中文文獻(xiàn)PLC 在冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)控制中的應(yīng)用1 引言 在 PLC 被開發(fā)出來的三十年里，它經(jīng)過不斷地發(fā)展，已經(jīng)能結(jié)合模擬 I/O，網(wǎng)絡(luò)通信以及采用新的編程標(biāo)準(zhǔn)如 IEC 61131-3。然而，工程師們只需利用數(shù)字 I/O 和少量的模擬I/O 數(shù)以及簡單的編程技巧就可開發(fā)出 80%的工業(yè)應(yīng)用. PLC 已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。據(jù)“美國市場信息”的世界 PLC 以及軟件市場報告稱，1995 年全球 PLC 及其軟件的市場經(jīng)濟規(guī)模約 50 億美元5。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，PLC 的功能得到大大的增強由于采用傳統(tǒng)的工具可以解決 80%的工業(yè)應(yīng)用，這樣就強烈地需要有低成本簡單的PLC；從而促進(jìn)了低成本微型 PLC 的增長，它帶有用梯形邏輯編程的數(shù)字 I/O。然而，這也在控制技術(shù)上造成了不連續(xù)性，一方面 80%的應(yīng)用需要使用簡單的低成本控制器，而另一方面其它的 20%應(yīng)用則超出了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)所能提供的功能。工程師在開發(fā)這些 20%的應(yīng)用需要有更高的循環(huán)速率，高級控制算法，更多模擬功能以及能更好地和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成。在八十和九十年代，那些要開發(fā)“20%應(yīng)用”的工程師們已考慮在工業(yè)控制中使用PC。PC 所提供的軟件功能可以執(zhí)行高級任務(wù)，提供豐富的圖形化編程和用戶環(huán)境，并且PC 的 COTS 部件使控制工程師能把不斷發(fā)展的技術(shù)用于其它應(yīng)用。這些技術(shù)包括浮點處理器；高速 I/O 總線，如 PCI 和以太網(wǎng)；固定數(shù)據(jù)存儲器；圖形化軟件開發(fā)工具。而且 PC還能提供無比的靈活性，高效的軟件以及高級的低成本硬件。冰蓄冷中央空調(diào)是將電網(wǎng)夜間谷荷多余電力以冰的冷量形式儲存起來，在白天用電高峰時將冰融化提供空調(diào)服務(wù)。由于我國大部分地區(qū)夜間電價比白天低得多，所以采用冰儲冷中央空調(diào)能大大減少用戶的運行費用。冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)配置的設(shè)備比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)要增加一些，自動化程度要求較高，但它能自動實現(xiàn)在滿足建筑物全天空調(diào)要求的條件下將每天所蓄的能量全部用完，最大限度地節(jié)省運行費用。具有以下特點：(1)可靠性高。PLC 的高可靠性得益于軟、硬件上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。(2)具有豐富的 I/O 接口模塊。 PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。(3)采用模塊化結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC 的各個部件，包括 CPU、電源、I/O 等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。(4)編程簡單易學(xué)。PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。(5)安裝簡單，維修方便。PLC 不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)由下位機（現(xiàn)場控制工作站）與上位機（中央管理工作站）組成，下位機采用可編程序控制器（PLC）與觸摸屏，上位機采用工業(yè)級計算機與打印機，系統(tǒng)配置必要的附件如通信設(shè)備接口、網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等，實現(xiàn)蓄冷系統(tǒng)的參數(shù)化與全自動智能化運行。