PLC在冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)控制中的應用(自動化畢業(yè)論文)

1、1 引言冰蓄冷中央空調(diào)是將電網(wǎng)夜間谷荷多余電力以冰的冷量形式儲存起來，在白天用電高峰時將冰融化提供空調(diào)服務。由于我國大部分地區(qū)夜間電價比白天低得多，所以采用冰儲冷中央空調(diào)能大大減少用戶的運行費用。冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)配置的設(shè)備比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)要增加一些，自動化程度要求較高，但它能自動實現(xiàn)在滿足建筑物全天空調(diào)要求的條件下將每天所蓄的能量全部用完，最大限度地節(jié)省運行費用。2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)由下位機（現(xiàn)場控制工作站）與上位機（中央管理工作站）組成，下位機采用可編程序控制器（PLC ）與觸摸屏，上位機采用工業(yè)級計算機與打印機，系統(tǒng)配置必要的附件如通信設(shè)備接口、網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等，實現(xiàn)蓄冷系統(tǒng)的參數(shù)化

2、與全自動智能化運行。下位機和觸摸屏在現(xiàn)場可以進行系統(tǒng)控制、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)顯示。上位機進行遠程管理和打印，它包含下位機和觸摸屏的所有功能。整個系統(tǒng)以下位機的工業(yè)級可編程序控制器為核心，實現(xiàn)自動化控制?？刂圃O(shè)備與器件包括：傳感檢測元件、電動閥、變頻器等。2.1 下位機系統(tǒng)（區(qū)域工作站）2.1.1 TP21觸摸屏采用TP27彩色觸摸屏作為操作面板，完全取代常規(guī)的開關(guān)按鈕、指示燈等器件，使控制柜面談得更整潔。并且，TP27觸摸屏在現(xiàn)場可實現(xiàn)狀態(tài)顯示、系統(tǒng)設(shè)置、模式選擇、參數(shù)設(shè)置、故障記錄、負荷記錄、時間日期、實時數(shù)據(jù)顯示、負荷曲線與報表統(tǒng)計等功能，中文操作界面直觀友好。2.1.2 SIEMENS 可編

3、程序控制器SIMATIC S7-300系列PLC 適用于各行各業(yè)、各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化，其強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。該產(chǎn)品具有光電隔離，高電磁兼容；具有很高的工業(yè)適用性，允許的環(huán)境溫度達60；具有很強的抗干擾、抗振動與抗沖擊性能，因此在嚴酷的工作環(huán)境中得到了廣泛的應用。自由通訊口方式也是S7-300型PLC 的一個很有特色的功能，它使S7-300型PLC 可以與任何通訊協(xié)議公開的其它設(shè)備、控制器進行通訊，即S7- 300型PLC 可以由用戶自己定義通訊協(xié)議（例ASCII 協(xié)議），波特率為1.5Mbit/s（可調(diào)整）。因此使可通訊的范圍大大增

4、加，使控制系統(tǒng)配置更加靈活、方便。任何具有串行接口的外設(shè)，例如：打印機或條形碼閱讀器、變頻器、調(diào)制解調(diào)器（Modem ）、上位PC 機等都可連接使用。用戶可通過編程來編制通訊協(xié)議、交換數(shù)據(jù)（例如：ASCII 碼字符），具有RS232接口的設(shè)備也可用PC/PPI電纜連接起來進行自由通訊方式通訊。當上位機脫機時，在下位機控制下，整個系統(tǒng)能正常運行。2.2 上位機系統(tǒng)（中央管理工作站）2.2.1 上位機上位機即圖文控制中心，主要由PC 機和激光打印機組成，采用SIMATIC WINCC 軟件平臺，采用全中文操作界面，人機對話友好。管理人員和操作者，可以通過觀察PC 機所顯示的各種信息來了解當前和以往

