制冷系統(tǒng)控制電路的PLC改造

...wd......wd......wd...制冷系統(tǒng)控制電路的PLC改造廣州市輕工職業(yè)學(xué)校楊光電本校實(shí)驗(yàn)室的中央空調(diào)，其制冷系統(tǒng)的控制電路屬于繼電器邏輯控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)使用了大量的交流接觸器、中間繼電器、時間繼電器等電器元件，由于控制觸點(diǎn)多，電控系統(tǒng)故障率高，檢修周期長，空調(diào)使用年月久后，電氣控制系統(tǒng)老化，繼電器故障頻繁，檢修困難，給學(xué)校的教學(xué)帶來一定的影響。如今PLC技術(shù)日臻成熟，價格不斷下降而功能卻不斷加強(qiáng)，因此我們可以利用PLC對繼電器邏輯控制系統(tǒng)進(jìn)展改造，以提高中央空調(diào)的使用率。一、制冷系統(tǒng)控制電路功能分析如圖1所示，這是一個螺桿式冷水機(jī)組用冷水泵、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的控制電路，其工作原理如下：〔1〕啟動。由于本例冷卻水泵電動機(jī)功率較大，采用抽頭式自耦變壓器T1，利用其55%檔降壓啟動。按下冷卻水泵啟動按鈕SBT1，交流接觸器KM13線圈得電，與SBT1并聯(lián)的常開輔助觸點(diǎn)閉合自鎖，另一常開輔助觸點(diǎn)閉合，使交流接觸器KM12線圈及時間繼電器KT1線圈得電；主電路中KM13與KM12的主觸點(diǎn)閉合，冷卻水泵經(jīng)T1降壓啟動，此時，冷卻水泵啟動指示燈HL12亮，而HL13滅?！?〕正常運(yùn)轉(zhuǎn)。從按下啟動按鈕SBT1起延時8~10秒后，時間繼電器KT1常開觸點(diǎn)閉合。中間繼電器KA1線圈得電并自鎖，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開令KM13線圈失電，運(yùn)行接觸器KM11線圈得電。KM13線圈失電，KM13常開觸點(diǎn)斷開使使KM12線圈和KT1線圈失電。至此，主電路中啟動接觸器，KM13、KM12觸點(diǎn)斷開，運(yùn)行接觸器KM11常開觸點(diǎn)閉合，使冷卻水泵電動機(jī)獲得全壓而正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此時冷卻水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈HL11亮，而HL13和HL12熄滅。〔3〕與冷水機(jī)組壓縮電動機(jī)聯(lián)鎖控制。接觸器KM11得電，冷卻水泵轉(zhuǎn)入運(yùn)行的同時，與冷水機(jī)組壓縮電動機(jī)作聯(lián)鎖控制的繼電器KA40線圈得電，則與控制冷水機(jī)組啟動的中間繼電器KA3線圈串接的KA40常開觸點(diǎn)閉合，冷水機(jī)組壓縮電動機(jī)才有可能啟動?！?〕停機(jī)。按下冷卻水泵停頓按鈕SBP1，冷卻水泵控制回路便斷電，接觸器KM11、KM12、KM13線圈全部失電，冷卻水泵電動機(jī)斷電停機(jī)。〔5〕過載保護(hù)。熱繼電器FR1起過載保護(hù)作用。冷水泵控制回路與冷水機(jī)組本身聯(lián)鎖，冷水泵啟動，轉(zhuǎn)入運(yùn)行控制回路原理與前述基本一樣，冷卻塔風(fēng)機(jī)電功率小于5KW,故利用啟動按鈕SBT3通過接觸器KM3直接啟動。二、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1、PLC的機(jī)型選擇和I/O分配根據(jù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)我們把5個按鈕開關(guān)SBP1、SBT1、SBP2、SBT2、SBP3分別輸入到PLC的X0-X4端口，熱繼電器FR1,FR2分別輸入到X5，X6端口，一共用了7個輸入端口。