下位機和觸摸屏在現(xiàn)場可以進(jìn)行系統(tǒng)控制、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)顯示。上位機進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和打印，它包含下位機和觸摸屏的所有功能。整個系統(tǒng)以下位機的工業(yè)級可編程序控制器為核心，實現(xiàn)自動化控制。控制設(shè)備與器件包括：傳感檢測元件、電動閥、變頻器等。2.1 下位機系統(tǒng)（區(qū)域工作站）2.1.1 TP21 觸摸屏采用 TP27 彩色觸摸屏作為操作面板，完全取代常規(guī)的開關(guān)按鈕、指示燈等器件，使控制柜面談得更整潔。并且，TP27 觸摸屏在現(xiàn)場可實現(xiàn)狀態(tài)顯示、系統(tǒng)設(shè)置、模式選擇、參數(shù)設(shè)置、故障記錄、負(fù)荷記錄、時間日期、實時數(shù)據(jù)顯示、負(fù)荷曲線與報表統(tǒng)計等功能，中文操作界面直觀友好。2.1.2 SIEMENS 可編程序控制器SIMATIC S7-300 系列 PLC 適用于各行各業(yè)、各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化，其強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。該產(chǎn)品具有光電隔離，高電磁兼容；具有很高的工業(yè)適用性，允許的環(huán)境溫度達(dá) 60；具有很強的抗干擾、抗振動與抗沖擊性能，因此在嚴(yán)酷的工作環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用。自由通訊口方式也是 S7-300 型 PLC 的一個很有特色的功能，它使 S7-300 型 PLC 可以與任何通訊協(xié)議公開的其它設(shè)備、控制器進(jìn)行通訊，即 S7- 300 型 PLC 可以由用戶自己定義通訊協(xié)議（例 ASCII 協(xié)議） ，波特率為 1.5Mbit/s（可調(diào)整） 。因此使可通訊的范圍大大增加，使控制系統(tǒng)配置更加靈活、方便。任何具有串行接口的外設(shè)，例如：打印機或條形碼閱讀器、變頻器、調(diào)制解調(diào)器（Modem） 、上位 PC 機等都可連接使用。用戶可通過編程來編制通訊協(xié)議、交換數(shù)據(jù)（例如：ASCII 碼字符） ，具有 RS232 接口的設(shè)備也可用 PC/PPI電纜連接起來進(jìn)行自由通訊方式通訊。1.芯片和芯片插座集成電路是把復(fù)雜電路刻蝕到微小的半導(dǎo)體硅芯片上，故常稱做芯片，雙列直插式芯片是用塑料封裝且兩側(cè)帶有間隔為 0 1 英寸的引腳，這些引腳可以插在焊接電路板上或面包板上，封裝內(nèi)部有很細(xì)的線把這些引腳與芯片連接。2.引腳的數(shù)目引腳是用數(shù)字從一個缺口或一個圓孔開始逆時針編號的，如一個 8 腳和一個 14 腳的芯片的引腳編號，對所有的尺寸芯片都是這樣編號的。3.芯片插座芯片焊接時受熱容易壞掉，它們短短的引腳也不能用散熱片保護(hù)，我們用新片插座來保護(hù)，嚴(yán)格上應(yīng)該稱為雙列直插插座，可以先把插座焊接到電路板上，再把芯片插入插座。只有當(dāng)需要焊接時才用芯片插座，用面包板搭電路時不用插座。實際產(chǎn)品的電路中通常不用插座而是把芯片直接焊接在電路板上的，因為實際產(chǎn)品是用機器焊接的，焊接速度很快（不會損壞芯片） 。你不要這樣做，因為可能會損壞芯片，而且在調(diào)試時要移去芯片，而焊住的芯片要取下且不損壞芯片是很難的。4.從插座上拔出芯片如果你要取下一個芯片，你可以用一個小平口螺絲刀輕輕地把芯片從插座中拔出。仔細(xì)地在兩端把平口螺絲刀插入芯片與插座之間，輕輕地翹起芯片，注意要分別在兩端口起翹，否則會把引腳弄彎甚至折斷。5.集型（晶體管）集成電路和 MOS 集成電路歷史上，雙集型集成電路曾比 MOS 集成電路更普及，尤其是對小規(guī)模集成邏輯電路而言。主要有兩個 ，一個是最初雙晶體管（即三極管）要比 MOS 更可靠，其次是三極管速度比 MOS 管快。但隨著 MOS 管的可靠性的改進(jìn)以及集成電路變的越來月復(fù)雜，使得MOS 邏輯電路的體積小及損耗功率小的這兩個優(yōu)點顯得更重要了，雙極型邏輯電路的使用也減少了，然而雙極型晶體管集成電路技術(shù)在高頻邏輯電路中仍有用。