繼電器線圈、指示燈和電磁閥等連接，觸摸屏與PLC的連接，是先在觸摸屏里安裝的WinCC flexible操作界面上將通訊速率、地址、通訊協(xié)議PPI等設(shè)置好，再由信號(hào)線相連即可。EM 231與測(cè)量冷凍與冷卻水溫RWC32溫度變送器、水壓QBE61.2壓力變送器相連，還與末端設(shè)備溫度變送器相連。EM 232與冷凍與冷卻水泵變頻器相連。由于冷水機(jī)組本身還有一套芯片化的單片機(jī)控制系統(tǒng)，所以冷水機(jī)組只有啟動(dòng)、停止和故障相應(yīng)接入PLC，而平時(shí)冷水機(jī)組在正常啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中因恒溫或冷水機(jī)組內(nèi)部其它原因故障而造成停機(jī)的，則由冷水機(jī)組自帶的單片機(jī)系統(tǒng)控制，只是將故障的信息信息反饋到PLC中，而信息中不包含具體的故障原因。

4 程序設(shè)計(jì)

4.1 自動(dòng)控制模塊

為了最大程度減輕管理人員的工作量，并實(shí)現(xiàn)無(wú)需專業(yè)人員運(yùn)行操作，不僅設(shè)置了在觸摸屏上點(diǎn)擊自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，還設(shè)置了由末端設(shè)備控制系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的方式。

當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，PLC采集到來(lái)自觸摸屏或系統(tǒng)末端設(shè)備運(yùn)行的信號(hào)60 s后，開(kāi)始投入系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行順序?yàn)椋耗┒嗽O(shè)備（60 s后）→冷卻水泵（30 s后）→冷凍水泵（30 s后）→冷卻塔（30 s后）→冷水機(jī)組，完成以上動(dòng)作以后，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程完成，正式投入系統(tǒng)供冷周期。

在自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，每臺(tái)設(shè)備均設(shè)置有互鎖，當(dāng)前面的設(shè)備沒(méi)有啟動(dòng)運(yùn)行或出現(xiàn)故障時(shí)，后面的設(shè)備保持原狀態(tài)不變。在設(shè)備正常運(yùn)行供冷期間，當(dāng)末端負(fù)荷需求減少時(shí)，冷水機(jī)組供冷量自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，冷凍與冷卻水泵同步通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以達(dá)到節(jié)能。自動(dòng)停止，當(dāng)PLC采集到來(lái)自系統(tǒng)末端設(shè)備停止的信號(hào)30 s后，進(jìn)行入自動(dòng)停止運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)停止順序?yàn)椋豪渌畽C(jī)組（60 s后）→冷卻塔（120 s后）→冷凍水泵（30 s后）→冷卻水泵（60 s后）→末端設(shè)備。自動(dòng)停止過(guò)程中只有冷水機(jī)組與后面設(shè)備有互鎖，其它設(shè)備之間不設(shè)互鎖，即當(dāng)冷水機(jī)組沒(méi)有停止時(shí)，后面設(shè)備不能停止，而其它設(shè)備只要記數(shù)時(shí)間到了就會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行。

4.2 故障報(bào)警模塊

報(bào)警模塊只要是在設(shè)備使用過(guò)程中出現(xiàn)的一些異常情況進(jìn)行報(bào)警預(yù)知設(shè)備的，主要有冷卻塔風(fēng)扇電機(jī)過(guò)載、冷卻與冷凍水泵電機(jī)過(guò)載、水流開(kāi)關(guān)信號(hào)、冷水機(jī)組故障與空氣處理器電機(jī)過(guò)載等幾部分，在報(bào)警故障沒(méi)有解除之前系統(tǒng)處理停止工作狀態(tài)，待故障排除后，PLC接收到了故障解除的按扭信號(hào)后，系統(tǒng)恢復(fù)工作狀態(tài)。

5 監(jiān)控軟件

現(xiàn)空調(diào)控制系統(tǒng)工程中廣泛運(yùn)用工控組態(tài)軟件作為操作與監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行，因此本工程也采觸摸屏上應(yīng)用的組態(tài)軟件WinCC flexible，通過(guò)在軟件環(huán)境下開(kāi)發(fā)出了一套適合本系統(tǒng)使用的組態(tài)工程。首先工程的規(guī)劃與建立，數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的采集與構(gòu)造，然后用戶操作界面與設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控窗口等，通過(guò)組建好的組態(tài)工程可以實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，其中包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行時(shí)主要的參數(shù)，故障顯示和記錄等功能。

6 結(jié)束語(yǔ)

空調(diào)控制系統(tǒng)自動(dòng)化控制運(yùn)行改造后，經(jīng)過(guò)2年的供冷周期運(yùn)行測(cè)試，運(yùn)行過(guò)程平穩(wěn)高效節(jié)能，在使用過(guò)程如有故障出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)停止工作，等待報(bào)警故障解除后才能再次投入工作，實(shí)現(xiàn)了非專業(yè)人員對(duì)空調(diào)系統(tǒng)啟、停的控制，有效地減輕空調(diào)系統(tǒng)日常管理人員工作量和費(fèi)用的支出。因?yàn)榭紤]到系統(tǒng)較小和投入資金問(wèn)題，暫時(shí)沒(méi)有采用工控機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，日后采用工控機(jī)和網(wǎng)絡(luò)版的組態(tài)軟件就可以將它接入互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行訪問(wèn)和遠(yuǎn)程操控。像一些單位有多套小型中央空調(diào)系統(tǒng)在使用時(shí)就可以進(jìn)行非專業(yè)人員分散按需運(yùn)行控制使用和專業(yè)人員集中監(jiān)控與操作運(yùn)行等。

[1]漆漢宏.PLC電氣控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]劉祖其.電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[3]郭健.PLC技術(shù)在水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化改造中的應(yīng)用[J].江淮水利科技，2008（2）：17-19.

Application of PLC in Reformation of Central Air-conditioning Control System

LIN Da-quan
（Guangdong Industry Polytechnic，Guangzhou Guangdong 510300，China）

This paper presents the automation and energy saving transformations of central air-conditioning control system by the SIEMENS PLC S7-200，touch screen and the industrial control configuration software.The control system of hardwares and software，realize the automation and energy saving operation and real-time monitoring of the system.

central air-conditioning system；automation control；PLC

TP273.5

B

1672-545X（2017）06-0197-02

2017-03-09

林大權(quán)（1986－），男，廣東遂溪人，助理實(shí)驗(yàn)師，工程碩士，研究方向?yàn)榭照{(diào)工程。