5、整個冰蓄冷自控系統(tǒng)的運行情況和所有參數(shù)，并且通過鼠標進行設(shè)備管理和執(zhí)行打印任務。2.2.2 WINCC 軟件平臺WINCC 軟件在自動化領(lǐng)域中可用于所有的操作員控制和監(jiān)控任務?？蓪⑦^程控制中發(fā)生的事件清楚地顯示出來，可顯示當前狀態(tài)并按順序記錄，所記錄的數(shù)據(jù)可以全部顯示或選擇簡要形式顯示，可連續(xù)或按要求編輯，并可輸出打印報表和趨勢圖。WINCC 能夠在控制過程中危急情況的初發(fā)階段進行報告，發(fā)出的信號既可以在屏幕上顯示出來，也可以用聲音表現(xiàn)出來。它支持用在線幫助和操作指南來消除故障。某一 WINCC 工作站可專門用于過程控制以使那些重要的過程信息不被屏蔽。軟件輔助操作策略保證過程不被非法訪問，并提

6、供用于工業(yè)環(huán)境中的無錯操作。WINCC 是MICRSOFT WINDOWS98或WINDOWS NT4.0操作系統(tǒng)下，在PC 機上運行的面向?qū)ο蟮囊涣?2位應用軟件，通過OLE 和ODBC 視窗標準機制，作為理想的通訊伙伴進入WINDOWS 世界，因此WINCC 可容易地結(jié)合到全公司的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。3 冰蓄冷系統(tǒng)的控制3.1 控制目的、范圍及主要受控設(shè)備蓄冷控制系統(tǒng)控制目的：通過對制冷主機、儲冰裝置、板式熱交換器、系統(tǒng)水泵、冷卻塔、系統(tǒng)管路調(diào)節(jié)閥進行控制，調(diào)整儲冰系統(tǒng)各應用工況的運行模式，在最經(jīng)濟的情況下給末端提供一穩(wěn)定的供水溫度。同時，提高系統(tǒng)的自動化水平，提高系統(tǒng)的管理效率和降低管理勞動

7、強度?？刂品秶ㄕ麄€冰蓄冷系統(tǒng)的參數(shù)狀態(tài)顯示、設(shè)備狀態(tài)及控制，主要控制設(shè)備有：雙工況主機、電動閥、冷卻塔、冷卻水泵、蓄冰裝置、初級乙二醇泵、板式換熱器、次級乙二醇泵等。3.2 控制功能控制功能包括整個冰蓄冷系統(tǒng)穩(wěn)定、經(jīng)濟運行所需的功能。3.2.1 工況轉(zhuǎn)換功能根據(jù)季節(jié)和機器運行情況，自控系統(tǒng)具備以下工況轉(zhuǎn)換功能：a ） 雙工況主機制冰同時供冷模式；b ） 雙工況主機單獨制冰模式；c ） 主機與蓄冰裝置聯(lián)合供冷模式；d ） 融冰單獨供冷模式；e ） 主機單獨供冷模式。3.2.2 工況的啟停、顯示和故障報警功能控制系統(tǒng)按編排的時間順序，結(jié)合負荷預測軟件，控制制冷主機及外圍設(shè)備的啟停數(shù)量及監(jiān)視各設(shè)

8、備之工作狀況與運行參數(shù)，如：- 制冷主機啟停、狀態(tài)及故障報警；-制冷主機運行參數(shù)；-制冷主機缺水保護；-制冷主機供/回水溫度、壓力遙測和顯示；-冷凍水泵啟停、狀態(tài)及故障報警；- 乙二醇泵啟停、狀態(tài)及故障報警；-冷卻水泵啟停、狀態(tài)及故障報警；-壓差旁通管的壓差測量與顯示；-冷卻塔風機啟停、狀態(tài)及故障報警；-冷卻塔供/回水溫度控制與顯示；-供/回水溫度、壓差遙測控制與顯示；-板式換熱器側(cè)進出口溫度控制與顯示；-蓄冰裝置進、出口溫度遙測控制與顯示；-冷凍水回水流量控制與顯示；-電動閥開關(guān)、調(diào)節(jié)與閥位控制與顯示；-室外溫濕度遙測控制與顯示；-蓄冰量測量與顯示；-末端冷負荷控制。3.2.3 數(shù)據(jù)的記錄和

