基于PLC的中央空調(diào)水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、    基于plc的中央空調(diào)水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    楊雪來(lái)（深圳達(dá)實(shí)智能股份有限公司 廣東 深圳 518000）摘 要：中央空調(diào)水控制系統(tǒng)是中央空調(diào)控制系統(tǒng)中的重要組成部分，其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)系到中央空調(diào)的能耗及運(yùn)行效益。文章對(duì)中央空調(diào)水系統(tǒng)的組成進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并分析了基于plc的中央空調(diào)水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，為類(lèi)似系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。關(guān)鍵詞：plc；中央空調(diào)；水控制系統(tǒng)0 引言隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平日益提高，對(duì)建筑的使用性能及舒適性也提出了更高的要求。中央空調(diào)系統(tǒng)作為現(xiàn)代建筑中的重要組成部分，能夠有效提高建筑使用的舒適性，得到越

2、來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在中央空調(diào)系統(tǒng)中，中央空調(diào)水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到中央空調(diào)系統(tǒng)的整體能耗，對(duì)其設(shè)計(jì)展開(kāi)分析和探討十分必要。1 中央空調(diào)水系統(tǒng)的組成中央空調(diào)水系統(tǒng)主要由主機(jī)制冷機(jī)組、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)等組成，如圖1所示。其中主機(jī)制冷系統(tǒng)是中央空調(diào)系統(tǒng)的核心，由制冷機(jī)組、壓縮機(jī)、蒸發(fā)器和冷凝器組成。壓縮機(jī)將液態(tài)制冷劑送蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)行熱量交換，將冷凍水制冷；制冷劑在吸收熱量后蒸發(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)，氣態(tài)制冷劑進(jìn)入冷凝器和冷卻水進(jìn)行熱量交換，最后熱量被冷卻水帶走。2 中央空調(diào)水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 水控制系統(tǒng)架構(gòu)水控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。中央空調(diào)機(jī)房智能管理控制系統(tǒng)，全面采集影響中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)

3、行的各種變量，傳送至系統(tǒng)控制柜，系統(tǒng)控制柜依據(jù)模糊推理規(guī)則及系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，推算出系統(tǒng)該時(shí)刻所需要的冷量及系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，并利用變頻技術(shù)，自動(dòng)控制水泵轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)空調(diào)水系統(tǒng)的循環(huán)流量，保證中央空調(diào)主機(jī)處于最高轉(zhuǎn)換效率，保證中央空調(diào)系統(tǒng)在各種負(fù)荷條件下，均處于最佳工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)綜合優(yōu)化節(jié)能2.2 plc硬件設(shè)計(jì)可編程邏輯控制器（plc）選用西門(mén)子s7-1500系列模塊化的分布式控制系統(tǒng)，且同時(shí)支持prifnet-pn、profibus-dp 和modbus 協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議?，F(xiàn)場(chǎng)總線適配器采用隔離型。各種接口模塊（包括可拆卸端子排、通訊模塊、i/o 模塊）可帶電插拔。系統(tǒng)要求高度的可靠性，

4、是免維護(hù)型的系統(tǒng)，支持使用cpu 顯示面板就地診斷故障。cpu、i/o 模塊、通訊模塊、電源等在正常工況下平均無(wú)故障時(shí)間（mtbf）均不低于50 萬(wàn)小時(shí)。2.3 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)從用戶操作使用的方便出發(fā)，可采用wincc、組態(tài)王等上位組態(tài)軟件。用戶在主界面上點(diǎn)擊任意可控設(shè)備即可輕松進(jìn)入該設(shè)備參數(shù)的詳細(xì)顯示/控制界面，查看各設(shè)備及器件的運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)還可在該界面進(jìn)行設(shè)備的啟?？刂?。人性化的設(shè)計(jì)，使得操作極為便利。2.3.1 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控（1）主機(jī)狀態(tài)主機(jī)運(yùn)行、停止、故障狀態(tài)；主機(jī)冷凍水供、回水溫度；主機(jī)運(yùn)行電壓、電流、實(shí)時(shí)功率；（2）冷凍（溫）水泵、冷卻泵、熱回收泵狀態(tài)運(yùn)行、停止、故障

5、狀態(tài)；運(yùn)行頻率、電壓、電流、實(shí)時(shí)功率（3）冷卻塔狀態(tài)運(yùn)行、停止、故障狀態(tài)；運(yùn)行頻率、電壓、電流、實(shí)時(shí)功率（4）末端使用區(qū)域環(huán)境狀態(tài)區(qū)域溫度、溫度、co2濃度值最不利環(huán)路壓力值2.3.2系統(tǒng)控制模式中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)提供多種控制模式選擇，可適用任何復(fù)雜控制環(huán)境，且具備自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。（1）主機(jī)控制模式設(shè)備聯(lián)鎖啟?？刂啤⒃O(shè)備輪循運(yùn)行控制、設(shè)備啟停時(shí)間表控制、設(shè)備變頻調(diào)速控制、設(shè)備無(wú)擾切換控制、設(shè)備故障切換控制；（2）冷（溫）水泵控制模式溫差控制、回水溫度控制、壓差控制；（3）冷卻泵控制模式溫差控制、出水溫度控制；（4）冷卻塔控制模式比例控制、散熱溫差溫控制、濕球溫差控制；3 實(shí)現(xiàn)的功能3.1

