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案例頻道關鍵詞： PLC 控制系統 智能化 編程 控制器
1 概述
1.1 引言
隨著我國經濟的不斷發展，社會高度信息化，新的高科技技術不斷應用到各個方面中，使得智能化已成為一種發展的必然趨勢。智能化也往往是從設備自動化系統開始。本文主要根據個人工作經驗就一臺水冷螺桿機組來闡述PLC控制設計與智能化中央空調系統的關系。
1.2 PLC原理及應用
中央空調冷凍系統的控制有3種控制方式：早期的繼電器控制系統、直接數字式控制器DDC以及PLC(可編程序控制器)控制系統。繼電器控制系統由于故障率高，系統復雜，功耗高等明顯的缺點已逐漸被人們所淘汰，直接數字式控制器DDC雖然在智能化方面有了很大的發展。但由于DDC其本身的抗干擾能力問題和分級分步式結構的局限性而限制了其應用范圍。相反，PLC控制系統以其運行可靠、使用與維護均很方便，抗干擾能力強，適合新型高速網絡結構這些顯著的優點使其逐步得到廣泛的應用。
可編程控制器是計算機家族中的一員。于上個世紀中后葉被發明后，在機床、各種流水線的輸送機械、發電、化工、電子等行業工藝設備的電氣控制方面得到了廣泛的應用，早期的可編程控制器被稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）, 即簡稱為PLC。
PLC具有功能強大、使用可靠、維修簡便等許多優點。對于傳統的繼電器電路來說，它難以實現復雜邏輯功能的和數字式控制，而且要實現一定規模的邏輯控制功能不僅設計繁瑣，難以實現升級，并易發故障，維修復雜，現在已被大中型設備的控制系統所拋棄。而PLC正被廣泛的應用并且已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。隨著科學技術不斷的飛躍發展，PLC也不斷得到完善和強大，同時它的功能也大大超過了邏輯控制的范圍，如聯網通信功能和自診斷功能等。因此今天這種裝置被我們稱作可編程控制器，不過我們還是習慣簡稱這種裝置為PLC。
2 PLC的體系結構
PLC結構圖
PLC實質上是一種被專用于工業控制的計算機，其硬件結構和微機是基本一致的。如圖2.1.1所示：
圖2.1.1 PLC硬件的基本結構
PLC主要是模塊式的，包含CPU模塊、I/O模塊等，PLC一端接傳感器，另一端接執行器，從傳感器得到的數據經PLC讀、運算等處理下達給執行器，執行器動作。PLC相當于繼電器的作用，其好處是可靠性高，自動化程度高、可進行網絡化等。
3 PLC控制系統主要功能與特點
3.1 PLC控制系統功能說明
在中央空調系統上PLC系統有如下功能：
◆ 數據顯示功能
顯示機組的運行參數，包括冷水出口溫度、冷水入口溫度、冷卻水出口溫度、冷卻水入口溫度、蒸汽壓力、蒸汽閥門開度，以及溶液泵、冷劑泵等所有屏蔽泵的運行狀態和各種故障報警的詳細信息。 歷史數據的存儲及檢索功能 對重要的數據進行在線存儲，數據的存儲時間最長為10年。可以通過歷史報表或者歷史趨勢曲線的方式檢索歷史數據。
◆ 控制功能
根據設定的參數，并考慮經驗運行數據，PLC應用反饋數據 (如室內溫度等)進行PID調節，以保證運行參數滿足系統要求。控制系統有三種運行方式：就地手動、軟手動和自動。就地手動就是通過就地手動操作設備對機組進行控制，軟手動是通過PLC對機組進行手動控制，自動則是根據編好的控制程序自動控制相關設備的啟、停及調節量。采用程序控制方式，杜絕冷劑污染，有效便捷地實現冷水、冷卻水的變頻控制。通過有效合理地開、停控制，達到啟動速度快、停機時間短的目的，即能節省能耗，還能避免結晶，從而提高中央空調系統的安全性和經濟性。
