PLC在組合式恒溫恒濕空調機組控制系統的應用

PLC在組合式恒溫恒濕空調機組控制系統的應用

　　1引言

　　廣泛應用在對環(huán)境要求較高的博物館、實(shí)驗室以及精密儀器生產(chǎn)線(xiàn)等場(chǎng)合。本文討論組合式機組控制系統。組合式恒溫恒濕空調是對一體式恒溫恒濕空調機組的改進(jìn)主要體現在空調的結構形式上。所謂組合式空調，是指將空調機組拆分成兩個(gè)部分，一部分為室內機，一部分為室外機。這樣，不僅能夠節省機組的安裝空間，而且還可以使機組的運輸和安裝等工作更加方便。本系統的另一項改進(jìn)是在室內機與室外機上各采用一個(gè)控制器，兩個(gè)控制器通過(guò)通訊的方式交換信息，通訊只需要一根2芯的屏蔽通訊電纜。與單控制器系統相比，本系統能夠將減少大量的遠距離接線(xiàn)，不僅符合節約環(huán)保的設計思想，而且大大提高了系統的可靠性，節省了安裝時(shí)間，減少了系統維護的工作量。

　　2組合式恒溫恒濕空調機組控制系統設計

　　組合式恒溫恒濕空調機組系統分為室內機與室外機兩個(gè)部分。室外機的主要部件包括壓縮機、冷凝器、冷凝風(fēng)機、四通閥和冷凝壓力開(kāi)關(guān)等。室內機的主要部件包括送風(fēng)機、表冷器、熱水盤(pán)管、電加熱、加濕器和過(guò)濾段等。室外機包括4個(gè)渦旋式壓縮機、2個(gè)冷凝風(fēng)機和4個(gè)四通閥。每?jì)蓚€(gè)壓縮機對應一個(gè)冷凝風(fēng)機，每個(gè)壓縮機對應一個(gè)四通閥。切換四通閥能夠完成空調機組從制冷工況到制熱工況的切換。室內機主要完成空調機組送風(fēng)和調濕過(guò)程。為了減少室內機和室外機之間的連接電纜，本系統在室內機與室外機上分別采用一個(gè)LM控制器LM3109，兩個(gè)控制器通過(guò)自帶的RS485接口連接，并把室內機作為主機，向從機發(fā)送控制指令和狀態(tài)查詢(xún)指令。主機上的RS232接口連接一個(gè)5.6英寸的彩色觸摸屏HT6000，用于空調工況監視、用戶(hù)參數和廠(chǎng)家參數的設置。組合式恒溫恒濕空調控制系統結構圖如圖1所示。

　　圖1組合式恒溫恒濕空調控制系統結構圖

　　3控制器的通訊處理

　　為了采用兩個(gè)LM3109控制器實(shí)現室內機與室外機的數據交換，需要在控制器中進(jìn)行通訊配置和程序編寫(xiě)?？刂破鞯某绦蜷_(kāi)發(fā)軟件帶有通訊功能庫，并且完全支持IEC-3的六種語(yǔ)言，可以使比較復雜的通訊過(guò)程能夠在控制器中方便地實(shí)現。室外機的通訊程序流程圖如圖2所示，采用ModbusRTU通訊協(xié)議。在室外機，首先初始化RS485接口的波特率、數據位、校驗位、停止位等參數，再初始化其為Modbus從站，并且設置Modbus從站地址。調用圖3中的通訊初始化功能塊即可完成Modbus從站的初始化工作。最后要做的就是把從機中的狀態(tài)信息有規律的放到控制器的可尋址區M區中，以備主機讀取?？刂破鞯木幊誊浖С諷T語(yǔ)言，可以方便的處理需要交換的數據。圖4位采用ST語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，作用是把壓縮機和四通閥的狀態(tài)信息賦值給數據位%MX1300.0~%MX1300.7，主機通過(guò)讀取這些地址內的數值就可以獲得室外機的狀態(tài)信息。從圖4可見(jiàn)，數據處理很方便，程序的可讀性也很高，在調試時(shí)各個(gè)數據的狀態(tài)一目了然。

