摘 要 將永宏P(guān)LC應(yīng)用于水源熱泵空調(diào)控制系統(tǒng)，給出了PLC的I/O點(diǎn)分配表，介紹了控制系統(tǒng)組成和軟件設(shè)計(jì)思路，提出了一種隨機(jī)啟停的壓縮機(jī)控制方法。
關(guān)鍵詞 PLC；水源熱泵；中央空調(diào)；控制系統(tǒng)；壓縮機(jī)；
 

1 引言

空調(diào)系統(tǒng)的控制主要分為繼電器控制系統(tǒng)、直接數(shù)字式控制器（DDC）系統(tǒng)和可編程序控制器（PLC）系統(tǒng)等級(jí)幾種。由于故障率高、系統(tǒng)復(fù)雜、功耗高等明顯的缺點(diǎn)，繼電器控制系統(tǒng)已逐漸被淘汰。DDC控制系統(tǒng)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(jí)分步式結(jié)構(gòu)的局限性，從而限制了其應(yīng)用。相反，PLC控制系統(tǒng)以其運(yùn)行可靠、使用維護(hù)方便、抗干擾能力強(qiáng)、適合新型高速網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等顯著的優(yōu)點(diǎn)，在智能建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。為了提高空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和可維護(hù)性，目前空調(diào)系統(tǒng)都傾向于采用先進(jìn)、實(shí)用、可靠的PLC來進(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(diào)控制系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，說明了永宏P(guān)LC可以很好地實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)智能化控制，達(dá)到減少無效能耗、提高能源利用效率和保護(hù)空調(diào)設(shè)備的目的。

2 空調(diào)系統(tǒng)介紹

廈門市某單位的辦公樓采用水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)，總建筑面積8550m2，建筑高度20.5m，其中空調(diào)面積約6840m2。地下1層為各種設(shè)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(nèi)溫度和相對(duì)濕度等技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)要求如表1所示。水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制冷量為860kW，制熱量為950kW?？照{(diào)的主機(jī)系統(tǒng)由四臺(tái)壓縮機(jī)組成，水源水系統(tǒng)由取水井、滲水井和水處理設(shè)備組成。

表1 室內(nèi)技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)要求
 

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)主要是根據(jù)蒸發(fā)器和冷凝器進(jìn)出水溫度的變化來控制4臺(tái)壓縮機(jī)的啟停，使水溫穩(wěn)定在設(shè)定的范圍內(nèi)。4臺(tái)壓縮機(jī)分成A和B兩組，每組各有2臺(tái)壓縮機(jī)。系統(tǒng)的I/O點(diǎn)分配如表2所示，其中開關(guān)量輸入點(diǎn)6個(gè)，模擬量輸入點(diǎn)4個(gè)，開關(guān)量輸出點(diǎn)5個(gè)，模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)。

表2 系統(tǒng)的I/O點(diǎn)分配表


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

PLC的人機(jī)界面選用EView觸摸屏。

4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的主要功能是對(duì)熱泵進(jìn)行自動(dòng)啟停，顯示溫度、壓力、流量等運(yùn)行參數(shù)，顯示壓縮機(jī)的工作狀態(tài)，記錄設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和故障原因，實(shí)現(xiàn)對(duì)水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的智能控制。從控制系統(tǒng)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(diào)用功能塊、功能塊調(diào)用函數(shù)的程序結(jié)構(gòu)。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(shù)組成，其調(diào)用關(guān)系如圖2所示。程序編譯碼占用空間為30K。
程序設(shè)計(jì)的思路是，當(dāng)PLC上電后，一直進(jìn)行溫度、壓力、流量等運(yùn)行參數(shù)的檢測(cè)，這些檢測(cè)主要在檢測(cè)程序、故障程序和A/B組故障停機(jī)程序中完成。如果相關(guān)參數(shù)均無異常，則開機(jī)功能塊子程序運(yùn)行，啟動(dòng)壓縮機(jī)。在開機(jī)過程中，同時(shí)進(jìn)行溫度判斷。如果溫度達(dá)到了設(shè)定值，則進(jìn)入調(diào)節(jié)功能塊子程序，停止開機(jī)功能塊子程序，完成開機(jī)。根據(jù)溫度的變化，調(diào)節(jié)功能塊子程序控制壓縮機(jī)的啟停。變頻器的控制則是通過調(diào)用加載程序和降載程序來實(shí)現(xiàn)。
在這些程序中，為了滿足壓縮機(jī)的使用要求，調(diào)節(jié)功能塊子程序是最繁瑣的，例如壓縮機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間要小于30秒、壓縮機(jī)每小時(shí)的啟動(dòng)次數(shù)不要超過5次等。為了平衡壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，增加空調(diào)的使用壽命，傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)采用先啟先停、先停先啟、開機(jī)過程中啟動(dòng)次序輪換等控制方法，來協(xié)調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。但是，如果本系統(tǒng)采用這種方法，則仍然存在某一臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)的問題。因此決定對(duì)傳統(tǒng)方法進(jìn)行改進(jìn)，采用隨機(jī)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(jī)的運(yùn)行時(shí)間不平衡的問題。

圖2 程序調(diào)用關(guān)系圖

人機(jī)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(shù)查詢、運(yùn)行時(shí)間、故障查詢、運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)設(shè)定、調(diào)節(jié)顯示、操作界面等子菜單，進(jìn)行相關(guān)的操作和顯示。


 

5 結(jié)論

采用傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)熱泵的控制，由于機(jī)械接觸點(diǎn)很多，接線復(fù)雜，參數(shù)調(diào)整不方便，而且機(jī)械接觸點(diǎn)的工作頻率低，容易損壞，可靠性差。采用直接數(shù)字式控制器（DDC）雖然可以減少接線，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(jí)分步式結(jié)構(gòu)的局限性，因此，越來越不能滿足復(fù)雜多變的智能控制要求。
采用PLC來控制熱泵系統(tǒng)，不僅可以通過編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，而且可以在很大程度上簡(jiǎn)化硬件接線，提高控制系統(tǒng)可靠性，用戶操作界面友好，信息集程度高，便于實(shí)現(xiàn)智能控制。因此，在熱泵空調(diào)領(lǐng)域，PLC控制系統(tǒng)取代DDC控制系統(tǒng)是必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)
[3] 智能建筑中央空調(diào)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).
[4]  永宏P(guān)LC硬件手冊(cè)
[5] 永宏P(guān)LC軟件手冊(cè)