浅谈使用S7-300实现离心式制冷机的控制

任立娥 于振坤

（乐金空调（山东）有限公司，山东 青岛 266109）

浅谈使用S7-300实现离心式制冷机的控制

任立娥 于振坤

（乐金空调（山东）有限公司，山东 青岛 266109）

首先对西门子S7-300作为主控制器实现离心式制冷机的全自动控制进行详细的阐述，随后针对离心式制冷机控制的几大功能需求进行分析。最后，从硬件组态以及人机界面设计方面对离心式制冷机控制的运行数据、故障记录等进行了研究，对今后离心式制冷机的控制维护和管理工作提供了借鉴意义。

S7-300；触摸屏；离心机

0 引言

随着社会的发展，能源需求不断增加，具有大冷量、高COP值的离心式冷水机组无疑已成为市场的热点。而西门子PLC以其高性价比，在国际国内市场都占有很大的份额，在我国的各行各业得到了广泛的应用。S7-300作为西门子家族中的中型PLC，其模块化、可扩展性，可以非常好地满足离心式制冷机的控制要求。

1 离心式制冷机介绍

离心式制冷机为四段式循环（蒸发、压缩、冷凝、膨胀）的电制冷系统，如图1所示，被蒸发的冷剂气体通过导叶进入叶轮，进入叶轮的制冷剂气体被压缩为高温高压的气体并进入冷凝器，在冷凝器中通过冷却水散热浓缩为液态，浓缩的液体通过节流孔变为混合状态进入蒸发器，制冷剂吸收蒸发器内的冷冻水的热量而蒸发，并重复该循环过程。其主要应用在较大制冷量，如大厦、宾馆、医院或工艺车间等各种场合。

图1 制冷循环过程

2 控制需求分析

离心机控制系统要实现的几大功能包括：开关机时序控制、润滑油系统控制、动力部件控制、容量调节、主要数据采集、安全保护等，另外还要考虑软硬件的防干扰措施等。

2.1 主要数据采集及控制点

温度检测选用PT100温度传感器，测点包括电机绕组、轴承、油槽、压缩机排气、冷水进出口、冷却水进出口等。

压力检测选用4～20 mA信号类型的压力传感器，测点包括：蒸发器、冷凝器、油槽、油泵等。

执行器包括：压缩机、油泵、油加热器、冷水泵、冷却水泵、冷却塔等。

2.2 安全保护

各种传感器异常，各种反馈异常，各种温度、压力、压差、流量超限保护，电机过载，电源异常，启动失败等。

2.3 PID调节

冷水出口温度采用PID控制，通过调节导叶开度，实现目标温度的精确控制。

如图2所示，采集当前冷水出口实际温度，与目标设定温度进行比较，计算出执行机构的目标开度。执行机构的实际开度与目标开度通过级联PID，控制执行机构的动作，实现更稳定的控制。

图2 PID控制框图

2.4 开关机时序控制

开机流程如图3所示。

图3 开机流程

关机流程如图4所示。

图4 关机流程

2.5 报警系统

按照轻故障、重故障进行分级警告，分正常提示、警告提示、警告并停机等。

2.6 优化控制

软加载控制：防止压缩机负荷的突然增大导致润滑油起泡严重。

故障预防控制：一旦触发安全控制警报，则执行安全控制操作，避免控制点超限，引起机组频繁停机，比如浪涌预防等。

自动停机控制：机组负荷很小的情况下，自动启停压缩机，实现节能控制。

3 硬件组态

综合制冷机的控制功能及用户需求，如图5所示，统计需要的DI、DO、AI、AO点数，选用最佳CPU与扩展模块组合，然后为各个点分配地址，确认信号类型的正确，完成硬件组态。人机界面选用国产常用10寸彩色触摸屏，经济实惠，功能强大。

图5 硬件组态

4 人机界面设计

人机界面要实现与用户的友好交互功能，可方便查看运行数据、运行曲线、历史数据、故障记录，可修改工况参数、安全设定、传感器设定等，还需增加必要的手自动切换及手动操作按键，方便调试或在紧急情况下可以自由切换，此外还具备权限管理的功能等等。

界面设计是以菜单/子菜单的形式展示所有功能项，分类明确，简洁易操作。

4.1 主画面

如图6所示，可查看机组主要数据，进行启停操作，查看当前故障信息。

图6 主画面

4.2 用户设定

如图7所示，可设定基本的运行参数，比如冷水出口温度等；可设定运行数据的储存间隔时间。

图7 用户设定界面

4.3 手动操作

如图8所示，可进行导叶、油泵的手自动切换及手动开关等操作。

图8 手动操作界面

4.4 服务菜单

如图9所示，可查看机组的输入输出状态、历史运行数据、历史故障数据、实时曲线、累计运行时间等，还可进行数据导出，方便分析及维护。

图9 服务菜单

4.5 系统菜单

系统菜单可实现运行条件、安全控制、传感器、定时器等设定，进入系统菜单需要设定更高一级的权限，避免由错误设定引起的损坏。

5 结语

西门子S7-300加国产触摸屏实现离心式冷水机组的控制，画面设计简洁直观，操作方便，通过一系列的模拟测试及整机系统调试，运行稳定，各项功能都能达到最初的设计需求，已有多台机组投入使用中。

[1] LG离心式制冷机用户手册

[2] S7-300自动化系统模块数据设备手册

2015-04-12

任立娥（1982—），女，山东聊城人，助理工程师，从事冷冻机的控制系统开发。