林大權(quán)

（廣東輕工職業(yè)技術(shù)學院，廣東廣州510300）

PLC在中央空調(diào)控制系統(tǒng)改造中的應用

林大權(quán)

（廣東輕工職業(yè)技術(shù)學院，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)軟件對中央空調(diào)控制系統(tǒng)進行自動化與節(jié)能的改造，控制系統(tǒng)硬件與軟件的構(gòu)成，實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動化與節(jié)能運行與實時監(jiān)控等。

中央空調(diào)系統(tǒng)；自動化控制；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)域或要求相對較高的場所上才使用的PLC（可編程邏輯控制器）如今在很多小型設備控制和普通場所上也都在廣泛地運用。PLC具有功能強大、體積小、安裝方便、更改程序簡單快捷、可靠性高、使用奪命長等方面的優(yōu)點，新安裝的中央空調(diào)控制系統(tǒng)基本上都是運用它來實現(xiàn)自動化的控制與運行，但仍然有部分已經(jīng)在使用的中央空調(diào)系統(tǒng)的運行管理還是靠手動，在一定的程度上增加了管理人員的工作量與勞動強度。本文通過對廣東輕工學院原有的一套中央空調(diào)系統(tǒng)進行自動化的改造，實現(xiàn)了系統(tǒng)自動化運行與信息化的管理。

1 改造概況

學院實驗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)，其控制運行方式為手動，電氣控制柜設在機房內(nèi)，控制系統(tǒng)是繼電器和交流接觸器等電氣元件，使用過程中電氣元器件容易出現(xiàn)小問題，缺少安全與穩(wěn)定的運行，現(xiàn)決定應用PLC對其進行控制系統(tǒng)的改造，讓它運行更平穩(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組1臺、與冷水機組配套的冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔各1臺，臥式組合空氣處理器（風柜）1臺，風機盤管2臺。設備具體參數(shù)如表1所列。

表1 設備主要參數(shù)表

2 改造方案

為了實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)既安全穩(wěn)定又節(jié)能地運行，自動控制系統(tǒng)主要有啟動運行與停止運行模塊，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，1臺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，1個開關(guān)電源6EP1 334-3BA00，歐姆龍的MY2N-J繼電器多個。S7-200系列CPU226功能強大，共有40個輸入與輸出點，其中輸入為24，輸出為16，可同時連7個擴展模塊，本系統(tǒng)連了6個，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行進一步的遠程控制時提供良好的條件[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)的自動運行與手動運行和運行過程中的一些主要參數(shù)和故障報警等信息均可在觸摸屏上顯示與操作，另在觸摸屏上設置一個手動和自動的轉(zhuǎn)換開關(guān)作為自動運行與手動運行的轉(zhuǎn)換，自動運行有觸摸屏點擊運行與由末端控制運行。自動運行按照已編寫好寫入PLC中的程序執(zhí)行，還可以設定自動運行與自動關(guān)機時間。而手動運行是單獨的、一一對應的運行每臺設備，手動運行主要是作為平時試機、維修與維護保養(yǎng)時使用。

3 硬件連接

空調(diào)自動控制系統(tǒng)的核心是PLC S7-200[3]，它接收觸摸屏的操作信號與現(xiàn)場信息號，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等設置好，再由信號線相連即可。EM 231與測量冷凍與冷卻水溫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。由于冷水機組本身還有一套芯片化的單片機控制系統(tǒng)，所以冷水機組只有啟動、停止和故障相應接入PLC，而平時冷水機組在正常啟動運行過程中因恒溫或冷水機組內(nèi)部其它原因故障而造成停機的，則由冷水機組自帶的單片機系統(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 程序設計

4.1 自動控制模塊

為了最大程度減輕管理人員的工作量，并實現(xiàn)無需專業(yè)人員運行操作，不僅設置了在觸摸屏上點擊自動運行系統(tǒng)，還設置了由末端設備控制系統(tǒng)自動運行系統(tǒng)的方式。

當系統(tǒng)設置在自動運行狀態(tài)下，PLC采集到來自觸摸屏或系統(tǒng)末端設備運行的信號60 s后，開始投入系統(tǒng)自動運行，系統(tǒng)自動啟動運行順序為：末端設備（60 s后）→冷卻水泵（30 s后）→冷凍水泵（30 s后）→冷卻塔（30 s后）→冷水機組，完成以上動作以后，系統(tǒng)自動啟動過程完成，正式投入系統(tǒng)供冷周期。

在自動啟動運行過程中，每臺設備均設置有互鎖，當前面的設備沒有啟動運行或出現(xiàn)故障時，后面的設備保持原狀態(tài)不變。在設備正常運行供冷期間，當末端負荷需求減少時，冷水機組供冷量自動進行調(diào)節(jié)，冷凍與冷卻水泵同步通過變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以達到節(jié)能。自動停止，當PLC采集到來自系統(tǒng)末端設備停止的信號30 s后，進行入自動停止運行狀態(tài)，自動停止順序為：冷水機組（60 s后）→冷卻塔（120 s后）→冷凍水泵（30 s后）→冷卻水泵（60 s后）→末端設備。自動停止過程中只有冷水機組與后面設備有互鎖，其它設備之間不設互鎖，即當冷水機組沒有停止時，后面設備不能停止，而其它設備只要記數(shù)時間到了就會自動停止運行。

4.2 故障報警模塊

報警模塊只要是在設備使用過程中出現(xiàn)的一些異常情況進行報警預知設備的，主要有冷卻塔風扇電機過載、冷卻與冷凍水泵電機過載、水流開關(guān)信號、冷水機組故障與空氣處理器電機過載等幾部分，在報警故障沒有解除之前系統(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后，系統(tǒng)恢復工作狀態(tài)。

5 監(jiān)控軟件

現(xiàn)空調(diào)控制系統(tǒng)工程中廣泛運用工控組態(tài)軟件作為操作與監(jiān)控設備運行，因此本工程也采觸摸屏上應用的組態(tài)軟件WinCC flexible，通過在軟件環(huán)境下開發(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)庫數(shù)據(jù)的采集與構(gòu)造，然后用戶操作界面與設備運行監(jiān)控窗口等，通過組建好的組態(tài)工程可以實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)運行情況的實時監(jiān)控，其中包括設備運行狀態(tài)，運行時主要的參數(shù)，故障顯示和記錄等功能。

6 結(jié)束語

空調(diào)控制系統(tǒng)自動化控制運行改造后，經(jīng)過2年的供冷周期運行測試，運行過程平穩(wěn)高效節(jié)能，在使用過程如有故障出現(xiàn)報警時，系統(tǒng)會自動進入保護狀態(tài)停止工作，等待報警故障解除后才能再次投入工作，實現(xiàn)了非專業(yè)人員對空調(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用的支出。因為考慮到系統(tǒng)較小和投入資金問題，暫時沒有采用工控機進行系統(tǒng)的遠程監(jiān)控，日后采用工控機和網(wǎng)絡版的組態(tài)軟件就可以將它接入互聯(lián)網(wǎng)，通過互聯(lián)網(wǎng)進行訪問和遠程操控。像一些單位有多套小型中央空調(diào)系統(tǒng)在使用時就可以進行非專業(yè)人員分散按需運行控制使用和專業(yè)人員集中監(jiān)控與操作運行等。

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

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

[3]郭健.PLC技術(shù)在水輪發(fā)電機組自動化改造中的應用[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，助理實驗師，工程碩士，研究方向為空調(diào)工程。