9、打印功能控制系統(tǒng)對一些需要的監(jiān)測點進行整年趨勢記錄，控制系統(tǒng)可將整年的負荷情況（包括每天的最大負荷和全日總負荷）和設(shè)備運轉(zhuǎn)時間以表格和圖表記錄下來，供使用者使用。所有監(jiān)測點和計算的數(shù)據(jù)均能自動定時打印。3.2.4 手動/自動轉(zhuǎn)換功能控制系統(tǒng)配置靈活的手動/自動轉(zhuǎn)換功能。3.2.5 優(yōu)化控制功能根據(jù)室外溫度、天氣預報、天氣走勢、歷史記錄等數(shù)據(jù)自動選擇主機優(yōu)先或融冰優(yōu)先。在滿足末端負荷的前提下，每天使用完儲存的冷量，盡量少地運行主機。充分發(fā)揮冰儲冷系統(tǒng)優(yōu)勢，節(jié)約運行費用。3.2.6 全自動運行功能系統(tǒng)可脫離上位機工作，根據(jù)時間表自動進行制冰和控制系統(tǒng)運行、工況轉(zhuǎn)換、對系統(tǒng)故障進行自動診斷，并向遠方

10、報警。觸摸屏顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)、流程、各節(jié)點參數(shù)、運行記錄、報警記錄等。3.2.7 節(jié)假日設(shè)定功能系統(tǒng)可根據(jù)時間表自動運行，同時也可預先設(shè)置節(jié)假日，控制儲冰量和儲冰時間，使系統(tǒng)在節(jié)假日時對不需要供應空調(diào)的場所停止供冷。3.2.8 下位機操作功能下位機彩色觸摸屏操作界面見圖1.下位機操作功能如下：a ） 人機對話。操作人員可通過觸摸面板進行人機對話，操作界面完全中文化，具有提示、幫助、參數(shù)設(shè)置、密匙設(shè)置、故障查詢、歷史記錄等功能。b ） 系統(tǒng)設(shè)置。包括操作口令設(shè)置、運行設(shè)置、運行時間表設(shè)置、記錄溢出處理、自動/手動/測試選擇、節(jié)假日設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（包括各節(jié)點溫度、壓力，各介質(zhì)的流量，儲冰量，制

11、冰速率，融冰速率，閥門開度，末端負荷等。）c ） 故障記錄、運行記錄、歷史記錄等。3.3 遠程監(jiān)控控制系統(tǒng)通過電話線或?qū)拵ЬW(wǎng)，與專家系統(tǒng)連接，對系統(tǒng)進行運行監(jiān)控、參數(shù)修改、數(shù)據(jù)采集等，使系統(tǒng)不斷完善和軟件版本升級，讓用戶得到更好的服務。遠程監(jiān)控的目的是用戶可以通過PSTN （公共交換傳輸網(wǎng)）對冷凍站進行異地遠程監(jiān)控。同時也可以實現(xiàn)遠程調(diào)試、遠程適時監(jiān)控和在線維護等，從而大大減輕工程人員的工作強度，降低工程成本。3.4 系統(tǒng)擴展控制控制系統(tǒng)設(shè)計界面友好，PLC 和觸摸屏均可擴展，內(nèi)容可擴展、參數(shù)也可修改，通過485通訊接口或通信協(xié)議實現(xiàn)BAS 與冰儲冷自控系統(tǒng)一體化，節(jié)約投資、方便管理。系統(tǒng)集中控制，減少了動力柜占地面積，又使動力柜型號統(tǒng)一、式樣相同、大小一致。系統(tǒng)擴展控制如下：a ） 污水泵自動控制； b ） 風、排風控制；c ） 活水泵穩(wěn)壓控制；d ） 防水泵定時運行、檢測、報警； e ） 淋水泵