PLC在組合式恒溫恒濕空調機組控制系統的應用
1引言
廣泛應用在對環(huán)境要求較高的博物館、實驗室以及精密儀器生產線等場合。本文討論組合式機組控制系統。組合式恒溫恒濕空調是對一體式恒溫恒濕空調機組的改進主要體現在空調的結構形式上。所謂組合式空調，是指將空調機組拆分成兩個部分，一部分為室內機，一部分為室外機。這樣，不僅能夠節(jié)省機組的安裝空間，而且還可以使機組的運輸和安裝等工作更加方便。本系統的另一項改進是在室內機與室外機上各采用一個控制器，兩個控制器通過通訊的方式交換信息，通訊只需要一根2芯的屏蔽通訊電纜。與單控制器系統相比，本系統能夠將減少大量的遠距離接線，不僅符合節(jié)約環(huán)保的設計思想，而且大大提高了系統的可靠性，節(jié)省了安裝時間，減少了系統維護的工作量。
2組合式恒溫恒濕空調機組控制系統設計
組合式恒溫恒濕空調機組系統分為室內機與室外機兩個部分。室外機的主要部件包括壓縮機、冷凝器、冷凝風機、四通閥和冷凝壓力開關等。室內機的主要部件包括送風機、表冷器、熱水盤管、電加熱、加濕器和過濾段等。室外機包括4個渦旋式壓縮機、2個冷凝風機和4個四通閥。每兩個壓縮機對應一個冷凝風機，每個壓縮機對應一個四通閥。切換四通閥能夠完成空調機組從制冷工況到制熱工況的切換。室內機主要完成空調機組送風和調濕過程。為了減少室內機和室外機之間的連接電纜，本系統在室內機與室外機上分別采用一個LM控制器LM3109，兩個控制器通過自帶的RS485接口連接，并把室內機作為主機，向從機發(fā)送控制指令和狀態(tài)查詢指令。主機上的RS232接口連接一個5.6英寸的彩色觸摸屏HT6000，用于空調工況監(jiān)視、用戶參數和廠家參數的設置。組合式恒溫恒濕空調控制系統結構圖如圖1所示。
圖1組合式恒溫恒濕空調控制系統結構圖
3控制器的通訊處理
為了采用兩個LM3109控制器實現室內機與室外機的數據交換，需要在控制器中進行通訊配置和程序編寫。控制器的程序開發(fā)軟件帶有通訊功能庫，并且完全支持IEC-3的六種語言，可以使比較復雜的通訊過程能夠在控制器中方便地實現。室外機的通訊程序流程圖如圖2所示，采用ModbusRTU通訊協議。在室外機，首先初始化RS485接口的波特率、數據位、校驗位、停止位等參數，再初始化其為Modbus從站，并且設置Modbus從站地址。調用圖3中的通訊初始化功能塊即可完成Modbus從站的初始化工作。最后要做的就是把從機中的狀態(tài)信息有規(guī)律的放到控制器的可尋址區(qū)M區(qū)中，以備主機讀取。控制器的編程軟件支持ST語言，可以方便的處理需要交換的數據。圖4位采用ST語言編寫的程序，作用是把壓縮機和四通閥的狀態(tài)信息賦值給數據位%MX1300.0~%MX1300.7，主機通過讀取這些地址內的數值就可以獲得室外機的狀態(tài)信息。從圖4可見，數據處理很方便，程序的可讀性也很高，在調試時各個數據的狀態(tài)一目了然。
圖2室外機的通訊程序流程圖
圖3控制器通訊初始化功能塊
圖4控制器通訊數據處理
圖5為室內機通訊程序流程圖。室內機控制器為Modbus主站。在沒有控制命令時，室內機向室外機發(fā)送Modbus查詢指令，查詢室外機的運行狀態(tài)。當有開機、停機或加降載等需求時，室內機向室外機發(fā)送控制指令。室內機還對室外機返回的數據做CRC校驗，校驗成功后才進行下一次控制命令的發(fā)送，從而避免了外界干擾對室外機的誤操作，保證了系統具有較高的可靠性。CRC校驗只需要調用一個功能塊即可，如圖6所示。
圖5室內機通訊程序流程圖
圖6控制器CRC校驗功能塊
4壓縮機保護及故障處理
組合式恒溫恒濕空調機組的控制功能主要包括系統啟動、能量調節(jié)、溫度濕度控制、除霜、壓縮機保護以及故障處理等。其中系統啟動、能量調節(jié)、溫度濕度控制除霜等功能與其他的空調系統基本相同，這里不再贅述。由于此系統是分成室外機與室內機兩個部分的，所以壓縮機保護及故障處理與常規(guī)的空調系統有所不同。在本系統中，室外機和室內機都具有保護功能。例如，壓縮機不滿足最小運行時間時，室內機不會向室外機發(fā)送停機指令。而當壓縮機出現高壓、過載等故障時，室外機會自行停機保護，而無需等待室內機的停機指令。在故障處理方面，室外機也可以對一些故障自行處理，例如低壓故障，在60分鐘連續(xù)出現3次才上報給室內機，否則室外機自行處理。當通訊出現故障時，室外機也會自動停止壓縮機運行，并且發(fā)出報警信號。這樣使室內機和室外機既獨立又統一，避免因通訊延時或通訊故障對壓縮機造成損害。
5系統操作界面
本系統的操作界面采用和利時HT6600系列觸摸屏制作。這款觸摸屏為5.6英寸彩色觸摸屏。操作界面可以完成廠家參數以及用戶參數的設置、記錄系統報警信息、監(jiān)視系統的運行工況等功能。設置廠家參數需要擁有最高級得權限，設置用戶參數也需要具有操作員權限，避免其它人員的誤操作。圖7為系統主界面，操作員可以進行目標溫度、濕度設置，選擇運行工況，進行開機停機等操作，操作人員需要具有操作員權限。圖8為參數設定選擇界面，廠家可以選擇相應的選項進行參數設置，這些參數都是廠家參數，不開放給空調用戶，設置這些參數需要具有最高權限。圖9為系統運行監(jiān)控界面，這里可以監(jiān)視系統中各個設備的運行狀況。當系統報警時，系統會自動切換到報警界面上。
圖7系統主界面
圖8參數設定選擇界面
圖9系統運行監(jiān)控界面
6應用特點
基于和利時LM系列PLC的組合式恒溫恒濕空調控制系統具有如下特點：
（1）可靠性
和利時LM系列PLC自帶的RS485串口具有很強的抗干擾能力。雖然此系統中有一個37KW的變頻器，但是系統通訊完全不受影響。從現場的使用情況看，壓縮機、風機等通過通訊控制的設備均可以快速響應室內機的指令。
（1）易用性
和利時LM系列PLC功能庫中的通訊功能塊使得兩個控制器通訊更加方便。除了支持梯形圖語言外，編程軟件還支持ST語言，適于通訊程序的批量處理，也使通訊程序的調試和監(jiān)控更加方便。
（1）智能性
和利時LM系列PLC中的溫度采集模塊均為智能型。本系統采用4通道熱電阻采集模塊，每個通道均能進行短路和斷線檢測。當通道故障或傳感器接線出現短路或斷線等問題時，系統能夠及時進行機組保護，避免機組收到損害。
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