中央空调PLC控制系统

中央空调PLC控制系统
本文介绍了中央空调风冷螺杆式冷水机组的原理和方法，以西门子S7-200可编程控制器为核心，对硬件结构和特点及软件的设计均作了相应的介绍，并对压缩机能量的控制加入了水温变化率的因素。

标签：中央空调；风冷螺杆式冷水机组；PLC；压缩机
1、概述
在制冷暖通行业螺杆式风冷冷水机组是最为通用的一类中央空调主机，而以单片机为核心的控制系统，在用户实际使用时，反应其在控制的可靠性、灵活性上均存在着不足之处，从而造成动作失灵甚至烧毁压缩机的事故。

西门子S7-200可編程控制器具有较高的性能价格比，从硬件质量和可靠性及防护等级上均比单片机控制器有更好的表现。

我们依据风冷螺杆式冷水机组的各种控制要求，设计了以S7-200系列PLC为控制核心的控制系统，经过实际应用系统稳定可靠，获得了令人满意的效果。

2、系统功能及控制要求
2.1 启动停机控制
按照相应的顺序和时间依次控制机组各功能部件的启停，完成开机和停机的功能。

螺杆压缩机启动和停机时要求首先以25%能量状态运行30秒，再进入相应的程序。

2.2 故障保护和报警
机组运行时各故障检测点的开关信号输入PLC，由PLC控制各类故障信号产生相应的动作和报警，同时对各类模拟量和温度模块的状态进行监测。

2.3 压缩机运行及自动切换
根据设定的温度值启停压缩机，在当前压缩机运行10分钟后仍不能满足设定温度要求，则启动下一台压缩机，在温度达到要求后，停止所有压缩机，在下次需启动压缩机时，根据程序中各压缩机的运行时间，优先启动运行时间短的压缩机，这样保证多台压缩机运行的时间和启动的次数基本均衡。

2.4 定时运行
按照用户设定的开关机时间启停机组。

2.5 其他功能
压缩机运行时间累计，压缩机能量调节，喷液阀控制等。

3、系统硬件构成及特点
系统硬件控制方案如图1所示。

系统以常见的两台半封闭螺杆压缩机组成的系统为例，我们选用西门子S7-200CPU226作为控制核心，EM231热电阻模块配PT100铂电阻采集温度信号，在PLC中直接调用无需其他运算处理。

同时该模块可设定多种热电阻类型，具有热电阻回路断线检测等功能。

显示和操作员界面我们选用了无锡信捷OP320，该显示器编程非常方便，可自由输入汉字及设定PLC 地址，以文字或指示灯等形式监视、修改PLC 内部寄存器，从而使操作人员能够自如地控制机器设备。

另外OP320和PLC采用了RS232通信协议最远通信距离可达到200米。

冷水机组一般都放在室外屋顶上，某些用户需要将显示界面置于室内的主监控室控制操作，用OP320只需延长其通信线路即可。

4、系统设计
4.1 控制器端口和相关参数
机组保护包括：相应压缩机组的高低压、风机过载、压缩机过载、油压差、各自的机组保护等。

系统保护包括：水流故障、系统外接故障保护等。

另外系统还具有水温保护、传感器线检测及模拟量模块掉电检测等。

机组的输出包括：相应压缩机组的风机、压缩机、压缩机能量调节阀、喷液阀等。

系统输出包括：水泵控制信号的输出和报警信号的输出。

模拟量模块主要负责测量；系统出水温度、系统回水温度、1#机组翅片温度、1#排气温度、2#机组翅片温度、2#排气温度。

4.2 程序的控制功能设计
4.2.1 主程序控制流程
开机系统初始化，系统接到开机指令后，首先进行故障检测，如无故障且水温在设定范围外，根据压缩机的运行时间选择积时短的压缩机首先运行，压缩机以25%能量运行30秒后根据水温自动加载能量，条件满足即进入相应的控制程序。

接到停机指令时系统按程序首先以25%能量状态运行30秒，然后进入停机程序。

程序控制流程如下：初始化→开机→故障检测→检测水温→选择压缩机→25%能量运行30S→加载能量→达到设定温度→停机。

4.2.3 启动停机及能量控制
机组接到开机指令后首先开启水泵，然后检测水温，如水温大于设定的范围则依次打开风机、压缩机，在压缩机25%能量状态下运行30秒后进压缩机能量调节程序。

螺杆压缩机的能量调节一般是控制三个电磁阀，使压缩机依据热负荷的大小分别以25%、50%、75%、100%几个能量状态运行。

水温降低到设定值时，两台压缩机全停，水泵继续运行，当水温回升到设定温度时重新开启压缩机运行，接到停机指令系统全停。

4.2.3 故障保护功能
各种端口和参数依据不同的类型延长不同的时间后产生相应的故障信号，这样是为了防止某些干扰以确保故障的真实性。

机组故障时停止当前的压缩机组，并给出另一台机组的启动信号，系统出现故障时整个机组全停。

故障时故障信息在OP320上闪烁显示，故障排除后可在OP320上复位，否则复位无效。

4.3 OP320文本显示器的应用
开机显示厂商信息，延时几秒显示主画面。

根据用户要求，将按键定义为功能键，包括状态查询、参数设置、复位，当有故障时，自动显示故障信息。

当某压缩机出现故障或需要维护保养时可将该压缩机排除运行，系统开机后不运行该压缩机组。

5、结束语
通过我厂多台机组的使用证明，用PLC控制风冷热泵螺杆压缩机组性能可靠，适用性强，具有很大的灵活性。

另外如将系统高压、低压、油压保护等单独采集到PLC中控制将使机组更加安全可靠运行，当出现故障时能将故障名称实时反应在画面上，此功能对维护人员分析故障原因有很大的帮助。

如果需要上位机远方控制可以增加CP243-1以太网模块，实时在电脑上监控机组状态，可以很大程度上减少维护人员现场巡视时间，及时发现故障信息。

参考文献：
[1]王兵. 基于离散控制的中央空调系统设计[J].长安大学，2013.
[2]赵巍. 基于PLC的冰蓄冷中央空调控制系统设计[D].南昌大学，2013.
[3]何志华. 中央空调自动监控系统的设计与实现[D].华南理工大学，2014.。