基于PLC仿真太陽能輻射空調(diào)器控制系統(tǒng)探究

周亞東，王 軍，何田野

(海南職業(yè)技術(shù)學(xué)院,海南海口570216)

0 引言

太陽能輻射空調(diào)器專利自獲國家發(fā)明專利授權(quán)后,在海南某學(xué)校辦公事務(wù)大廳得到初步試驗,但其自動控制系統(tǒng)開發(fā)不成熟,其實際制冷節(jié)能效率與其理論值相差較大,文中以日本三菱FX2N-48MR 型的PLC 為基礎(chǔ)，將太陽能輻射空調(diào)器各主要硬件部分利用PLC程序?qū)崿F(xiàn)自動控制應(yīng)用，是通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，給出了詳細(xì)的PLC程序設(shè)計過程，并利用組態(tài)王實現(xiàn)人機界面的自動控制。PLC 控制具有系統(tǒng)簡單、可靠，控制靈活等特點。同時實現(xiàn)制冷制熱節(jié)能預(yù)期效果。

1 系統(tǒng)組成及控制要求

1.1 系統(tǒng)組成

太陽能輻射空調(diào)器的結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖1所示，系統(tǒng)由太陽環(huán)路、冷卻水環(huán)路、冷凍水環(huán)路、供冷空調(diào)環(huán)路、新風(fēng)調(diào)濕環(huán)路組合而成。

其中1、太陽冷水器；2，冷水器泵；3、冷水器電磁閥；4、管網(wǎng)泵；5、管網(wǎng)節(jié)流閥；6、管網(wǎng)電磁閥；7、毛細(xì)管網(wǎng)；8、新風(fēng)裝置；9、冷卻塔；10、輔助水冷冷水機組；11、冷卻泵；12、冷卻節(jié)流閥；13、冷卻塔電磁閥；14、新風(fēng)節(jié)流閥；15、新風(fēng)電磁閥；16、新風(fēng)泵；17、新風(fēng)貯冷水池；18、機組泵；19、機組電磁閥；20、機組節(jié)流閥；21、水池節(jié)流閥;22、水池電磁閥；23、水池泵；24、貯冷水池；25、冷水器節(jié)流閥。

圖1 太陽能輻射空調(diào)器系統(tǒng)組成圖

1.2 硬件控制設(shè)計

每天正常使用時,供冷空調(diào)環(huán)路的毛細(xì)管網(wǎng)電磁閥、管網(wǎng)泵，新風(fēng)調(diào)濕環(huán)路的新風(fēng)電磁閥、新風(fēng)泵系統(tǒng)正常工作，以把貯冷水池中水的冷量輸至房間釋放，降低房間的溫度。新風(fēng)節(jié)流閥、毛細(xì)管網(wǎng)節(jié)流閥為變頻閥門，根據(jù)室內(nèi)溫度控制其水流速度。組態(tài)王控制圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)啟動時毛細(xì)管網(wǎng)環(huán)路、新風(fēng)環(huán)路組態(tài)圖

太陽冷水器環(huán)路，其主要目的是將貯冷水池中的水通過太陽冷水器每天溫度最低時循環(huán)制冷，PLC定時器自動啟動太陽冷水器、冷水器泵、冷水器電磁閥、冷水器節(jié)流閥達(dá)到制冷卻水效果,保證毛細(xì)管網(wǎng)正常供冷需求。此過程太陽冷水器正常工作時，毛細(xì)管網(wǎng)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)可同時打開。組態(tài)王控制圖如圖3所示