　　圖2室外機的通訊程序流程圖

　　圖3控制器通訊初始化功能塊

　　圖4控制器通訊數據處理

　　圖5為室內機通訊程序流程圖。室內機控制器為Modbus主站。在沒(méi)有控制命令時(shí)，室內機向室外機發(fā)送Modbus查詢(xún)指令，查詢(xún)室外機的運行狀態(tài)。當有開(kāi)機、停機或加降載等需求時(shí)，室內機向室外機發(fā)送控制指令。室內機還對室外機返回的數據做CRC校驗，校驗成功后才進(jìn)行下一次控制命令的發(fā)送，從而避免了外界干擾對室外機的誤操作，保證了系統具有較高的可靠性。CRC校驗只需要調用一個(gè)功能塊即可，如圖6所示。

　　圖5室內機通訊程序流程圖

　　圖6控制器CRC校驗功能塊

　　4壓縮機保護及故障處理

　　組合式恒溫恒濕空調機組的控制功能主要包括系統啟動(dòng)、能量調節、溫度濕度控制、除霜、壓縮機保護以及故障處理等。其中系統啟動(dòng)、能量調節、溫度濕度控制除霜等功能與其他的空調系統基本相同，這里不再贅述。由于此系統是分成室外機與室內機兩個(gè)部分的，所以壓縮機保護及故障處理與常規的空調系統有所不同。在本系統中，室外機和室內機都具有保護功能。例如，壓縮機不滿(mǎn)足最小運行時(shí)間時(shí)，室內機不會(huì )向室外機發(fā)送停機指令。而當壓縮機出現高壓、過(guò)載等故障時(shí)，室外機會(huì )自行停機保護，而無(wú)需等待室內機的停機指令。在故障處理方面，室外機也可以對一些故障自行處理，例如低壓故障，在60分鐘連續出現3次才上報給室內機，否則室外機自行處理。當通訊出現故障時(shí)，室外機也會(huì )自動(dòng)停止壓縮機運行，并且發(fā)出報警信號。這樣使室內機和室外機既獨立又統一，避免因通訊延時(shí)或通訊故障對壓縮機造成損害。

　　5系統操作界面

　　本系統的操作界面采用和利時(shí)HT6600系列觸摸屏制作。這款觸摸屏為5.6英寸彩色觸摸屏。操作界面可以完成廠(chǎng)家參數以及用戶(hù)參數的設置、記錄系統報警信息、監視系統的運行工況等功能。設置廠(chǎng)家參數需要擁有最高級得權限，設置用戶(hù)參數也需要具有操作員權限，避免其它人員的誤操作。圖7為系統主界面，操作員可以進(jìn)行目標溫度、濕度設置，選擇運行工況，進(jìn)行開(kāi)機停機等操作，操作人員需要具有操作員權限。圖8為參數設定選擇界面，廠(chǎng)家可以選擇相應的選項進(jìn)行參數設置，這些參數都是廠(chǎng)家參數，不開(kāi)放給空調用戶(hù)，設置這些參數需要具有最高權限。圖9為系統運行監控界面，這里可以監視系統中各個(gè)設備的運行狀況。當系統報警時(shí)，系統會(huì )自動(dòng)切換到報警界面上。

　　圖7系統主界面

　　圖8參數設定選擇界面

　　圖9系統運行監控界面

　　6應用特點(diǎn)

　　基于和利時(shí)LM系列PLC的組合式恒溫恒濕空調控制系統具有如下特點(diǎn)：

　?。?）可靠性

　　和利時(shí)LM系列PLC自帶的RS485串口具有很強的抗干擾能力。雖然此系統中有一個(gè)37KW的變頻器，但是系統通訊完全不受影響。從現場(chǎng)的使用情況看，壓縮機、風(fēng)機等通過(guò)通訊控制的設備均可以快速響應室內機的指令。

　?。?）易用性

　　和利時(shí)LM系列PLC功能庫中的通訊功能塊使得兩個(gè)控制器通訊更加方便。除了支持梯形圖語(yǔ)言外，編程軟件還支持ST語(yǔ)言，適于通訊程序的批量處理，也使通訊程序的調試和監控更加方便。

　?。?）智能性

　　和利時(shí)LM系列PLC中的溫度采集模塊均為智能型。本系統采用4通道熱電阻采集模塊，每個(gè)通道均能進(jìn)行短路和斷線(xiàn)檢測。當通道故障或傳感器接線(xiàn)出現短路或斷線(xiàn)等問(wèn)題時(shí)，系統能夠及時(shí)進(jìn)行機組保護，避免機組收到損害。