1 引言
随着科学技术的发展以及环境和资源问题的出现,智能、节能和环保已经成为中央空调控制系统的新要求。所以如何建立有效的自控系统,优化运行效果,减少运行费用,具有很重要的意义。目前,变频技术、新工质的探索和智能化控制在中央空调控制系统中取得了很大的进步。随着城市和工业的不断发展,人们的生活水平不段的在大幅提高。但是面对自然环境的恶化,以及工业生产的需要,人们对于生存环境有了更高的要求。空调[1-2]技术因此而发展起来,为人们的生活和生产根据其需要打造恒温恒压等完美空间,同时中央空调技术[3-5]也将成为今后空调技术的主流而不断被人们所研究。随着世界性的能源危机以及计算机技术的不断发展,空调技术也在不断追求低能耗,快捷方便的控制技术。本论文就是针对这两个方面展开的研究与讨论,可持续性发展道路任重道远。
2 溴化锂中央空调控制系统概述
2.1 溴化锂中央空调系统原理
溴化锂吸收式制冷机组是由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器以及屏蔽泵(溶液泵和发生泵)、阀门、管道等组成如图1所示。
2.2 溴化锂中央空调控制流程
(1) 手动方式:可以分别控制发生泵,冷剂泵,真空泵启停;控制发生泵频率和蒸汽调节阀的开度;解除报警。
(2) 自动方式
(a) 电动阀控制
当机组每天第一次启动按下启动按钮,只要冷水出口温度T1＞T1设定目标温度时,溶液泵启动,然后根据时间逐步开启到90度。若T1≥T1设定目标温度时＋4℃,且溶液温度达到110℃以上时电动阀直接开启到90度。如溶液温度未达到110℃以上时电动阀开启到50度,5分钟后开启到90度。当T1=T1目标温度时,电动阀关闭。
(b) 溶液泵自控
当高发液位在低液位时,变频第七频率50HZ信号给泵;当高发液位在高液位时,变频第一频率10HZ信号给泵;到正常液位后根据高压发生器中溶液温度进行剩余5段固定频率变频控制(变频过程加延时)。
(c) 冷剂泵控制(温度)
当溶液温度小于设定温度时停泵,溶液温度主要指高发溶液、冷水、冷剂水温度,达到设定温度时延时120秒(可设定)开泵。
(d) 冷却塔风机控制
当冷却水进口温度大于设定温度(30℃)开风机,低于设定温度-4℃,关风机。
(3) 故障诊断和处理
(a) 冷水出口温度过低,冷剂水温度过低和冷水断水故障发生时,蜂鸣器响,关蒸汽电磁阀,机组进入稀释控制,故障解除后自动恢复。
(b) 冷却水进口温度过高,高发溶液温度过高,冷却水断水,发生泵(溶液泵)过流,冷剂泵过流,真空泵过流,溶晶管温度过高故障发生时,蜂鸣器响,关蒸汽电磁阀切断蒸汽,机组进入稀释运行一段时间后自动停机,故障解除后需人工复位开机。
(c) 当传感器发生断路故障时,显示“**传感器故障”,但不关闭所有设备。
(4) 断电保护,机组在运行过程中若出现停电情况,控制系统将自动关闭蒸汽电磁阀,以防止机组结晶。再次供电时,自动处于稀释状态,确保系统安全。
3 控制系统硬件部分的设计
3.1 PLC及其扩展模块的选型
此次设计选用的是西门子S7-200系列的PLC[6-7],CPU型号为224XP,外形的尺寸为190mm×80mm×62mm;一共有14个数字量输入口,10个数字量输出口,2个模拟量输入点,1个模拟量输出点;DC24V可以供电280mA;内部DC5V可以供电660mA。由于在中央空调系统中,需要采集多个温度以及阀门开度等模拟量,所以在设计中选用了3块模拟量扩展模块。
MM440是西门子公司开发的一款用于控制三相交流电动机速度的变频器。本设计要求通过MM440实现七段固定频率的控制,属于数字量控制,所以需要三个数字输入端口。数字输入端口8设为电机运行、停止控制端口,数字输入端口5、6、7设为七段控制端口,由PLC的Q0.1、Q0.2、Q0.3输出端口组成三位二进制码分别控制5、6、7端实现调速,另加上Q0.0作为电机运行、停止控制端口。
3.2 I/O分配表
结合中央空调的控制要求,I/O分配如表1所示。
3.3 硬件电路接线图
控制系统硬件主要包括CPU224XP,I/O扩展EM223,模拟量输入扩展EM231,特殊模拟量输入EM231 RTD和MM440变频器。CPU外部接线如图2所示。
模拟量扩展如图3所示。
4 软件部分的设计
4.1 程序的流程图
自动模式下的流程图如图4所示。
主程序和故障检测报警流程图如图5所示。
S7-200PLC主要采用的是串行异步通信的方式,其串行通信接口标准为目前计算机与PLC通行最常用的RS232,此接口只能进行一对一的通行,而PLC所带的串行通行接口为RS485。西门子S7-200PLC支持点对点接口PPI协议,它是西门子公司专为200系列开发的通信协议,内置于CPU。PPI是一种主-从通信协议,从站不能主动发出信息。在本控制系统中,PPI主要用于STEP7软件编程时的下载和上载程序,使用RS232/PPI或者USB/PPI多主站电缆连接计算机的RS232接口和PLC的RS485接口。
6 结束语
系统采用西门子S7-200PLC作为溴化锂中央空调控制系统的控制模块,考虑到PLC硬件柔性化、抗干扰能力强、控制能力强、构成控制系统简单、设计周期短以及可维护性好等特点,使得中央空调控制系统功能强、可靠性高,和硬件结合即可应用于工业现场。全文都始终贯穿建立PLC应用系统的思想,主要分为硬件和软件两大部分,包括PLC原理概述、硬件选型、软件编译和设备通信等。同时,本课题还选用组态王6.53做为人机界面,使用西门子的PPI通信协议通过RS232/PPI电缆与PLC进行通信,将溴化锂中央空调控制系统的各种数据采集到计算机,操作人员不需要深入生产现场,就可以获得实时数据,优化控制现场作业,提高生产效率。
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作者简介:王刚(1980-),男,讲师,硕士,主要从事广义系统稳定性和电力传动等方面的研究。