KM11、KM12、KM13、KM21、KM22、KM23、KM3共七個交流接觸器的線圈分別和PLC的Y0-Y6端口相連接，指示燈HL11，HL12，HL13，HL21，HL22，HL23，HL31分別和PLC的Y7-YD端口相連接。在如以下列圖的舊電氣系統(tǒng)控制線路圖本來還有中間繼電器和時間繼電器等元器件，在I/O分配中卻不必對它們進(jìn)展分配，它們將作為PLC的內(nèi)部繼電器，其功能可由軟件加以解決，這也是PLC控制的優(yōu)勢所在。由表1可見，本次設(shè)計(jì)總共需要用到5個輸入端，15個輸出端，因此可以選用松下電器公司生產(chǎn)的FP1-C40型號的主控單元〔I/O=24/16〕，其I/O口比設(shè)計(jì)要求要多，可以供系統(tǒng)增加功能時使用；控制水泵的交流接觸器線圈通過的電流較大，F(xiàn)P1型PLC主機(jī)屬于繼電器輸出型,有觸點(diǎn)輸出方式，適用于低速、大功率的負(fù)載，可以滿足控制系統(tǒng)交流接觸器線圈對電流的要求。FP1型PLC的掃描速度為1.6μs/步，這樣的掃描速度不算很快，但是考慮到本控制系統(tǒng)的主要控制對象是交流接觸器，屬于機(jī)械動作型的元器件，對控制時間的要求不是很嚴(yán)格，較慢的掃描速度不但不會對控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響，反而會提高系統(tǒng)的抗干擾能力,本次PLC改造的電氣線路不是很復(fù)雜，PLC主機(jī)的容量也完全可以滿足要求。FP1型PLC主機(jī)不但可以通過適配器和計(jì)算機(jī)進(jìn)展通訊，還可以通過手編程器對其進(jìn)展操作，方便技術(shù)人員隨時對中央空調(diào)的電氣系統(tǒng)進(jìn)展維護(hù)，F(xiàn)P1系列的PLC其I/O端子板采用可拆卸的構(gòu)造，可將整個端子板拆下，這主要方便于更換PLC控制單元時，只要拆換端子板，而不必將接到端子板上的所有電線都重新接一遍，非常方便技術(shù)人員對電氣控制系統(tǒng)的維護(hù)，綜上所述，本次螺桿式冷水機(jī)組用冷水泵、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)控制電路的改造決定采用FP1型PLC主機(jī)。表一控制電路PLC的I/O分配表輸入輸出X0按鈕開關(guān)SBP1Y0交流接觸器KM11Y8指示燈HL11X1按鈕開關(guān)SBT1Y1交流接觸器KM12Y9指示燈HL12X2按鈕開關(guān)SBP2Y2交流接觸器KM13YA指示燈HL13X3按鈕開關(guān)SBT2Y3交流接觸器KM21YB指示燈HL21X4按鈕開關(guān)SBP3Y4交流接觸器KM22YC指示燈HL22X5按鈕開關(guān)SBT3Y5交流接觸器KM23YD指示燈HL23Y6交流接觸器KM3YE指示燈HL31YF指示燈HL32輸出端子COMFP1交流接觸器線圈RC浪涌吸收器Y輸出端子COMFP1交流接觸器線圈RC浪涌吸收器Y～圖2交流感性負(fù)載保護(hù)電路2、PLC控制系統(tǒng)外部電路設(shè)計(jì)此次的電氣系統(tǒng)改造只改造螺桿式冷水機(jī)組用冷水泵、冷卻水泵及冷卻塔風(fēng)機(jī)控制電路，主電路保持不變。硬件局部的設(shè)計(jì)、配置包括外部電路的設(shè)計(jì)、繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖和總接線圖、設(shè)計(jì)組件的裝配圖和接線圖，并在此根基上設(shè)計(jì)與制作電氣控制柜并進(jìn)展PLC的安裝與配線。