永宏P(guān)LC在水源熱泵空調系統中的應用

2015/5/28 16:45:01 人評論次瀏覽分類(lèi)：永宏應用案例

摘要將永宏P(guān)LC應用于水源熱泵空調控制系統，給出了PLC的I/O點(diǎn)分配表，介紹了控制系統組成和軟件設計思路，提出了一種隨機啟停的壓縮機控制方法。
關(guān)鍵詞 PLC；水源熱泵；中央空調；控制系統；壓縮機；

1 引言

空調系統的控制主要分為繼電器控制系統、直接數字式控制器（DDC）系統和可編程序控制器（PLC）系統等級幾種。由于故障率高、系統復雜、功耗高等明顯的缺點(diǎn)，繼電器控制系統已逐漸被淘汰。DDC控制系統雖然在智能化方面有了很大的發(fā)展，但由于其本身抗干擾能力差、不易聯(lián)網(wǎng)、信息集成度不高和分級分步式結構的局限性，從而限制了其應用。相反，PLC控制系統以其運行可靠、使用維護方便、抗干擾能力強、適合新型高速網(wǎng)絡(luò )結構等顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)，在智能建筑中得到了廣泛的應用。為了提高空調系統的經(jīng)濟性、可靠性和可維護性，目前空調系統都傾向于采用先進(jìn)、實(shí)用、可靠的PLC來(lái)進(jìn)行控制[3]。
本文介紹和利時(shí)公司永宏P(guān)LC在水源熱泵空調控制系統中的成功應用，說(shuō)明了永宏P(guān)LC可以很好地實(shí)現中央空調智能化控制，達到減少無(wú)效能耗、提高能源利用效率和保護空調設備的目的。

2 空調系統介紹

廈門(mén)市某單位的辦公樓采用水源熱泵中央空調系統，總建筑面積8550m2，建筑高度20.5m，其中空調面積約6840m2。地下1層為各種設備房和操作間，地上1層為職工食堂、大廳和會(huì )議室，地上2～6層為商業(yè)辦公用房。

室內溫度和相對濕度等技術(shù)參數的設計要求如表1所示。水源熱泵中央空調系統的設計制冷量為860kW，制熱量為950kW。空調的主機系統由四臺壓縮機組成，水源水系統由取水井、滲水井和水處理設備組成。

表1 室內技術(shù)參數的設計要求

3 控制系統硬件設計

該水源熱泵中央空調系統主要是根據蒸發(fā)器和冷凝器進(jìn)出水溫度的變化來(lái)控制4臺壓縮機的啟停，使水溫穩定在設定的范圍內。4臺壓縮機分成A和B兩組，每組各有2臺壓縮機。系統的I/O點(diǎn)分配如表2所示，其中開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)6個(gè)，模擬量輸入點(diǎn)4個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)5個(gè)，模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)。

表2 系統的I/O點(diǎn)分配表

根據輸入和輸出的要求，該水源熱泵中央空調系統的控制器選用永宏P(guān)LC。

PLC的人機界面選用EView觸摸屏。

4 控制系統軟件設計

控制系統的主要功能是對熱泵進(jìn)行自動(dòng)啟停，顯示溫度、壓力、流量等運行參數，顯示壓縮機的工作狀態(tài)，記錄設備的運行時(shí)間和故障原因，實(shí)現對水源熱泵中央空調系統的智能控制。從控制系統的主要功能出發(fā)，為了增加程序可讀性和減少程序代碼，PLC程序采用了主程序調用功能塊、功能塊調用函數的程序結構。PLC程序由1個(gè)主程序、11個(gè)功能塊子程序和1個(gè)函數組成，其調用關(guān)系如圖2所示。程序編譯碼占用空間為30K。
程序設計的思路是，當PLC上電后，一直進(jìn)行溫度、壓力、流量等運行參數的檢測，這些檢測主要在檢測程序、故障程序和A/B組故障停機程序中完成。如果相關(guān)參數均無(wú)異常，則開(kāi)機功能塊子程序運行，啟動(dòng)壓縮機。在開(kāi)機過(guò)程中，同時(shí)進(jìn)行溫度判斷。如果溫度達到了設定值，則進(jìn)入調節功能塊子程序，停止開(kāi)機功能塊子程序，完成開(kāi)機。根據溫度的變化，調節功能塊子程序控制壓縮機的啟停。變頻器的控制則是通過(guò)調用加載程序和降載程序來(lái)實(shí)現。
在這些程序中，為了滿(mǎn)足壓縮機的使用要求，調節功能塊子程序是最繁瑣的，例如壓縮機的啟動(dòng)時(shí)間要小于30秒、壓縮機每小時(shí)的啟動(dòng)次數不要超過(guò)5次等。為了平衡壓縮機的運行時(shí)間，增加空調的使用壽命，傳統的程序設計采用先啟先停、先停先啟、開(kāi)機過(guò)程中啟動(dòng)次序輪換等控制方法，來(lái)協(xié)調壓縮機的運行時(shí)間。但是，如果本系統采用這種方法，則仍然存在某一臺壓縮機運行時(shí)間過(guò)長(cháng)的問(wèn)題。因此決定對傳統方法進(jìn)行改進(jìn)，采用隨機啟停的控制方法代替先啟先停、先停先啟的控制方法，解決了壓縮機的運行時(shí)間不平衡的問(wèn)題。

圖2 程序調用關(guān)系圖

人機界面選用EView觸摸屏，輸入密碼后，點(diǎn)擊功能菜單，在彈出的快捷窗口中，可以選擇參數查詢(xún)、運行時(shí)間、故障查詢(xún)、運行狀態(tài)、參數設定、調節顯示、操作界面等子菜單，進(jìn)行相關(guān)的操作和顯示。

5 結論

采用傳統的繼電器控制系統來(lái)實(shí)現熱泵的控制，由于機械接觸點(diǎn)很多，接線(xiàn)復雜，參數調整不方便，而且機械接觸點(diǎn)的工作頻率低，容易損壞，可靠性差。采用直接數字式控制器（DDC）雖然可以減少接線(xiàn)，可靠性有所提高，但由于DDC其本身的抗干擾能力差、不易聯(lián)網(wǎng)、信息集成度不高和分級分步式結構的局限性，因此，越來(lái)越不能滿(mǎn)足復雜多變的智能控制要求。
采用PLC來(lái)控制熱泵系統，不僅可以通過(guò)編程實(shí)現復雜的邏輯控制，而且可以在很大程度上簡(jiǎn)化硬件接線(xiàn)，提高控制系統可靠性，用戶(hù)操作界面友好，信息集程度高，便于實(shí)現智能控制。因此，在熱泵空調領(lǐng)域，PLC控制系統取代DDC控制系統是必然趨勢。