PLC在中央空调控制系统改造中的应用

林大权

（广东轻工职业技术学院，广东广州510300）

PLC在中央空调控制系统改造中的应用

林大权

（广东轻工职业技术学院，广东广州510300）

介绍了采用西门子PLC S7-200、触摸屏和工控组态软件对中央空调控制系统进行自动化与节能的改造，控制系统硬件与软件的构成，实现了系统的自动化与节能运行与实时监控等。

中央空调系统；自动化控制；PLC

随着工业技术的发展，以前一般只在工业生产领域或要求相对较高的场所上才使用的PLC（可编程逻辑控制器）如今在很多小型设备控制和普通场所上也都在广泛地运用。PLC具有功能强大、体积小、安装方便、更改程序简单快捷、可靠性高、使用夺命长等方面的优点，新安装的中央空调控制系统基本上都是运用它来实现自动化的控制与运行，但仍然有部分已经在使用的中央空调系统的运行管理还是靠手动，在一定的程度上增加了管理人员的工作量与劳动强度。本文通过对广东轻工学院原有的一套中央空调系统进行自动化的改造，实现了系统自动化运行与信息化的管理。

1 改造概况

学院实验楼三楼安装有一套水冷式的中央空调系统，该系统为空气-水半集中式空调系统，其控制运行方式为手动，电气控制柜设在机房内，控制系统是继电器和交流接触器等电气元件，使用过程中电气元器件容易出现小问题，缺少安全与稳定的运行，现决定应用PLC对其进行控制系统的改造，让它运行更平稳、更安全与节能。该空调系统配有大金水冷式冷水机组1台、与冷水机组配套的冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔各1台，卧式组合空气处理器（风柜）1台，风机盘管2台。设备具体参数如表1所列。

表1 设备主要参数表

2 改造方案

为了实现空调系统既安全稳定又节能地运行，自动控制系统主要有启动运行与停止运行模块，故障模块，参数采集模块和水泵变频控制等，所选用的主要电气元件多为西门子的，因其已在较多空调控制系统中广泛应用，质量可靠与稳定[1]。主要的电气元件有西门子的TOUCHPANEL TP177A触摸屏1台，1台S7-200 CN系列CPU为226的PLC作为控制器，数字量的输入模块EM 221 CN为1块，模拟量的输入模块EM 231 CN（AI4 x12Bit）2块，模拟量的输出模块EM 232 CN（AQ2x12Bit）3块，冷冻水泵与冷却水泵的变频器MICROMASTER440为2台，1个开关电源6EP1 334-3BA00，欧姆龙的MY2N-J继电器多个。S7-200系列CPU226功能强大，共有40个输入与输出点，其中输入为24，输出为16，可同时连7个扩展模块，本系统连了6个，还有比例-积分-微分（PID）控制器和RS485通信接口，通信协议为PPI与MPI，这些通信功能也为日后进行进一步的远程控制时提供良好的条件[2]。冷却水与冷冻水供回水温度的采集依靠安装在供回水管上面的温度控制器RWC32采集参数，而冷却水与冷冻水供回水压差采集则采用压差变送器为QBE61.2、RWC32与QBE61.2的西门子公司的产品。系统的自动运行与手动运行和运行过程中的一些主要参数和故障报警等信息均可在触摸屏上显示与操作，另在触摸屏上设置一个手动和自动的转换开关作为自动运行与手动运行的转换，自动运行有触摸屏点击运行与由末端控制运行。自动运行按照已编写好写入PLC中的程序执行，还可以设定自动运行与自动关机时间。而手动运行是单独的、一一对应的运行每台设备，手动运行主要是作为平时试机、维修与维护保养时使用。

3 硬件连接

空调自动控制系统的核心是PLC S7-200[3]，它接收触摸屏的操作信号与现场信息号，与MY2N-J继电器线圈、指示灯和电磁阀等连接，触摸屏与PLC的连接，是先在触摸屏里安装的WinCC flexible操作界面上将通讯速率、地址、通讯协议PPI等设置好，再由信号线相连即可。EM 231与测量冷冻与冷却水温RWC32温度变送器、水压QBE61.2压力变送器相连，还与末端设备温度变送器相连。EM 232与冷冻与冷却水泵变频器相连。由于冷水机组本身还有一套芯片化的单片机控制系统，所以冷水机组只有启动、停止和故障相应接入PLC，而平时冷水机组在正常启动运行过程中因恒温或冷水机组内部其它原因故障而造成停机的，则由冷水机组自带的单片机系统控制，只是将故障的信息信息反馈到PLC中，而信息中不包含具体的故障原因。