圖3 冷水器環(huán)路及系統(tǒng)正常啟動組態(tài)圖

圖4 貯冷水池輔助水冷機組環(huán)路啟動組態(tài)圖

當(dāng)供冷空調(diào)溫度較高不能滿足制冷時，說明貯冷水池水溫較高，此時關(guān)閉毛細(xì)管網(wǎng)系統(tǒng)及新風(fēng)系統(tǒng)，強制啟動輔助水冷冷水機組工作，啟動水池泵、水池電磁閥、水池節(jié)流閥，使貯冷水池中水溫降到空調(diào)所需的溫度。毛細(xì)管網(wǎng)制冷時，整個程序再回到供冷環(huán)路，達(dá)到制冷效果。供冷時，可同時制冷。組態(tài)王控制圖如圖4所示

當(dāng)新風(fēng)貯冷水池水溫高于調(diào)濕溫度時，輔助水冷冷水機組再工作，機組電磁閥、機組泵啟動，毛細(xì)管網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)閉，使新風(fēng)貯冷水池水溫降到新風(fēng)調(diào)濕所需的溫度。啟動新風(fēng)泵、新風(fēng)電磁閥，供冷空調(diào)的同時，進(jìn)行新風(fēng)調(diào)濕.組態(tài)王控制圖如圖5所示

1.3 I/O分配

如圖所示為PLC的I/O 接線圖，選用FX2N-48MR的PLC，系統(tǒng)共有25 個輸入設(shè)備和7個輸出設(shè)備分別占用PLC 的25 個輸入點和7 個輸出點。為了保證在緊急情況下（包括PLC 發(fā)生故障時），能可靠地切斷PLC 的負(fù)載電源，設(shè)置了總停止X21銨鈕及啟動X20銨鈕。

圖6 系統(tǒng)I/O分配圖

1.4 程度設(shè)計

根據(jù)本系統(tǒng)的程序設(shè)計要求將系統(tǒng)分為9個部分程序設(shè)計，分別為自動啟動冷水器程序，毛細(xì)管網(wǎng)環(huán)路啟動程序，冷卻塔啟動程序，輔助冷水機組啟動程序，新風(fēng)環(huán)路啟動程序，新風(fēng)風(fēng)機開啟程序，新風(fēng)貯能輔助冷水機組啟動程序，貯能水池水溫較高時停止程序，新風(fēng)貯能水池水溫較高時停止程序，對制冷溫度要求高時啟動輔助冷水機組程序，總啟動與停止程序。總程序如下

圖5 新風(fēng)貯能水環(huán)路正常啟動組態(tài)圖

1.5 組態(tài)設(shè)計

系統(tǒng)運用GX Developer組態(tài)王，系統(tǒng)對水泵（驅(qū)動電磁閥、節(jié)流閥）可進(jìn)行單獨開與關(guān)的控制，這樣有效實現(xiàn)了節(jié)流控制，同時利用控制銨鈕對系統(tǒng)的啟動控制、停止控制、貯冷水池溫度高時控制、制冷需要較高時控制、新風(fēng)水池高溫時控制，配合PLC及各環(huán)節(jié)溫度傳感器、水流量傳感等實現(xiàn)適時的管理與監(jiān)控，同時利用自動與手動的適時控制，有效節(jié)約效能，實現(xiàn)太陽能輻射空調(diào)器與普通溫差空調(diào)相比節(jié)能70%以上的預(yù)期。

2 結(jié)論

文中通過對太陽能輻射空調(diào)器各組成部分進(jìn)行控制分析，利用PLC及組態(tài)控制軟件實現(xiàn)全自動控制，并給出了系統(tǒng)運行的詳細(xì)遞形圖及組態(tài)控制圖。如果再配合各主要部分及各房間溫度傳感器及水流控制器可即可完全實現(xiàn)系統(tǒng)的全自動控制，為專利的成果轉(zhuǎn)換及實現(xiàn)節(jié)能預(yù)期打下基礎(chǔ)。

周亞東;梁棟;龐鴻山;邢詒存.太陽能輻射空調(diào)器.中國專利：ZL 201210282428 2012-08-10

第三作者:何田野,1990年12月生，男，湖北陽新人，從事電子、太陽能自動控制專業(yè)研究