[摘 要] 中央空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代大型商業(yè)建筑中不可缺少的配套設(shè)施之一，電能的消耗非常大，約占建筑物總電能消耗的50%。而當(dāng)今社會(huì)環(huán)境污染與能源危機(jī)已成為全人類必須面對(duì)并要加以解決的重大課題，在這種背景下，以環(huán)保和節(jié)能為主要特征的綠色建筑及相應(yīng)的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，而基于PLC的水源熱泵技術(shù)正是滿足這些要求的比較有代表性的低耗能新型供暖空調(diào)技術(shù)。

[關(guān)鍵詞] 中央空調(diào)系統(tǒng) 商業(yè)建筑 PLC 水源熱泵技術(shù)

一、引言

水源熱泵系統(tǒng)（WLHPS：Water Loop source Heat Pump System）國外又習(xí)慣稱作閉式環(huán)路水源熱泵系統(tǒng)。水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)只取水中的熱或冷而不消耗水，并且基本作到水體或地層蓄能的年平均能量平衡，不會(huì)造成任何污染。近幾年以來，我國采用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)代大型商業(yè)建筑也逐年增多。目前，在深圳，上海，北京以及一些中小城市均有工程實(shí)例，例如，北京天安大廈、上海錦江飯店、西安建國飯店、青島華僑飯店、深圳同貿(mào)大廈等均采用了閉式環(huán)路水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。特別是2008年奧運(yùn)會(huì)將在北京舉行，為辦好本屆綠色奧運(yùn)，水源熱泵式中央空調(diào)已成為2008年北京奧運(yùn)會(huì)指定選用的空調(diào)型式。水源熱泵在我國的推廣應(yīng)用前景極其廣闊。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文結(jié)合一個(gè)正在運(yùn)行的工程實(shí)例，對(duì)水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)作進(jìn)一步探討。該工程實(shí)例用GP和PLC技術(shù)對(duì)水源熱泵機(jī)組系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控，包括井水泵、循環(huán)泵和壓縮機(jī)的啟?？刂?，壓縮機(jī)的加卸載控制以及各溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控、顯示和各種故障情況的報(bào)警及連鎖保護(hù)控制等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PLC和GP技術(shù)可以保證水源熱泵空調(diào)機(jī)組正?？煽窟\(yùn)行。本控制系統(tǒng)的核心部件采用德國SIEMENS公司S7-200系列可編程控制器，考慮到控制系統(tǒng)的規(guī)模，CPU選用6ES7-CPU214，帶有擴(kuò)展模塊2塊EM235、1塊EM222和1塊EM223；本控制系統(tǒng)的實(shí)際物理點(diǎn)數(shù)為13點(diǎn)數(shù)字量輸入、22點(diǎn)數(shù)字量輸出、6點(diǎn)模擬量輸入。系統(tǒng)人機(jī)界面采用日本Digitail公司的GP37W2觸摸屏，用于監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀況和設(shè)置工作參數(shù)，操作界面采用中文對(duì)話方式，易于操作。通過配置通訊適配器實(shí)現(xiàn)西門子MPI協(xié)議和RS232串行通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)觸摸屏和PLC之間的數(shù)據(jù)通信。溫度傳感器采用中美合資北京ACT公司生產(chǎn)的TD-6112-8000。系統(tǒng)構(gòu)成如圖：

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)水源熱泵機(jī)組的控制要求設(shè)計(jì)PLC程序，包括機(jī)房系統(tǒng)有關(guān)設(shè)備制冷制熱兩種工況下、自動(dòng)和手動(dòng)兩種啟?？刂品绞较赂餍枨髾z測(cè)量(溫度、能量級(jí)、故障、運(yùn)行狀態(tài)、輔助設(shè)備狀態(tài)等)的實(shí)時(shí)檢測(cè)、實(shí)時(shí)反饋處理與實(shí)時(shí)顯示等，故障及時(shí)檢測(cè)與報(bào)警處理以及各種保護(hù)的及時(shí)實(shí)現(xiàn)等。

以下主要介紹幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn):

1.對(duì)溫度的控制設(shè)計(jì)

溫度處理的核心部件是模擬量模塊EM235。按照面向?qū)ο蟮乃枷耄琍LC控制程序主要通過在OB1(主程序)中多次調(diào)用子程序塊實(shí)現(xiàn)對(duì)每一溫度模擬量的處理，每一溫度模擬量都是通過采樣、量化將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。為了降低采樣誤差，減少顯示值波動(dòng)跳變以增加采樣值穩(wěn)定性和提高控制程序可靠性，鑒于系統(tǒng)特性，程序設(shè)計(jì)每個(gè)模擬量平均采樣時(shí)間5秒，5秒內(nèi)每秒對(duì)該模擬量采樣1次，取其5次的平均值作為該運(yùn)行時(shí)刻的溫度值，存儲(chǔ)到模塊內(nèi)部的V區(qū)，以供主程序調(diào)用。

