輪胎車間空調(diào)設(shè)備自動化系統(tǒng)設(shè)計

2011年12月刊信息與電腦ChinaComputer&Communication軟件開發(fā)與設(shè)計輪胎車間空調(diào)設(shè)備自動化系統(tǒng)設(shè)計葉高文（廈門海洋職業(yè)技術(shù)學院，福建廈門361012）摘要：本文是基于西門子S7-200、S7-300系列PLC和富士變頻器實現(xiàn)工廠車間空調(diào)、冷凍水系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)、空調(diào)通風系統(tǒng)的整體控制。同時利用WINCC組態(tài)軟件實現(xiàn)車間的所有設(shè)備的遠程監(jiān)控，降低設(shè)備管理成本，提高效率。關(guān)鍵詞：車間空調(diào)節(jié)能；S7-300PLC；PROFIBUS-DP；遠程監(jiān)控中圖分類號：TP302.1文獻標識碼：A文章編號：1003-9767(2011)12-0121-02空調(diào)系統(tǒng)是智能建筑集成系統(tǒng)的重要組成部分，而空調(diào)系統(tǒng)本身是建筑的耗能大戶。有資料統(tǒng)計，在建筑自動化系統(tǒng)中采用了最優(yōu)投運設(shè)備的臺數(shù)控制、最優(yōu)啟?？刂啤㈧手悼刂?、工作面照度控制、公共區(qū)域分區(qū)自動照明控制、供水系統(tǒng)壓力控制、溫度自適應控制等節(jié)能措施后，可以減少約20%的能耗[1][2]。本文論述的系統(tǒng)是廈門正新橡膠有限公司的車間空調(diào)系統(tǒng)。原正新空調(diào)系統(tǒng)是每個空調(diào)、冷凍主機、冷卻塔控制各自獨立控制。這種控制方式導致當生產(chǎn)需求發(fā)生變化時操作人員必須到現(xiàn)場手動開啟或關(guān)閉設(shè)備?；蛟O(shè)備發(fā)生故障時，在實際運行中因維護人員沒法及時發(fā)現(xiàn)，導致生產(chǎn)條件不滿足停止生產(chǎn)或生產(chǎn)出不合格品。分散的控制方式隨著產(chǎn)能擴大、人力資源成本的提高越來越成為公司發(fā)展的瓶頸?，F(xiàn)代的生產(chǎn)管理方式迫切需要整體、智能的系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制。廈門正新海燕子午線輪胎二期樓宇中央管理系統(tǒng)由以下子系統(tǒng)組成：冷凍水系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)、空調(diào)通風系統(tǒng)。（4）電動機起動方式：所有小功率電機全壓低電機均為全壓直接起動。（5）冷卻塔、冷凍泵、冷卻泵控制：通過檢測冷凍水出水和回水的溫度，經(jīng)過控制器運算，調(diào)節(jié)變頻器運行頻率，使進出制冷機組冷凍水的水溫溫差達到一定的數(shù)值，讓制冷主機熱交換達到最佳狀態(tài)，節(jié)省能源。冷凍泵、冷卻泵運行臺數(shù)在1-4臺間變化，可采用自動加/減泵方法，即根據(jù)實際負荷大小，自動加/減泵（PLC控制變頻）；也可采用根據(jù)警告手動開/停泵。1臺變頻器可分別拖動1臺水泵。（6）電控柜要求：柜體及門板均采用δ2.5冷扎鋼板制作；角鋼采用50*50型，底座采用10#槽鋼制作；柜體外觀顏色RAL6033；門鎖采用上下全方向拉桿型；所有門板指示標牌均采用絲網(wǎng)印刷刻字；線槽，風扇，銅頭均采用臺灣品牌；接線端子采用魏德米勒品牌.3.自控系統(tǒng)設(shè)計由于自控系統(tǒng)被控對象空調(diào)箱安裝地點分散，冷凍水、冷卻塔系統(tǒng)相對集中。