此次的電氣系統(tǒng)改造，并不需要調(diào)整按鈕開關(guān)的位置，可以到達(dá)原先的操作者和原先一樣操作的感覺，覺察不到內(nèi)部的電氣控制系統(tǒng)實(shí)際已由PLC控制，所以我們的硬件局部設(shè)計(jì)關(guān)鍵要解決PLC的安裝及內(nèi)部接線等問題。PLC的外圍電路包括I/O接口電路、電源電路和接地電路、電動機(jī)的主電路和一些不進(jìn)入PLC的控制、保護(hù)電路等。不進(jìn)入PLC的控制、保護(hù)電路包括為了提高控制可靠性的原繼電器－接觸器控制系統(tǒng)的一些短路、過載等保護(hù)環(huán)節(jié)。在采用PLC控制后，原繼電器－接觸器電路的大局部連鎖環(huán)節(jié)都已編入PLC的程序之中，但從保證系統(tǒng)工作可靠的角度考慮，在外圍電路還應(yīng)保持一些必要的環(huán)節(jié)?；ユi觸點(diǎn)除設(shè)計(jì)入PLC的程序中之外，還應(yīng)該保存在外圍電路中，防止PLC輸出電路發(fā)生故障時，可能使輸出端同時出現(xiàn)“ON〞，而導(dǎo)致電動機(jī)發(fā)生事故。在設(shè)計(jì)的時候，還可保存電動機(jī)過載保護(hù)的熱繼電器FR的常閉觸點(diǎn)，這樣做的目的是將可能發(fā)生的故障限制在最小范圍內(nèi)，提高系統(tǒng)工作的可靠性。為了保護(hù)PLC，我們也應(yīng)在電源電路上安裝適當(dāng)?shù)谋ｋU絲。由此可見，我們在設(shè)計(jì)PLC控制線路的時候，沒有必要把所有的外部條件都全部納入PLC之中，特別是一些重要的保護(hù)環(huán)節(jié)，仍可保存在與PLC無關(guān)的外圍電路中，當(dāng)發(fā)生事故的時候，可以及時切斷PLC主機(jī)的電源，確保電動機(jī)停下來，保護(hù)操作者的人身安全。按照上面的分析，設(shè)計(jì)出如圖3所示的螺桿式冷水機(jī)組用冷水泵、冷卻水泵及冷卻塔風(fēng)機(jī)PLC控制電路圖。三、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)在進(jìn)展硬件設(shè)計(jì)的同時，可同步進(jìn)展程序設(shè)計(jì)工作。程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求，把繼電器邏輯控制線路圖轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的梯形圖，我們應(yīng)該采用正確的方法，合理地利用PLC指令的功能，最大限度地發(fā)揮PLC控制的優(yōu)越性。PLC所使用的梯形圖沿用了繼電器邏輯控制電路的構(gòu)造，元件符號也大致相近，但是，由于，由于PLC的構(gòu)造、工作原理與繼電器邏輯控制系統(tǒng)有很大不同，梯形圖和繼電器控制線路圖有著本質(zhì)的區(qū)別。在進(jìn)展程序設(shè)計(jì)時，我們特別要注意將所用到的“軟繼電器〞，列表標(biāo)明其用途，作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的資料之一，便于以后進(jìn)展程序調(diào)試、系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)、檢修時查閱。