基于PLC和GP的水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用(圖文)

1、基于PLC和GP的水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用(圖文)論文導(dǎo)讀：以往的水源熱泵控制系統(tǒng)多采用單片機控制。由于PLC即可編程序邏輯控制器ProgrammableLogicalController是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)計算機，具有抗干擾能力強，工作可靠性高，平均無故障時間長，可在惡劣的環(huán)境下正常工作等，此外還可大大縮短系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試周期，從而可加快工程進度。GP由于能在屏幕上給出中文提示，人機交互界面友好，所以使設(shè)備的操作更加簡單、直觀、方便。關(guān)鍵詞：PLC，GP，水源熱泵0引言以往的水源熱泵控制系統(tǒng)多采用單片機控制。由于PLC即可編程序邏輯控制器

2、Programmable Logical Controller是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)計算機，具有抗干擾能力強，工作可靠性高，平均無故障時間長，可在惡劣的環(huán)境下正常工作等，此外還可大大縮短系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試周期，從而可加快工程進度。PLC程序通過小的修改即可應(yīng)用到其他品牌或型號的PLC控制模塊，即程序具有相當(dāng)好的通用性。GP由于能在屏幕上給出中文提示，人機交互界面友好，所以使設(shè)備的操作更加簡單、直觀、方便。因此，本系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)采用了PLC和GP技術(shù)。一、硬件設(shè)計本控制系統(tǒng)的核心部件采用德國SIEMENS公司S7-200系列可編程控制器，考慮到控制系統(tǒng)的

3、規(guī)模，CPU選用6ES7-CPU214，帶有擴展模塊2塊EM235、1塊EM222和1塊EM223；本控制系統(tǒng)的實際物理點數(shù)為13點數(shù)字量輸入、22點數(shù)字量輸出、6點模擬量輸入。系統(tǒng)人機界面采用日本Digitail公司的GP37W2觸摸屏，用于監(jiān)視系統(tǒng)運行狀況和設(shè)置工作參數(shù)，操作界面采用中文對話方式，易于操作。通過配置通訊適配器實現(xiàn)西門子MPI協(xié)議和RS232串行通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)觸摸屏和PLC之間的數(shù)據(jù)通信。溫度傳感器采用中美合資北京ACT公司生產(chǎn)的TD-6112-8000。系統(tǒng)構(gòu)成如圖：二機頭水源熱泵空載實驗系統(tǒng)示意圖二、軟件設(shè)計根據(jù)水源熱泵機組的控制要求設(shè)計觸摸屏畫面程序和PLC梯形圖

4、程序，包括機房系統(tǒng)有關(guān)設(shè)備制冷制熱兩種工況下、自動和手動兩種啟?？刂品绞较赂餍枨髾z測量溫度、能量級、故障、運行狀態(tài)、輔助設(shè)備狀態(tài)等的實時檢測、實時反應(yīng)處理與實時顯示等，故障及時檢測與報警處理以及各種保護的及時實現(xiàn)等。1、觸摸屏畫面設(shè)計人機界面采用集操作和顯示于一體的觸摸屏。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求及綜合考慮人機界面的操作特點，編制出各個畫面。本系統(tǒng)的觸摸屏畫面均應(yīng)用GP-Pro/PB3 Version 7.01全英文軟件編寫，經(jīng)該軟件編輯模擬無誤后，下載到觸摸屏即可使用。操作人員可根據(jù)屏幕上的中文提示，直接輕觸屏幕上的按鈕來控制水泵和壓機的啟停，同時又可在屏幕上觀察到系統(tǒng)運行工況、各道溫度的實時數(shù)據(jù)

5、、能量級、故障、運行狀態(tài)、輔助設(shè)備狀態(tài)、故障及歷史故障狀態(tài)、報警狀態(tài)、以及各種保護等信息，使本人機界面具有顯示直觀、操作簡單可靠的特點。在制冷自動方式;畫面中，用戶可以直接觸摸對應(yīng)的按鈕，然后這些按鈕的開關(guān)狀態(tài)值ON/OFF送入PLC處理，PLC會向相應(yīng)的元器件發(fā)送啟停命令。在制冷參數(shù)顯示畫面中，可以顯示出制冷方式下實時的空調(diào)水和井水溫度等，各壓機的排氣溫度和能量級，各壓機的累計運行時間，以方便值班人員參考。制冷自動方式畫面和制冷參數(shù)顯示畫面如下列圖其他畫面不做詳細(xì)介紹：2、PLC程序設(shè)計PLC控制程序采用西門子公司提供的基于WINDOWS平臺的S7-200編程軟件STEP7-Micro/WI

