淺談使用S7-300實現(xiàn)離心式制冷機的控制

任立娥 于振坤

（樂金空調（山東）有限公司，山東 青島 266109）

淺談使用S7-300實現(xiàn)離心式制冷機的控制

任立娥 于振坤

（樂金空調（山東）有限公司，山東 青島 266109）

首先對西門子S7-300作為主控制器實現(xiàn)離心式制冷機的全自動控制進行詳細的闡述，隨后針對離心式制冷機控制的幾大功能需求進行分析。最后，從硬件組態(tài)以及人機界面設計方面對離心式制冷機控制的運行數(shù)據(jù)、故障記錄等進行了研究，對今后離心式制冷機的控制維護和管理工作提供了借鑒意義。

S7-300；觸摸屏；離心機

0 引言

隨著社會的發(fā)展，能源需求不斷增加，具有大冷量、高COP值的離心式冷水機組無疑已成為市場的熱點。而西門子PLC以其高性價比，在國際國內市場都占有很大的份額，在我國的各行各業(yè)得到了廣泛的應用。S7-300作為西門子家族中的中型PLC，其模塊化、可擴展性，可以非常好地滿足離心式制冷機的控制要求。

1 離心式制冷機介紹

離心式制冷機為四段式循環(huán)（蒸發(fā)、壓縮、冷凝、膨脹）的電制冷系統(tǒng)，如圖1所示，被蒸發(fā)的冷劑氣體通過導葉進入葉輪，進入葉輪的制冷劑氣體被壓縮為高溫高壓的氣體并進入冷凝器，在冷凝器中通過冷卻水散熱濃縮為液態(tài)，濃縮的液體通過節(jié)流孔變?yōu)榛旌蠣顟B(tài)進入蒸發(fā)器，制冷劑吸收蒸發(fā)器內的冷凍水的熱量而蒸發(fā)，并重復該循環(huán)過程。其主要應用在較大制冷量，如大廈、賓館、醫(yī)院或工藝車間等各種場合。

圖1 制冷循環(huán)過程

2 控制需求分析

離心機控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的幾大功能包括：開關機時序控制、潤滑油系統(tǒng)控制、動力部件控制、容量調節(jié)、主要數(shù)據(jù)采集、安全保護等，另外還要考慮軟硬件的防干擾措施等。

2.1 主要數(shù)據(jù)采集及控制點

溫度檢測選用PT100溫度傳感器，測點包括電機繞組、軸承、油槽、壓縮機排氣、冷水進出口、冷卻水進出口等。

壓力檢測選用4～20 mA信號類型的壓力傳感器，測點包括：蒸發(fā)器、冷凝器、油槽、油泵等。

執(zhí)行器包括：壓縮機、油泵、油加熱器、冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔等。

2.2 安全保護

各種傳感器異常，各種反饋異常，各種溫度、壓力、壓差、流量超限保護，電機過載，電源異常，啟動失敗等。

2.3 PID調節(jié)

冷水出口溫度采用PID控制，通過調節(jié)導葉開度，實現(xiàn)目標溫度的精確控制。

如圖2所示，采集當前冷水出口實際溫度，與目標設定溫度進行比較，計算出執(zhí)行機構的目標開度。執(zhí)行機構的實際開度與目標開度通過級聯(lián)PID，控制執(zhí)行機構的動作，實現(xiàn)更穩(wěn)定的控制。

圖2 PID控制框圖

2.4 開關機時序控制

開機流程如圖3所示。

圖3 開機流程

關機流程如圖4所示。

圖4 關機流程

2.5 報警系統(tǒng)

按照輕故障、重故障進行分級警告，分正常提示、警告提示、警告并停機等。

2.6 優(yōu)化控制

軟加載控制：防止壓縮機負荷的突然增大導致潤滑油起泡嚴重。

故障預防控制：一旦觸發(fā)安全控制警報，則執(zhí)行安全控制操作，避免控制點超限，引起機組頻繁停機，比如浪涌預防等。

自動停機控制：機組負荷很小的情況下，自動啟停壓縮機，實現(xiàn)節(jié)能控制。

3 硬件組態(tài)

綜合制冷機的控制功能及用戶需求，如圖5所示，統(tǒng)計需要的DI、DO、AI、AO點數(shù)，選用最佳CPU與擴展模塊組合，然后為各個點分配地址，確認信號類型的正確，完成硬件組態(tài)。人機界面選用國產(chǎn)常用10寸彩色觸摸屏，經(jīng)濟實惠，功能強大。

圖5 硬件組態(tài)

4 人機界面設計

人機界面要實現(xiàn)與用戶的友好交互功能，可方便查看運行數(shù)據(jù)、運行曲線、歷史數(shù)據(jù)、故障記錄，可修改工況參數(shù)、安全設定、傳感器設定等，還需增加必要的手自動切換及手動操作按鍵，方便調試或在緊急情況下可以自由切換，此外還具備權限管理的功能等等。

界面設計是以菜單/子菜單的形式展示所有功能項，分類明確，簡潔易操作。

4.1 主畫面

如圖6所示，可查看機組主要數(shù)據(jù)，進行啟停操作，查看當前故障信息。

圖6 主畫面

4.2 用戶設定

如圖7所示，可設定基本的運行參數(shù)，比如冷水出口溫度等；可設定運行數(shù)據(jù)的儲存間隔時間。

圖7 用戶設定界面

4.3 手動操作

如圖8所示，可進行導葉、油泵的手自動切換及手動開關等操作。

圖8 手動操作界面

4.4 服務菜單

如圖9所示，可查看機組的輸入輸出狀態(tài)、歷史運行數(shù)據(jù)、歷史故障數(shù)據(jù)、實時曲線、累計運行時間等，還可進行數(shù)據(jù)導出，方便分析及維護。

圖9 服務菜單

4.5 系統(tǒng)菜單

系統(tǒng)菜單可實現(xiàn)運行條件、安全控制、傳感器、定時器等設定，進入系統(tǒng)菜單需要設定更高一級的權限，避免由錯誤設定引起的損壞。

5 結語

西門子S7-300加國產(chǎn)觸摸屏實現(xiàn)離心式冷水機組的控制，畫面設計簡潔直觀，操作方便，通過一系列的模擬測試及整機系統(tǒng)調試，運行穩(wěn)定，各項功能都能達到最初的設計需求，已有多臺機組投入使用中。

[1] LG離心式制冷機用戶手冊

[2] S7-300自動化系統(tǒng)模塊數(shù)據(jù)設備手冊

2015-04-12

任立娥（1982—），女，山東聊城人，助理工程師，從事冷凍機的控制系統(tǒng)開發(fā)。