我們在編程時可以采用模塊化設(shè)計(jì)的方法，把如以下列圖的電氣原理圖設(shè)計(jì)成三大模塊，分別是冷卻水泵的控制，冷水泵的控制和冷卻塔風(fēng)機(jī)的控制，根據(jù)控制要求把電氣控制的邏輯電路轉(zhuǎn)換為梯形圖，一個模塊一個模塊的編寫，每一個模塊調(diào)試成功后，都有自己獨(dú)立的功COMCOMX0X1X2X3X4X5X6X7COMX8X9XAXBXCXDXEXF24V(+)24V(-)……SBP1SBT1SBP2SBT2SBP3SBT3Y0FGACACCOM16.3VKM11COM2FP1-C40PLC主機(jī)380VAC220VKM12KM13KM21KM22KM23KM3Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7×HL11×HL12Y8Y9×HL13YA×HL21YB×HL22YC×HL23YD×YE×HL31YFHL32～FU1FU2FU3FR1FR2～FU4FU0圖3螺桿式冷水機(jī)組用冷水泵、冷卻水泵及冷卻塔風(fēng)機(jī)PLC控制電路圖。圖3螺桿式冷水機(jī)組用冷水泵、冷卻水泵及冷卻塔風(fēng)機(jī)PLC控制電路圖。能，按照相應(yīng)的規(guī)則組裝在一起，再集中聯(lián)機(jī)總調(diào)試。這樣做的好處是使每一個模塊都成為功能單一、構(gòu)造清晰、容易理解的小程序，使梯形圖程序設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率得到提高。在電氣控制原理圖中，中間繼電器和交流接觸器得電后，其常閉觸頭先斷開然后常開觸頭才接通，但在PLC的電氣控制線路中，軟繼電器沒有這一特性，它們沒有時間差，是同時動作的，從而造成電路存在工作不可靠甚至產(chǎn)生誤動作的隱患，因此我們在編程的時候可以另外加多一個短延時定時器〔PLC主機(jī)內(nèi)部的定時器〕來解決時間差的問題，使電路更加穩(wěn)定的工作。至此，螺桿式冷水機(jī)組用冷水泵、冷卻水泵及冷卻塔風(fēng)機(jī)控制電路的PLC改造軟件局部全部完成，經(jīng)過調(diào)試驗(yàn)證的梯形圖和助記符見附錄1和附錄2。四、控制系統(tǒng)的調(diào)試將梯形圖通過適配器從計(jì)算機(jī)輸入到PLC主機(jī)中，并將梯形圖和指令表打印出來，進(jìn)展檢查比較。我們還應(yīng)把PLC主機(jī)I/O端口所對應(yīng)的開關(guān)和本次編程中所使用到的內(nèi)部繼電器和定時器列表，標(biāo)明其用途，打印出來，作為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料之一，便于以后進(jìn)展程序調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行時維護(hù)，檢修時查閱。1、輸入點(diǎn)的調(diào)試合上可編程控制器的供電電源〔220V〕，把PLC主機(jī)的工作方式選擇開關(guān)撥到“PROG〞擋。用手動的方法，使輸入的各開關(guān)〔按鈕和限位開關(guān)〕動作，作為模擬量輸入信號，觀察可編程控制器的相應(yīng)輸入指示燈〔LED〕是否點(diǎn)亮，假設(shè)不亮，檢查接線是否正確。2、輸出點(diǎn)調(diào)試使用可編程控制器的強(qiáng)迫輸出功能進(jìn)展檢查，檢查Y0－Y8每一個輸出指示燈〔LED〕是否正常。然后把T68鏜床程序輸入到PLC主機(jī)里，把PLC主機(jī)的工作方式選擇開關(guān)撥到“RUN〞擋。按其工藝流程，按下相應(yīng)的按鈕開關(guān)，觀察PLC主機(jī)的輸出指示燈指示是否正常?！泊藭r暫時不要接入交流接觸器〕3、PLC主機(jī)帶負(fù)載調(diào)試在輸出點(diǎn)接入交流接觸器，暫不要接入電動機(jī)，按工藝流程按下相應(yīng)的按鈕開關(guān)，觀察相應(yīng)的交流接觸器動作是否正常，如果交流接觸器不動作，檢查接線是否正確。表二軟繼電器一覽表名稱功能名稱功能R1代表KA1TM2代表KT2R2代表KA2TM3KM13常開觸頭的延時R3代表KA40TM4KM14常開觸頭的延時R4代表KA50TM5KM15常開觸頭的延時R5代表KA60TM6KM16常開觸頭的延時TM1代表KT14、聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)在軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、裝配、初調(diào)工作基本完成后，即可進(jìn)展聯(lián)機(jī)調(diào)試。