當(dāng)上位機脫機時，在下位機控制下，整個系統(tǒng)能正常運行。2.2 上位機系統(tǒng)（中央管理工作站）2.2.1 上位機上位機即圖文控制中心，主要由 PC 機和激光打印機組成，采用 SIMATIC WINCC 軟件平臺，采用全中文操作界面，人機對話友好。管理人員和操作者，可以通過觀察 PC 機所顯示的各種信息來了解當(dāng)前和以往整個冰蓄冷自控系統(tǒng)的運行情況和所有參數(shù)，并且通過鼠標(biāo)進(jìn)行設(shè)備管理和執(zhí)行打印任務(wù)。2.2.2 WINCC 軟件平臺WINCC 軟件在自動化領(lǐng)域中可用于所有的操作員控制和監(jiān)控任務(wù)。可將過程控制中發(fā)生的事件清楚地顯示出來，可顯示當(dāng)前狀態(tài)并按順序記錄，所記錄的數(shù)據(jù)可以全部顯示或選擇簡要形式顯示，可連續(xù)或按要求編輯，并可輸出打印報表和趨勢圖。WINCC 能夠在控制過程中危急情況的初發(fā)階段進(jìn)行報告，發(fā)出的信號既可以在屏幕上顯示出來，也可以用聲音表現(xiàn)出來。它支持用在線幫助和操作指南來消除故障。某一 WINCC 工作站可專門用于過程控制以使那些重要的過程信息不被屏蔽。軟件輔助操作策略保證過程不被非法訪問，并提供用于工業(yè)環(huán)境中的無錯操作。WINCC 是 MICRSOFT WINDOWS98 或 WINDOWS NT4.0 操作系統(tǒng)下，在 PC 機上運行的面向?qū)ο蟮囊涣?32 位應(yīng)用軟件，通過 OLE 和 ODBC 視窗標(biāo)準(zhǔn)機制，作為理想的通訊伙伴進(jìn)入 WINDOWS 世界，因此 WINCC 可容易地結(jié)合到全公司的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。 3 冰蓄冷系統(tǒng)的控制3.1 控制目的、范圍及主要受控設(shè)備蓄冷控制系統(tǒng)控制目的：通過對制冷主機、儲冰裝置、板式熱交換器、系統(tǒng)水泵、冷卻塔、系統(tǒng)管路調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，調(diào)整儲冰系統(tǒng)各應(yīng)用工況的運行模式，在最經(jīng)濟的情況下給末端提供一穩(wěn)定的供水溫度。同時，提高系統(tǒng)的自動化水平，提高系統(tǒng)的管理效率和降低管理勞動強度。控制范圍包括整個冰蓄冷系統(tǒng)的參數(shù)狀態(tài)顯示、設(shè)備狀態(tài)及控制，主要控制設(shè)備有：雙工況主機、電動閥、冷卻塔、冷卻水泵、蓄冰裝置、初級乙二醇泵、板式換熱器、次級乙二醇泵等。3.2 控制功能控制功能包括整個冰蓄冷系統(tǒng)穩(wěn)定、經(jīng)濟運行所需的功能。3.2.1 工況轉(zhuǎn)換功能根據(jù)季節(jié)和機器運行情況，自控系統(tǒng)具備以下工況轉(zhuǎn)換功能：1. 雙工況主機制冰同時供冷模式；2. 雙工況主機單獨制冰模式； 3. 主機與蓄冰裝置聯(lián)合供冷模式；4. 融冰單獨供冷模式；5.主機單獨供冷模式。3.2.2 工況的啟停、顯示和故障報警功能 控制系統(tǒng)按編排的時間順序，結(jié)合負(fù)荷預(yù)測軟件，控制制冷主機及外圍設(shè)備的啟停數(shù)量及監(jiān)視各設(shè)備之工作狀況與運行參數(shù)，如：制冷主機啟停、狀態(tài)及故障報警；制冷主機運行參數(shù)；制冷主機缺水保護(hù)；制冷主機供/回水溫度、壓力遙測和顯示；冷凍水泵啟停、狀態(tài)及故障報警； 乙二醇泵啟停、狀態(tài)及故障報警；冷卻水泵啟停、狀態(tài)及故障報警；-壓差旁通管的壓差測量與顯示；冷卻塔風(fēng)機啟停、狀態(tài)及故障報警；冷卻塔供/回水溫度控制與顯示；供/回水溫度、壓差遙測控制與顯示；板式換熱器側(cè)進(jìn)出口溫度控制與顯示；蓄冰裝置進(jìn)、出口溫度遙測控制與顯示；冷凍水回水流量控制與顯示；電動閥開關(guān)、調(diào)節(jié)與閥位控制與顯示；室外溫濕度遙測控制與顯示；蓄冰量測量與顯示；末端冷負(fù)荷控制。3.2.3 數(shù)據(jù)的記錄和打印功能控制系統(tǒng)對一些需要的監(jiān)測點進(jìn)行整年趨勢記錄，控制系統(tǒng)可將整年的負(fù)荷情況（包括每天的最大負(fù)荷和全日總負(fù)荷）和設(shè)備運轉(zhuǎn)時間以表格和圖表記錄下來，供使用者使用。