4 程序设计

4.1 自动控制模块

为了最大程度减轻管理人员的工作量，并实现无需专业人员运行操作，不仅设置了在触摸屏上点击自动运行系统，还设置了由末端设备控制系统自动运行系统的方式。

当系统设置在自动运行状态下，PLC采集到来自触摸屏或系统末端设备运行的信号60 s后，开始投入系统自动运行，系统自动启动运行顺序为：末端设备（60 s后）→冷却水泵（30 s后）→冷冻水泵（30 s后）→冷却塔（30 s后）→冷水机组，完成以上动作以后，系统自动启动过程完成，正式投入系统供冷周期。

在自动启动运行过程中，每台设备均设置有互锁，当前面的设备没有启动运行或出现故障时，后面的设备保持原状态不变。在设备正常运行供冷期间，当末端负荷需求减少时，冷水机组供冷量自动进行调节，冷冻与冷却水泵同步通过变频器调节转速以达到节能。自动停止，当PLC采集到来自系统末端设备停止的信号30 s后，进行入自动停止运行状态，自动停止顺序为：冷水机组（60 s后）→冷却塔（120 s后）→冷冻水泵（30 s后）→冷却水泵（60 s后）→末端设备。自动停止过程中只有冷水机组与后面设备有互锁，其它设备之间不设互锁，即当冷水机组没有停止时，后面设备不能停止，而其它设备只要记数时间到了就会自动停止运行。

4.2 故障报警模块

报警模块只要是在设备使用过程中出现的一些异常情况进行报警预知设备的，主要有冷却塔风扇电机过载、冷却与冷冻水泵电机过载、水流开关信号、冷水机组故障与空气处理器电机过载等几部分，在报警故障没有解除之前系统处理停止工作状态，待故障排除后，PLC接收到了故障解除的按扭信号后，系统恢复工作状态。

5 监控软件

现空调控制系统工程中广泛运用工控组态软件作为操作与监控设备运行，因此本工程也采触摸屏上应用的组态软件WinCC flexible，通过在软件环境下开发出了一套适合本系统使用的组态工程。首先工程的规划与建立，数据库数据的采集与构造，然后用户操作界面与设备运行监控窗口等，通过组建好的组态工程可以实现空调系统运行情况的实时监控，其中包括设备运行状态，运行时主要的参数，故障显示和记录等功能。

6 结束语

空调控制系统自动化控制运行改造后，经过2年的供冷周期运行测试，运行过程平稳高效节能，在使用过程如有故障出现报警时，系统会自动进入保护状态停止工作，等待报警故障解除后才能再次投入工作，实现了非专业人员对空调系统启、停的控制，有效地减轻空调系统日常管理人员工作量和费用的支出。因为考虑到系统较小和投入资金问题，暂时没有采用工控机进行系统的远程监控，日后采用工控机和网络版的组态软件就可以将它接入互联网，通过互联网进行访问和远程操控。像一些单位有多套小型中央空调系统在使用时就可以进行非专业人员分散按需运行控制使用和专业人员集中监控与操作运行等。

[1]漆汉宏.PLC电气控制技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]刘祖其.电气控制与可编程序控制器应用技术[M].北京：机械工业出版社，2015.

[3]郭健.PLC技术在水轮发电机组自动化改造中的应用[J].江淮水利科技，2008（2）：17-19.

Application of PLC in Reformation of Central Air-conditioning Control System

LIN Da-quan
（Guangdong Industry Polytechnic，Guangzhou Guangdong 510300，China）

This paper presents the automation and energy saving transformations of central air-conditioning control system by the SIEMENS PLC S7-200，touch screen and the industrial control configuration software.The control system of hardwares and software，realize the automation and energy saving operation and real-time monitoring of the system.

central air-conditioning system；automation control；PLC

TP273.5

B

1672-545X（2017）06-0197-02

2017-03-09

林大权（1986－），男，广东遂溪人，助理实验师，工程硕士，研究方向为空调工程。