因此自控系統(tǒng)設(shè)計為，每個空調(diào)箱、冷凍水系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)各為一個獨立的自控系統(tǒng)。冷卻塔、各空調(diào)箱控制由西門子S7-200完成。因冷凍水系統(tǒng)I/O點數(shù)多，控制要求高、邏輯相對復雜，由西門子S-300系統(tǒng)實現(xiàn)。由于篇幅問題，自控系統(tǒng)只顯示部分結(jié)構(gòu)。如圖1。冷凍水系統(tǒng)采用S7-300PLC和MPI通信協(xié)議；冷卻塔系統(tǒng)采用S7-200PLC和MODBUS專用通信協(xié)議；其余幾個空調(diào)箱采用S7-200PLC和PPI協(xié)議控制等，而整體系統(tǒng)通信采用profibus-DP現(xiàn)場總線通信協(xié)議。1.項目簡介及正新輪胎公司要求為擴大產(chǎn)能，正新在預留土地上建了503、505車間，生產(chǎn)輪胎、輪胎鋼圈等產(chǎn)品。車間主要設(shè)備為：空調(diào)及通風系統(tǒng)由32臺空氣處理機組以及4臺新風機組等設(shè)備組成?？照{(diào)冷源系統(tǒng)分為一個冷凍機房：四臺離心式冷水機組（型號：YKGJGP95CSF，制冷量kW：800TR）及5臺冷凍水泵（型號NKG200-150-400，電機功率110KW）、5臺冷卻水泵（型號：NKG200-150-315，電機功率55KW）、4臺冷卻塔（型號：LRCM-H-600，風機功率：11KW）設(shè)備組成。本次503成型及505硫化車間要求：溫度控制在18℃~28℃以內(nèi)（即23℃±5℃），夏天正常溫度自動控制在24℃~28℃以內(nèi)，冬天正常溫度自動控制在18℃~22℃以內(nèi)，夏天、冬天RH值均應<70%。工程需向廈門質(zhì)檢站報備，節(jié)能指標作為項目綜合驗收指標，質(zhì)檢站要求節(jié)能20%。2.車間總體配電方案設(shè)計本項目圖紙根據(jù)海燕正新二期503成型&505硫化車間空調(diào)及通風系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范所設(shè)計。由于篇幅限制，本文主要對總體配電設(shè)計作如下說明：（1）電氣控制：設(shè)現(xiàn)場手動控制和遠動（計算機）控制兩種控制方式。（2）工作接地：在配電室周圍增打接地極，用扁鋼接地帶連成一體構(gòu)成接地系統(tǒng)，所有低壓，電氣設(shè)備的金屬外殼均通過接地干線接入接地系統(tǒng)。（3）風機電機電流、冷凍泵、冷卻泵電流、冷水主機電流各個控制柜電壓均在控制柜上設(shè)計出線到端子排，以便自動系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。圖1自控系統(tǒng)局部圖1自控系統(tǒng)設(shè)計中很重要的節(jié)能控制設(shè)備是變頻器[3][4]。本系統(tǒng)采用具有很高的運行可靠性和功能多樣性的富士水泵專用FRENIC-VP系列變頻器。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而大大降低了電動機運行的噪聲，對環(huán)境起到很好的保護作用。軟件開發(fā)與設(shè)計信息與電腦ChinaComputer&Communication2011年12月刊本自控系統(tǒng)采用的觸摸屏是西門子TP17O彩色觸摸屏。它可以通過MPI協(xié)議同S7-300PLC實現(xiàn)通信。WinCC作為一個功能強大的操作監(jiān)控組態(tài)軟件，在本項目中得到很好的應用。自控系統(tǒng)控制方式有：手動控制方式、自動強制控制方式和自動程序控制方式。PLC具有功能強大、使用可靠、維修簡便等許多優(yōu)點[6]。本系統(tǒng)采用的PLC是西門子S7系列PLC，主要有S7-200PLC和S7-300PLC。