所有監(jiān)測點和計算的數(shù)據(jù)均能自動定時打印。3.2.4 手動/自動轉(zhuǎn)換功能控制系統(tǒng)配置靈活的手動/自動轉(zhuǎn)換功能。3.2.5 優(yōu)化控制功能根據(jù)室外溫度、天氣預(yù)報、天氣走勢、歷史記錄等數(shù)據(jù)自動選擇主機優(yōu)先或融冰優(yōu)先。在滿足末端負(fù)荷的前提下，每天使用完儲存的冷量，盡量少地運行主機。充分發(fā)揮冰儲冷系統(tǒng)優(yōu)勢，節(jié)約運行費用。3.2.6 全自動運行功能系統(tǒng)可脫離上位機工作，根據(jù)時間表自動進(jìn)行制冰和控制系統(tǒng)運行、工況轉(zhuǎn)換、對系統(tǒng)故障進(jìn)行自動診斷，并向遠(yuǎn)方報警。觸摸屏顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)、流程、各節(jié)點參數(shù)、運行記錄、報警記錄等。3.2.7 節(jié)假日設(shè)定功能系統(tǒng)可根據(jù)時間表自動運行，同時也可預(yù)先設(shè)置節(jié)假日，控制儲冰量和儲冰時間，使系統(tǒng)在節(jié)假日時對不需要供應(yīng)空調(diào)的場所停止供冷。3.2.8 下位機操作功能下位機操作功能如下：1.人機對話。操作人員可通過觸摸面板進(jìn)行人機對話，操作界面完全中文化，具有提示、幫助、參數(shù)設(shè)置、密匙設(shè)置、故障查詢、歷史記錄等功能。2 .系統(tǒng)設(shè)置。包括操作口令設(shè)置、運行設(shè)置、運行時間表設(shè)置、記錄溢出處理、自動/手動/測試選擇、節(jié)假日設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（包括各節(jié)點溫度、壓力，各介質(zhì)的流量，儲冰量，制冰速率，融冰速率，閥門開度，末端負(fù)荷等。 ）3. 故障記錄、運行記錄、歷史記錄等。3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控控制系統(tǒng)通過電話線或?qū)拵ЬW(wǎng)，與專家系統(tǒng)連接，對系統(tǒng)進(jìn)行運行監(jiān)控、參數(shù)修改、數(shù)據(jù)采集等，使系統(tǒng)不斷完善和軟件版本升級，讓用戶得到更好的服務(wù)。遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的是用戶可以通過 PSTN（公共交換傳輸網(wǎng)）對冷凍站進(jìn)行異地遠(yuǎn)程監(jiān)控。同時也可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試、遠(yuǎn)程適時監(jiān)控和在線維護(hù)等，從而大大減輕工程人員的工作強度，降低工程成本。3.4 系統(tǒng)擴展控制控制系統(tǒng)設(shè)計界面友好，PLC 和觸摸屏均可擴展，內(nèi)容可擴展、參數(shù)也可修改，通過485 通訊接口或通信協(xié)議實現(xiàn) BAS 與冰儲冷自控系統(tǒng)一體化，節(jié)約投資、方便管理。系統(tǒng)集中控制，減少了動力柜占地面積，又使動力柜型號統(tǒng)一、式樣相同、大小一致。系統(tǒng)擴展控制如下：1.污水泵自動控制； 2.風(fēng)、排風(fēng)控制;3.活水泵穩(wěn)壓控制；4. 防水泵定時運行、檢測、報警； 5.淋水泵穩(wěn)壓控制； 6 .筑物夜間輪廓照明自動控制 7.低配計量、開關(guān)狀態(tài)檢測、報警。4 結(jié)語通過 PLC 在冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的推廣運用，驗證了 PLC 系統(tǒng)的可靠性特點，保證了系統(tǒng)的安全運行和有效節(jié)能，同時也為樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)的控制器選型提供了新的思路。相信在不久的將來，越來越多的 PLC 系統(tǒng)在冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的運用中日趨成熟，在樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)中也將會大顯身手。