在調(diào)試之前，還需要對PLC控制系統(tǒng)進(jìn)展一次全面的檢查，檢查的主要內(nèi)容和步驟見表三。經(jīng)過檢查，在確認(rèn)各方面都正常的情況下，可接通電源，將PLC主機(jī)的工作方式開關(guān)置于“RUN〞擋，進(jìn)展試運(yùn)行，按照程序設(shè)計(jì)流程圖逐步調(diào)試。我們特別要注意電動機(jī)的正轉(zhuǎn)方向和原來圖紙所標(biāo)的正轉(zhuǎn)方向是否一樣，如果不同，要把三相線路的其中兩條調(diào)轉(zhuǎn)。對一些待定的參數(shù)〔如各個定時器的預(yù)置值〕，應(yīng)在現(xiàn)場進(jìn)展整定，使其滿足控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。對調(diào)試中出現(xiàn)的問題，要對癥查找原因。硬件方面的問題，則改變配置，排除線路故障；軟件方面的問題，則修改程序。試運(yùn)行的時間應(yīng)足夠長，盡可能讓各種異常情況充分暴露，以得到解決，最后到達(dá)整個系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠地工作為止。五、控制系統(tǒng)的抗干擾措施可編程序控制器〔PLC〕本身的可靠性很高，PLC制造廠采取了許多抗干擾措施，但是外來干擾仍會通過電源線和傳輸線影響PLC的工作。因此在現(xiàn)場施工中，我們必須考慮以下幾個問題：1、PLC的配電問題〔1〕供給PLC的交流電源要加接隔離變壓器。變壓器的原邊和副邊之間要有接地屏蔽層，最好采用三層屏蔽的方式。單層靜電屏蔽的隔離變壓器，副邊與屏表三PLC系統(tǒng)檢查工程表檢查工程檢查內(nèi)容外觀檢查1、檢查控制柜各電器安裝的質(zhì)量2、檢查接線端、插件板有無松動3、檢查接地線是否符合要求輸入、輸出配線1、檢查輸入端接線，可用輸入端指示或I/O監(jiān)視功能檢查2、檢查輸出端接線，可用強(qiáng)制ON/OFF功能進(jìn)展檢查〔檢查前應(yīng)關(guān)閉動力電源，以免電動機(jī)啟動，并確保不會造成設(shè)備損壞〕連接電纜檢查各單元之間的連接電纜是否連接正確并鎖緊程序輸入檢查經(jīng)過初調(diào)的程序是否已輸入PLC主機(jī)中蔽層有寄生電容存在，未能解決工頻干擾的影響。雙層靜電屏蔽的隔離變壓器，能夠抑制工頻干擾。三層靜電屏蔽的隔離變壓器還能抑制共模干擾，必要時還要增加電源濾波裝置?！?〕電源電壓波動影響。一般PLC允許電源電壓波動是＋15％～-15％，假設(shè)超過這個值，應(yīng)由檢測元件檢出該波動信號，使PLC系統(tǒng)停頓運(yùn)行?！?〕電源線的橫截面積足夠大，以防止產(chǎn)生過大的電壓降。2、控制過程中干擾的來源及對策中央空調(diào)電氣控制系統(tǒng)的PLC輸入設(shè)備主要是按鈕開關(guān)PLC的輸出設(shè)備主要有接觸器線圈，壓縮機(jī)的啟動和停機(jī)將會把大量的干擾信號帶入PLC主機(jī)內(nèi)?？垢蓴_的主要措施有：eq\o\ac(○,1)輸入信號電纜、輸出信號電纜和電力電纜都要分開敷設(shè)，不能扎在一起。eq\o\ac(○,2)必要時需選用帶有屏蔽層的輸入信號電纜和輸出信號電纜，并且注意一端接地。eq\o\ac(○,3)多心電纜中的備用心線也要一端接地，一則擴(kuò)大屏蔽作用，二則抑制心線之間的信號串?dāng)_及外部干擾。eq\o\ac(○,4)PLC輸出接點(diǎn)連接交流線圈時，在線圈兩端要并接上RC吸收回路，這