6、 中央空調(diào)節(jié)能控制能耗計(jì)量功能中央空調(diào)控制對(duì)系統(tǒng)的每臺(tái)冷水主機(jī)、冷凍泵、冷卻泵、熱回收泵的設(shè)備進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量，并提供能耗數(shù)據(jù)報(bào)表查詢功能。如圖3所示。3.2 系統(tǒng)保護(hù)功能中央空調(diào)控制系統(tǒng)提供完善的系統(tǒng)保護(hù)功能，保障系統(tǒng)的可靠安全運(yùn)行。冷卻水出水高溫保護(hù)；冷卻水進(jìn)水低溫保護(hù)；冷凍水回水高溫保護(hù)；冷凍水高壓差、低壓差保護(hù)；水泵故障自切換保護(hù)。3.3 系統(tǒng)通訊管理功能中央空調(diào)控制系統(tǒng)提供友好的人機(jī)通訊管理功能，可實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全局監(jiān)視和管理。3.4 系統(tǒng)泵組優(yōu)選功能中央空調(diào)控制系統(tǒng)通過(guò)群控技術(shù)提供泵組的優(yōu)選功能，系統(tǒng)優(yōu)先啟動(dòng)最佳節(jié)能泵組運(yùn)行，從而使系統(tǒng)處于最佳節(jié)電模式運(yùn)行。3.5 系統(tǒng)群控功能系

7、統(tǒng)在群控控制模式時(shí)，無(wú)需用戶任何操作，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)負(fù)荷自動(dòng)加減機(jī)組，在啟停機(jī)組過(guò)程中會(huì)根據(jù)設(shè)備聯(lián)鎖關(guān)系，嚴(yán)格按照啟停先后順序啟停主機(jī)、水泵、冷卻塔、閥門(mén)等設(shè)備，保證各設(shè)備安全啟停。用戶也可通過(guò)上位畫(huà)面聯(lián)鎖啟動(dòng)、停止按鍵啟停設(shè)備，無(wú)需用戶手動(dòng)逐一按順序控制相關(guān)的設(shè)備，有效減少了人工操作的繁瑣程度和復(fù)雜程度，實(shí)現(xiàn)真正意義了一鍵啟停設(shè)備。3.5.1 設(shè)備輪循運(yùn)行控制系統(tǒng)將自動(dòng)記錄單臺(tái)設(shè)備的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，根據(jù)設(shè)備的累計(jì)運(yùn)行狀況來(lái)采取超前和滯后控制，盡量使冷水機(jī)組達(dá)到平均使用，便于用戶進(jìn)行統(tǒng)一的維護(hù)和保養(yǎng)。用戶也可以通過(guò)調(diào)整設(shè)備的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，人為干預(yù)設(shè)備啟停優(yōu)先級(jí)，特別是在新老設(shè)備共存的情況下，有必要調(diào)

8、整設(shè)備的啟停優(yōu)先級(jí)。通過(guò)群控系統(tǒng)提供的設(shè)備輪詢控制功能，有力的保證了各設(shè)備總運(yùn)行時(shí)間保持平衡，從而確保整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備處于良性的使用狀態(tài)，有效提高設(shè)備的利用率3.5.2 設(shè)備變頻調(diào)速控制實(shí)現(xiàn)通過(guò)群控系統(tǒng)對(duì)冷凍泵采用回水溫度、溫差、壓力等多種策略的恒值控制，降低水泵運(yùn)行速度，達(dá)到高效節(jié)能；實(shí)現(xiàn)通過(guò)群控系統(tǒng)對(duì)冷卻泵采用出水溫度、溫差、中點(diǎn)溫度等多種策略的恒值控制，降低水泵運(yùn)行速度，達(dá)到高效節(jié)能3.6 系統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)功能中央空調(diào)控制系統(tǒng)采用基于冷量需求供應(yīng)平衡的水力動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功能，實(shí)現(xiàn)空調(diào)管網(wǎng)系統(tǒng)的水力狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)及調(diào)節(jié)，保證各管網(wǎng)需求水力平衡，同時(shí)有效降低輸送環(huán)節(jié)能耗。4 結(jié)語(yǔ)綜上所述，plc具有編程簡(jiǎn)單、性價(jià)比高、可靠性高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在中央空調(diào)水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有良好的應(yīng)用價(jià)值，而組態(tài)王以其適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。該基于plc和組態(tài)王的中央空調(diào)水控制系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，滿足