2.對(duì)故障的檢測(cè)處理

程序設(shè)計(jì)了對(duì)故障的實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)管路系統(tǒng)出現(xiàn)共性非緊急故障(包括:壓機(jī)油位保護(hù)、壓機(jī)油壓差保護(hù)和壓機(jī)吸排氣壓力保護(hù))時(shí)，機(jī)組投入快速卸載運(yùn)行，每臺(tái)壓機(jī)先轉(zhuǎn)入25%能量運(yùn)行60秒后停機(jī);當(dāng)機(jī)組系統(tǒng)出現(xiàn)緊急故障(包括:壓機(jī)電子保護(hù)、壓機(jī)過載保護(hù)、電源保護(hù)和水流量開關(guān)保護(hù))時(shí)，故障壓機(jī)或系統(tǒng)立即停止運(yùn)行。待故障消除后，可以重新自動(dòng)投入運(yùn)行。只要系統(tǒng)出現(xiàn)故障，程序?qū)⒔o出聲光報(bào)警，控制柜上的故障指示燈和故障電鈴顯示和報(bào)警。操作人員可在觸摸屏上查看故障原因，以便決定處理方法。

3.機(jī)組運(yùn)行

按照結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思想，PLC控制程序主要通過多次使用編程工具中的比較指令和位邏輯指令等實(shí)現(xiàn)溫度二維模擬方式并參考結(jié)合時(shí)間參數(shù)共同控制實(shí)現(xiàn)加、卸載的調(diào)度。機(jī)組分自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作方式。

自動(dòng)制冷方式下：?jiǎn)?dòng)循環(huán)泵啟動(dòng)井水泵啟動(dòng)壓機(jī)→壓機(jī)上載。

自動(dòng)制熱方式下：?jiǎn)?dòng)井水泵啟動(dòng)循環(huán)泵啟動(dòng)壓機(jī)→壓機(jī)上載。

當(dāng)選擇手動(dòng)方式時(shí)，井水泵、循環(huán)泵或壓機(jī)都會(huì)單機(jī)運(yùn)行。手動(dòng)方式下壓機(jī)的上卸載過程執(zhí)行自動(dòng)方式下的上卸載程序。

4.系統(tǒng)控制的優(yōu)化

為了保證整體機(jī)組部件使用壽命平均，維護(hù)量基本相同，程序運(yùn)用平均壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間的優(yōu)化控制模式均衡兩臺(tái)壓機(jī)工作時(shí)間，即工作時(shí)間長者后啟動(dòng)先停機(jī)，工作時(shí)間短者先啟動(dòng)后停機(jī)；并且根據(jù)井水溫度和循環(huán)水溫度調(diào)節(jié)熱泵的運(yùn)行工作狀態(tài)。

5.試運(yùn)行

本程序編制了試運(yùn)行時(shí)間控制這一特殊功能，在試運(yùn)行期間，當(dāng)機(jī)組的累計(jì)工作時(shí)間大于或等于調(diào)試人員預(yù)設(shè)定的機(jī)組限定時(shí)間后，機(jī)組將停止運(yùn)行直到供應(yīng)商根據(jù)試運(yùn)行狀態(tài)等去取消試運(yùn)行。本功能的應(yīng)用不但可讓供應(yīng)商可以準(zhǔn)確掌握機(jī)組試運(yùn)行期間內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行一手材料，還可以在一定程度上幫助供應(yīng)商及時(shí)收回機(jī)組貨款。

6.壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間的累計(jì)

為了保持系統(tǒng)運(yùn)行良好，必須定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。本系統(tǒng)對(duì)壓機(jī)的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行累計(jì)，累計(jì)值能夠斷電保持，即關(guān)斷電源后累計(jì)值還存在。操作人員可以根據(jù)所顯示的運(yùn)行時(shí)間來安排系統(tǒng)的維護(hù)工作，為設(shè)備的管理提供了方便。

7.密碼保護(hù)

為了保證系統(tǒng)操作的安全性，在人機(jī)界面中設(shè)置了用戶等級(jí)，通過用戶登錄輸入密碼確定操作權(quán)限。0級(jí)為操作工級(jí)，無須輸入密碼；1級(jí)供機(jī)組管理人員使用，可以進(jìn)入設(shè)置溫度修正參數(shù)、加卸載間隔時(shí)間和加卸載溫差；2級(jí)供廠商的調(diào)試和廠家技術(shù)人員使用，可以設(shè)置試運(yùn)行的啟用或關(guān)閉、修改機(jī)組運(yùn)行時(shí)間。

四、結(jié)論

該控制系統(tǒng)通過PLC軟件解決了機(jī)組控制系統(tǒng)復(fù)雜，故障點(diǎn)多的難點(diǎn)，通過GP方便地實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話，做到了性能可靠，控制精確，人機(jī)對(duì)話友好，能夠滿足用戶的使用要求?；赑LC的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)既節(jié)能又環(huán)保，該技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用前景極其廣闊。

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