PLC在热泵机组出厂测试平台系统中的应用

2020-11-23田春杰

装备维修技术 2020年4期

摘要：本文介绍了西门子S7-200 SMART系列PLC在热泵机组出厂测试平台系统中的应用，简要描述了该系统的构成、工作原理和控制过程。

关键词：热泵机组;PLC;控制系统;RS485通讯

1 引言

当前热泵机组出厂检测时，没有专用的检测平台，工艺水平落后，数据记录和保存均由操作人员手动操作，不能满足实时性和准确性。按现代化生产要求，将机组开机、水泵联动、水箱低温加热以及机组运行状况等功能集合在一个操作平台上，运用工业组态技术，以达到提高工艺检测水平，减少人员工作强度，提高生产效率，进一步规范现场管理的要求。

2 系统概述及主要设备构成

2.1 系统概述

安装一套控制台，控制台盘面安装触摸屏和控制机组、水泵和电加热装置的按钮。操作人员根据工艺要求，将待测机组型号等信息录入至触摸屏，控制系统会依据录入的信息自动检索该机组检测的合格标准，此时根据测试要求操作人员会分别启动机组相应的模式（制冷模式、制热模式和热回收模式）进行运行，需要检测的数据会实时显示在触摸屏和工控机上，檢测过程中操作人员根据实时数据随时查看并保存相应的数据，控制系统会根据保存下来的数据进行合格与不合格的判定。

2.2 控制系统和检测元件

控制系统由西门子S7-200SMART系列可编程控制器和低压电器设备等构成，其中PLC由一个CPU模块（SR30）、一个RS485通讯模块（SB CM01）、一个模拟量输入模块（EM AE08）和一个热电阻输入模块（EM AR04）组成;低压电器根据用电设备的功率选择正泰品牌的塑壳断路器、小型断路器、接触器和热继电器等;用一台威纶通触摸屏和一套研华工控机共同完成机组操作及数据查询、存储和打印工作。

检测元件包括电磁流量计、液位计、PT100和三相多功能电力仪表。

2.3 编程及组态软件

操作系统采用Windows 10中文系统;编程软件采用西门子STEP7-MicroWIN SMART;工控机监控软件采用西门子WinCCV7.4;触摸屏监控软件采用威纶通EBproV6.02。其中触摸屏用于操作人员对待测机组参数的设定;工控机用于数据的存储、查询和报表打印等功能。

2.4 通讯方式

触摸屏与S7-200 SMART通过RS485通讯; S7-200 SMART与工控机采用以太网方式通讯;热泵机组手操器、电磁流量计和三相多功能电力仪表与S7-200 SMART均通过RS485通讯。

3 检测项目及过程

3.1 控制系统检测及显示项目

三相电压（V）、三相电流（A）、三相功率（kw）、总功率（KW）、水箱温度（℃）、水箱液位（m）、制冷量（KW）、制热量（KW）、水泵1水流量（m?/h）、水泵2水流量（m?/h）、进水温度（℃）、出水温度（℃）、制冷能效比（ERR）、制热能效比（COP）等，其中电压、电流和功率数据由三相多功能电力仪表通过CPU自带的RS485通讯接口读取;水箱温度、水箱液位、制冷量、制热量、水泵1、2流量和进出水温度数据由电磁流量计通过CPU自带的RS485通讯接口读取;液位变送器和温度传感器检测输出，ERR（制冷量/总功率）和COP（制热量/总功率）为计算得出。

3.2 手操器检测及显示项目

热泵机组为独立的设备，用其连接的手操器进行操作。吸气温度、排气温度、环境温度、吸气压力、排气压力、吸气饱和温度、过热度等监测参数均通过SB CM01通讯模块直接从手操器中读取。

3.3 检测步骤

（1）将控制台电源线及通讯线接到待检测机组上。

（2）由操作人员在触摸屏上打开测试软件，弹出对话框，输入员工号和密码，进入操作界面。

（3）在操作界面中，选择机组型号，输入机组型号和制造编码，单击确认后，控制台可进行具体操作;

（4）控制台进行自检，首先检测机组是否有报警，此报警为机组手操器所传输过来的报警，其次检测其他功能表所传过来的信号是否正常，电压、电流、功率信号，水箱液位信号，水箱温度信号，流量、热量、进/出水温度，如有报警，触摸屏上会显示相应的报警。根据所输入的机型，选择操作界面，共三种机型，两种界面。界面由机组、水泵、水箱、管路、流量计、进/出口温度、水箱液位、水箱温度、补水阀门及排水阀门组成，

（5）在操作界面中有制冷模式、制热模式、热回收模式、机组参数、报警参数、数据保存、曲线图等选项。

（6）单击制冷模式，进入制冷模式操作界面，单击启动，水泵运转，检测流量是否在所测机组流量范围内（如20m?/h～25m?/h，共三种机型，三个流量区间范围），机组运行，显示运行参数，运行稳定后，单击数据保存，此刻运行数据保存到数据库，以便提取数据到最后所生成的表格中，点击停止，机组停机，水泵停止运转，制冷模式完成。在运行过程中，流程图中有明确的水流动方向显示及高低温颜色区分。

（7）单击制热模式，进入制热模式界面，重复制冷模式的操作及控制。

（8）热回收模式同上，其中热回收模式的界面中有两组水泵，且两组水泵同时开启、同时关闭。

（9）测试完成后，操作人员在工控机上进行表格输出操作。

3.4 保护措施

（1）水箱温度过低保护：当水箱温度低于设定温度时（暂定4℃），开启电加热（10 KW），当水箱温度到10℃时，关闭电加热。

（2）水箱液位保护：当水箱液位低于最低设定值或高于最高设定值时，控制台提示报警，操作人员根据报警内容进行补水或排水。

（3）流量计保护：水流量低于最小流量或高于最大流量时，控制台提示报警，操作人员根据报警内容开关水泵出口蝶阀。

4 结束语

本系统已经投入运行，在结构上相对简约，且操作简便，易于实现，在满足工艺要求的基础上有效地提高了劳动生产率，改善了操作人员的工作环境，减轻了操作人员的劳动强度，因此具有很好的操作性和使用性，在本行业及其它相关行业具有很高的推广价值。

参考文献

1 韩相争，西门子S7-200 SMART PLC 编程技巧与案例，化学工业出版社，2017

2 李建平甄立东，西门子WinCCV7.4基础与应用第2版，机械工业出版社，2019