◆ 連鎖與保護功能
各機組相關設備的啟、停具有一定的連鎖關系和時間順序，該功能由PLC的連鎖程序完成。同時，為保證機組的可靠運行，對相關參數采取了一定的保護措施，如冷水、冷卻水與機組的連鎖控制、冷卻水系統與冷卻塔的連鎖控制等。
3.2 系統特點
◆ 靈活性
本控制系統選用可利用公司的小型一體化PLC代替傳統空調主機控制系統中的單片機，較大程度地提高了系統配置及控制的靈活性，能更好地滿足不同用戶的不同需求。同時，明顯縮短了程序開發周期。
◆ 高可靠性
PLC控制核心能夠在惡劣的環境中長期可靠、無故障運行，并且易接線、易維護、隔離性好、抗腐蝕能力強，能適應較寬的溫度變化范圍，平均無故障時間間隔(MTBF)大于15年。
◆ 強大的功能
現代的PLC的編程語言遵從易學、易懂、易用的標準。除了具備傳統PLC助記符和梯形圖編程功能外，還具有結構化語言和順序功能圖編程功能。PLC提供各種功能模塊，包括各種通訊功能選擇、通訊參數設置，以及可以具體到某年、某月、某日、某個時刻的多種定時器和超長定時器等，方便了各種功能的實現，有利于縮短開發周期和節省程序容量。
4 控制方法
4.1 對于冷凍水系統，其出水溫度取決于蒸發器的設定值，而回水溫度取決于蒸發器接收的熱量，中央空調冷凍水出水溫度與冷凍水的回水溫度設計最大溫差為：5℃（比如：出水7℃，回水12℃），現采用在蒸發器出水管和回水管上裝有檢測其溫度的變送器、PID溫差調節器和變頻器組成閉環控制系統，通過冷凍水溫差（如：△T=5℃）控制，即可使冷凍水泵的轉速相應于熱負載的變化而變化。
4.2 對于冷凍水系統，由于低溫冷凍水的溫度取決于冷卻塔的工作情況，我們只需控制高溫冷凍水（ 冷凝器出水）的溫度，即可控制溫差。現采用溫差變送器、 PID 調節器和變頻器組成閉環控制系統，冷凝器出水的溫度控制在 T2 （ 如： 37℃），使冷卻水泵的轉速相應于熱負載的變化而變化。
5 系統的設計和應用總結
由于整個實驗室正在逐步籌劃和建設的過程中，許多設計還處于探討之中，眾多功能還未付諸實施。
現在本文就系統改造實現情況作簡單介紹：本文的系統調試應分為兩步，設備電氣控制系統調試和中心網絡系統調試。我們就已完成的設備電氣控制系統設計、調試及使用情況作一下說明：針對實驗室的要求：要求電氣系統運行穩定，感溫精確度高，維護方便壽命長，并能聯網進行管理。除此之外在實際使用中由于壓縮機的啟動方式采用星三角方式啟動，屬于硬啟動，這種啟動方式對接觸器的質量要求比較嚴格，特別是對接觸器的滅弧處理等要求很嚴格。通過我的使用經驗，在這些方面ABB做的很好，而且ABB的接觸器在更換時比較方便，它的頂蓋可以拆卸，更換時不需要拆下接觸器底座，直接卸下頂蓋更換線圈即可。
當然此系統設計達到了使用要求，它不僅具備基本邏輯控制功能，還具有聯網通信功能和管理功能等。另外相對與老的控制系統，它工作穩定、故障率低，并能進行系統自動報警，操作及維護十分簡便，維修綜合成本（待機時間等）大大降低。
6 結束語
在智能化中央空調冷凍系統中，采用PLC控制系統是切實可行的，中央空調冷凍系統用PLC控制可以有效地保證其工作穩定、可靠，便于維護，且性能價格比高。 同時以PLC為核心的高可靠的監控系統實現了對空調主機的控制及兩臺主機之間的協調控制，具有先進、可靠、經濟、靈活等顯著特點。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號