6、N32編寫，并采用LAD、CSF、STL三種編程方式編制而成。整套控制程序采用模塊化/結(jié)構(gòu)化編程方法：控制程序分為假設(shè)干個控制局部，每一局部的控制程序由主程序OB1在每次掃描周期中依次調(diào)用來實現(xiàn)各自的控制功能。以下主要介紹幾個關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)：1、對溫度的控制設(shè)計溫度處理的核心部件是模擬量模塊EM235。按照面向?qū)ο蟮乃枷?，PLC控制程序主要通過在OB1主程序中屢次調(diào)用子程序塊實現(xiàn)對每一溫度模擬量的處理，每一溫度模擬量都是通過采樣、量化將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。為了降低采樣誤差，減少顯示值波動跳變以增加采樣值穩(wěn)定性和提高控制程序可靠性，鑒于系統(tǒng)特性，程序設(shè)計每個模擬量平均采樣時間5秒，5秒內(nèi)每秒對該模擬

7、量采樣1次，取其5次的平均值作為該運行時刻的溫度值，存儲到模塊內(nèi)部的V區(qū)，以供主程序調(diào)用。2、對故障的檢測處理程序設(shè)計了對故障的實時檢測，當(dāng)管路系統(tǒng)出現(xiàn)共性非緊急故障包括：壓機油位保護、壓機油壓差保護和壓機吸排氣壓力保護時，機組投入快速卸載運行，每臺壓機先轉(zhuǎn)入25%能量運行60秒后停機；當(dāng)機組系統(tǒng)出現(xiàn)緊急故障包括：壓機電子保護、壓機過載保護、電源保護和水流量開關(guān)保護時，故障壓機或系統(tǒng)立即停止運行。待故障消除后，可以重新自動投入運行。只要系統(tǒng)出現(xiàn)故障，程序?qū)⒔o出聲光報警，控制柜上的故障指示燈和故障電鈴顯示和報警。操作人員可在觸摸屏上查看故障原因，以便決定處理方法。3、機組運行按照結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的

8、思想，PLC控制程序主要通過屢次使用編程工具中的比擬指令和位邏輯指令等實現(xiàn)溫度二維模擬方式并參考結(jié)合時間參數(shù)共同控制實現(xiàn)加、卸載的調(diào)度。機組分自動和手動兩種工作方式。自動制冷方式下：啟動循環(huán)泵 延時2分鐘 啟動井水泵延時2分鐘啟動壓機壓機上載。自動制熱方式下：啟動井水泵 延時2分鐘 啟動循環(huán)泵延時2分鐘啟動壓機壓機上載。中選擇手動方式時，井水泵、循環(huán)泵或壓機都會單機運行。手動方式下壓機的上卸載過程執(zhí)行自動方式下的上卸載程序。4、系統(tǒng)控制的優(yōu)化為了保證整體機組部件使用壽命平均，維護量根本相同，程序運用平均壓縮機運行時間的優(yōu)化控制模式均衡兩臺壓機工作時間，即工作時間長者后啟動先停機，工作時間短者先

9、啟動后停機；并且根據(jù)井水溫度和循環(huán)水溫度調(diào)節(jié)熱泵的運行工作狀態(tài)。5、試運行本程序編制了試運行時間控制這一特殊功能，在試運行期間，當(dāng)機組的累計工作時間大于或等于調(diào)試人員預(yù)設(shè)定的機組限定時間后，機組將停止運行直到供給商根據(jù)試運行狀態(tài)等去取消試運行。本功能的應(yīng)用不但可讓供給商可以準(zhǔn)確掌握機組試運行期間內(nèi)現(xiàn)場運行一手材料，還可以在一定程度上幫助供給商及時收回機組貨款。6、壓縮機運行時間的累計為了保持系統(tǒng)運行良好，必須定期對系統(tǒng)進行維護保養(yǎng)。本系統(tǒng)對壓機的運行時間進行累計，累計值能夠斷電保持，即關(guān)斷電源后累計值還存在。操作人員可以根據(jù)所顯示的運行時間來安排系統(tǒng)的維護工作，為設(shè)備的管理提供了方便。7、密碼保護為了保證系統(tǒng)操作的平安性，在人機界面中設(shè)置了用戶等級，通過用戶登錄輸入密碼確定操作權(quán)限。0級為操作工級，無須輸入密碼；1級供機組管理人員使用，可以進入設(shè)置溫度修正參數(shù)、加卸載間隔時間和加卸載溫差；2級供廠商的調(diào)試和廠家技術(shù)人員使用，可以設(shè)置試運行的啟用或關(guān)閉、修改機組運行時間。三、結(jié)論該控制系統(tǒng)通過PLC軟件解決了機組控制系統(tǒng)復(fù)雜，故障點多的難點，通過GP方便地實現(xiàn)了人機對話。該系統(tǒng)做