西門子的S7系列PLC具備高度的可靠性和強大的抗干擾能力和處理能力。[5]>90%超過20分鐘或冷凍水出水溫度>15℃超過1分鐘，主機加機。加機過程如系統(tǒng)開啟過程。（2）減機過程：當冷凍水出水溫度<11℃且平均負荷滿足以下條件之一：四臺主機運行中平均負荷<70%；三臺主機運行中平均負荷<60%；二臺主機運行中平均負荷<50%；選擇運行時間最長的主機，遠程停止。5分鐘后關(guān)閉對應冷凍、冷卻蝶閥；蝶閥關(guān)閉后選擇運行時間最長的冷凍泵、冷卻泵停止。冷卻塔運行數(shù)量仍由冷卻臺數(shù)量控制圖所示進行控制。（3）主機故障切換過程：停止發(fā)生故障的主機。5分鐘后關(guān)閉對應冷凍、冷卻蝶閥；選擇備用主機中運行時間最少的主機，開啟對應冷凍、冷卻蝶閥；冷卻塔運行數(shù)量仍由冷卻臺數(shù)量控制圖所示進行控制（4）停止冷凍系統(tǒng)過程：先后遠程停止運行中的主機；5分鐘后間隔約30s先后停止運行中的冷凍泵、冷卻泵；關(guān)閉主機對應冷凍、冷卻蝶閥；關(guān)閉冷卻塔；（5）冷凍水泵頻率PID控制：檢測集水器、分水器之間的壓差，同設(shè)定壓差進行比較，進行PID控制，控制運行水泵的頻率，壓差小于設(shè)定值，增加頻率；壓差大于設(shè)定值，減少頻率；水泵的最低頻率為35Hz。（6）冷卻水泵PID控制：檢測進出冷卻水溫差，同設(shè)定值進行比較，進行PID控制，控制運行水泵的頻率，溫差小于設(shè)定值，增加頻率；溫差大于設(shè)定值，減少頻率；水泵的最低頻率為35Hz。4.車間空調(diào)設(shè)備自控系統(tǒng)PLC實現(xiàn)PLC在輪胎車間空調(diào)設(shè)備自動化系統(tǒng)中控制功能說明如下。（1）當啟動空氣處理機時，PLC發(fā)出控制指令。首先開戶回風門和新風門到設(shè)定位置，然后啟動送風機。（2）露點溫度與系統(tǒng)設(shè)定值相比較后，用PID方式調(diào)節(jié)冷水電動閥控制冷水流量或啟動加熱器控制加熱量，使送風溫度達到設(shè)定值。（3）當過濾網(wǎng)前后壓差超出設(shè)定值時，PLC發(fā)出過濾堵塞報警信號。（4）當空氣處理機停止運行后，新風門、回風門和冷水電動閥回復到全關(guān)位置，并關(guān)停冷水環(huán)泵。受篇幅限制，以下僅對冷凍系統(tǒng)的PLC控制過程進行闡述。4.1冷凍系統(tǒng)PLC控制手動模式（1）蝶閥開啟：上位機上開啟主機對應蝶閥：“自動控制”切換為“手動強制”（2）選擇按鈕在手動模式下，按對應設(shè)備（風機、水泵）啟動按鈕即可啟動對應設(shè)備。（3）手動開啟冷凍主機。4.2冷凍系統(tǒng)PLC控制自控模式自控模式實現(xiàn)程序流程圖，如圖2所示。5.總結(jié)通過利用西門子S7-200、S7-200系列PLC實現(xiàn)了廈門海燕正新橡膠503車間空調(diào)系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)的整體控制，真正實現(xiàn)了生產(chǎn)車間“需要多少冷源，冷凍系統(tǒng)提供多少”，大大減少能耗。同時利用WINCC組態(tài)軟件實現(xiàn)車間的所有設(shè)備的遠程監(jiān)測控制，降低設(shè)備管理管理成本，提高效率。也存在一定缺點，那就是PPI通信速率較慢，更新現(xiàn)場某個空調(diào)的數(shù)據(jù)大約需要30S時間。此點需要再進行提升。參考文獻：[1]劉顯成.智能建筑的發(fā)展與展望[J].河南建材,2008,(2):63-64.[2]陳建東.中央空調(diào)系統(tǒng)水泵變頻節(jié)能技術(shù)的應用分析[J].制冷技術(shù),2006,(4):13-14.[4]翟廣勝.變頻器選擇方法及應用[J].設(shè)備