基于PLC中央空调水泵系统开发于与应用

基于PLC中央空调水泵系统开发于与应用

陈茂锋

广州贝龙环保热力设备股份有限公司

一、PLC简介

PLC是可编辑程序控制器的缩写，简单来讲就是利用微处理器为基础的通用型工业控制装置。可编辑控制器因其便捷的优势，目前在钢铁、石油、机械制造、汽车等多个领域都得到了有效应用。PLC是在在传统继电器基础上进行的改造与升级。传统继电器是由继电器、指示灯、开关等部分组成的具有逻辑功能的控制线路。PLC相比于传统继电器控制方式进行了较大改造：首先PLC控制系统的输入继电器、输出继电器、接触器、定时器、计数器等是在PLC内部用软件功能代替了传统继电器控制的硬件，不使用真实的硬件。一台小型PLC模块里有成千上万个编辑元件，相关软件可以对其进行复杂的控制。老式的硬件继电器接触触点一般都控制在5对到7对之间，而PLC的软继电器在这方面有了较大性的改革。它有无限个触电无限的使用，在需要编辑时可以利用软件进行合理修改。在修改与重现界限方面，PLC又显得灵活多变，避免了接触不良容易出故障现象的出现。综上所述，PLC本身具有很大的优势，是目前较为可靠的工业设备，应用在空调涉及中是时代发展所趋，其利用也将可以大大提高空调性能。

二、PLC中央水泵系统的开发应用

（一）PLC主程序的设计

一般情况下对PLC系统初始化50ms计时器，并配置好PID相关参数与变频器基准频率，如果用户选择进入时间设置的子程序则可设置当前时间与定时开关机等。否则系统则认为自动运行，若进入手动子程序，用户则可以控制电动阀，手动进行变频器与驱动电机的设置，当系统进入自动运行，电动阀开启和读取各管道温度传感器后CP与变频器通讯进行PID自动调节，系统有故障产生则停机报警，否则稳定运行。PLC主系统的流程大致为以下：在初始化系统个参数后用户可以根据情况选择是否进入时间设置的子系统，接着系统自动运行，电动阀自动开启，CPU读取各个管道的温度数值并与变频器进行通讯，若无异常，当前状态会正常运行，PID自动进行频率调节，若出现问题系统会发出系统故障的信号，系统接受信号后紧急停止。

（二）中央空调控制系统原理

中央空调系统一般由制冷、冷却水、冷冻水、末端等系统构成。制冷空调主机的作用主要将电能转化为制冷能量进行压缩，让制冷剂通过相变进行热量的吸收，并将吸收的热烈散发。冷冻水系统是将制冷机蒸发器与冷冻水进行交换，简称吸热。冷冻水泵起输送作用，将冷冻水输送到各个末端设备的换热管内，进行对流换热，完成室内降温的目的。制冷剂强调的是对空调的保护，在空调运行过程中许多机器内部温度会急剧升高，这时制冷剂能够迅速将空调零件内部的温度降低。冷却水的排出则是依靠水泵消耗电量实现。通过中央空调的工作原理可知，室内温度的降低是依靠多个系统共同完成。冷却水系统带走房间热量，制冷机消耗电量完成制冷剂的传输，冷冻水泵完成冷却水到冷却塔的输送。值得注意的是空调运行过程中例如制冷主机的压缩机电机、冷却水泵电机、冷冻水泵电机等部件的运行需要消耗较多的热量。并且中央空调控制理论具有时变、非线性等特点。一般控制通过检测负荷末端水温来确定室内温度，实际上在不同时间、不同用户、所需要的室内温度也是大不相同的。而中央空调控制系统的应用则可以满足人们的这一需求。一般的空调管道的都有水温传感器，传感器可以将温度转变为电流反馈到PLC中，PLC再根据这些信息与内部的运算完成对水泵转速的调整。

（三）具体应用案例分析

江西某厂房有中央空调，主要设备有：主机制冷量1000KW，压缩机为螺旋杆机。两台冷冻水泵和两台冷却水泵，运行方式为一用一备，横流冷却塔一台。原设备使用的是接触器控制水泵系统，控制方式为Y-启动，启动时电流较大，伴有水锤现象，震动较大，噪音也较多。针对以上，我们利用PLC对水泵系统进行了适当改造。首先进行PLC控制器选择，市场上的PLC品牌较多，有欧姆龙、三菱等等，经过性价比、扩展性等多方面考虑采用了西门子系列的。在变频器的选择上是基于西门子PLC系统进行的挑选，经过价格、应用等多方面的纵向比较选择了水泵专用的VFD300CP4变频器。接下来的PLC与变频器的连接较为简单，只需一根两芯的屏蔽线连接即可。变频器默认控制是面板输入频率控制，我们只需修改00-30项的参数为2，其余保持默认。

下一步要进行上位机监控系统的设计。上位机在一般的工业控制中又被称作HMI，本质上就是尽心监督设备现场运行状况的计算机。之所以称为上位机，是因为它可以根据实际情况对下位机下达任务以完成人们的需要。根据PLC设备的选用情况可以确定上位机要用西门子WinCC，这种上位机菜单清晰，在主界面中工作人员能够全面的监控冷却水阀与冷冻水阀的运行情况，电动阀的开闭状态与相关环节的温度变化情况也都在监控范围之内。另外WinCC还有消音按键，这个按钮可以减少报警声音发出频率，总体来看这套系统不发杂，仅需要设置PLC中的寄存链接，实用性较强。

接下来要进行相关系统的调试，这主要有两方面：一是水泵频率测试，二是温度测试。进行水泵测试是一般是PID自动调节，冷却泵的频率会随时间不断降低最后趋于平衡，冷冻泵与其类似，但它的频率达到平衡的时间较短，且平衡时电机频率较高。经实践，冷却泵从自动调节到稳定所用时间大约为15分钟，冷冻泵仅需要5分钟，稳定时前者的电机频率大约为35hz，后者40hz。这与传统的工频电机相比，节能观念在其中较好的实现，且电机噪音大大降低，应用性得到了更大方位的拓展。

中央空调温度测试一般是借助PID自动调节，只需将相关参数进行即可。一般的冷却出水温度为36.5℃、调节时间设为半小时，超调量6.22％左右，冷冻回水温度13.5℃，调节时间20分钟。可见整套系统的调节量基本都控制在和隔离范围内，这能系统快速、高效的进入变频状态。

三、结语

PLC系统应用后得到用户好评。一方面它降低了传统中央空调噪音污染的问题，另一方面它对室温能够更为精确的把控，误差极校相关技术人员还要不断积累经验，不断对PLC中央空调水泵系统进行开发，努力打造出更具科技含量的产品。

参考文献

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[2]胡铁琪.PLC在冰蓄冷中央空调系统控制中的应用[J].科学技术创新,2018(31):136-137.

[3]郭江飞.西门子PLC在中央空调节能设计中的应用[J].科技风,2018(18):52.