基于PLC 的小型冷庫(kù)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

唐友亮　楊雪　高曉威

【摘 要】隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展和人們生活水平的提高，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)冷庫(kù)的控制系統(tǒng)又提出了新的要求。將PLC（可編程控制器）技術(shù)應(yīng)用于冷庫(kù)的控制系統(tǒng)，取代繼電器，不僅運(yùn)行可靠、性價(jià)比高，還降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)了冷庫(kù)對(duì)自動(dòng)化高效運(yùn)行的需求。

【關(guān)鍵詞】冷庫(kù)；控制系統(tǒng)；PLC

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對(duì)于生鮮冷凍食品的需求量也越來(lái)越大，小型冷庫(kù)近年來(lái)有了快速的發(fā)展。但大多數(shù)小型冷庫(kù)的壓縮機(jī)控制仍采用繼電器邏輯電路組成的控制器，不僅接線復(fù)雜，而且功耗高、可靠性差。整個(gè)冷庫(kù)的運(yùn)行多采用手動(dòng)控制或者半自動(dòng)控制，做到完全自動(dòng)控制的較少，在冷藏物裝卸、進(jìn)出等方面，自動(dòng)化程度普遍較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。采用PLC替代原來(lái)繼電器邏輯電路組成的控制器對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行控制，使冷庫(kù)的運(yùn)行態(tài)達(dá)到最佳效果，并對(duì)節(jié)能、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度有實(shí)際意義。

筆者以小型冷庫(kù)為研究對(duì)象，采用PLC替代原來(lái)繼電器邏輯電路組成的控制器對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行控制， 使冷庫(kù)的運(yùn)行滿足自動(dòng)化、低能耗的運(yùn)行需求。

1 小型冷庫(kù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在小型冷庫(kù)控制系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)思想是采用PLC控制代替了傳統(tǒng)的繼電器控制，實(shí)現(xiàn)冷庫(kù)的自動(dòng)化運(yùn)行。如圖1所示，冷庫(kù)控制系統(tǒng)由輸入電路、PLC和輸出電路組成。輸入電路主要用于輸入冷卻物冷藏間的內(nèi)部狀態(tài)、電源狀態(tài)和用戶所設(shè)定的溫度，包括冷卻物冷藏間溫度檢測(cè)電路、電源檢測(cè)電路和溫度給定電路等。輸出部件主要用于控制壓縮機(jī)和溫度顯示，包括壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)電路和溫度顯示電路。

2 小型冷庫(kù)控制要求

本文以儲(chǔ)藏經(jīng)過(guò)冷卻的果蔬品冷藏間為研究對(duì)象，其控制室溫為0～2°C，相對(duì)濕度為85%～95%。以冷卻物冷藏間的溫度作為控制目標(biāo)，根據(jù)溫度與設(shè)定指標(biāo)的偏差來(lái)決定壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。該冷庫(kù)控制結(jié)構(gòu)流程圖主要由PID控制器、變頻器、壓縮機(jī)、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器組成。PID控制器由PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)經(jīng)過(guò)冷卻的果蔬品運(yùn)送到該冷藏間后，PLC首先根據(jù)環(huán)境與冷庫(kù)庫(kù)溫，對(duì)實(shí)際偏差值及偏差值的變化率進(jìn)行PID運(yùn)算，調(diào)整PLC的PID參數(shù)，并將運(yùn)算結(jié)果傳遞給壓縮機(jī)的變頻器，改變壓縮機(jī)的頻率，控制送往冷凝器的輸氣量或制冷能量。當(dāng)溫度不在0～2°C時(shí)，壓縮機(jī)制冷運(yùn)行，溫度開(kāi)始慢慢下降，直至溫度在0～2°C時(shí)。當(dāng)庫(kù)溫達(dá)到0～2°C時(shí)，壓縮機(jī)開(kāi)始處于恒溫運(yùn)行狀態(tài)。圖2為壓縮機(jī)循環(huán)控制流程圖，圖3為溫度控制流程圖。

3 冷庫(kù)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

3.1 小型冷庫(kù)電氣主電路要求

本冷庫(kù)的設(shè)計(jì)要求是用PLC程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，壓縮機(jī)組制冷啟動(dòng)、冷庫(kù)指示燈（綠）常亮，直至溫度限位開(kāi)關(guān)或庫(kù)門(mén)位置開(kāi)關(guān)動(dòng)作，壓縮機(jī)組恒溫運(yùn)行；溫度限定開(kāi)關(guān)或庫(kù)門(mén)位置開(kāi)關(guān)復(fù)位后，壓縮機(jī)組制冷再次啟動(dòng)。如此反復(fù)運(yùn)行。當(dāng)冷庫(kù)呼叫系統(tǒng)被啟動(dòng)后，壓縮機(jī)組恒溫運(yùn)行，冷庫(kù)指示燈（紅）以1/1s閃爍，庫(kù)內(nèi)警報(bào)鈴聲響起，按下呼叫/警報(bào)解除按鈕后，冷庫(kù)正常運(yùn)行；冷庫(kù)消防警報(bào)啟動(dòng)后，壓縮機(jī)組停止運(yùn)行，冷庫(kù)指示燈（紅）以1/1s閃爍，庫(kù)內(nèi)警報(bào)鈴聲響起，按下呼叫/警報(bào)解除按鈕后。冷庫(kù)正常運(yùn)行過(guò)程中，按下停止按鈕隨即停止。

3.2 PLC的選型

冷庫(kù)控制系統(tǒng)要求能夠簡(jiǎn)單、可靠、易維護(hù)、性價(jià)比高，而西門(mén)子S7-200系列的PLC恰恰具有連接方便、簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)該冷卻物冷藏間的電路控制系統(tǒng)時(shí)，采用的就是西門(mén)子S7-200系列的PLC。

根據(jù)小型冷庫(kù)的電氣控制要求，需要PLC監(jiān)測(cè)的輸入信號(hào)有啟動(dòng)/停止按鈕2個(gè)、溫度控制開(kāi)關(guān)2個(gè)、報(bào)警控制控制開(kāi)關(guān)3個(gè)、庫(kù)門(mén)位置開(kāi)關(guān)1個(gè)，共有輸入信號(hào)9個(gè)。PLC輸出控制信號(hào)有2個(gè)繼電器、2個(gè)報(bào)警控制信號(hào)和2指示信號(hào)，共6點(diǎn)。根據(jù)PLC控制對(duì)象的特點(diǎn)和控制要求，將PLC的I /O口與相應(yīng)的電氣設(shè)備相連，達(dá)到控制和檢測(cè)的功能。PLC的I /O口的分配具體見(jiàn)表1。

3.3 PLC的編程與調(diào)試

根據(jù)冷庫(kù)運(yùn)行的控制要求和s7-200編程規(guī)則，控制程序采用梯形圖編制，如圖4所示。在PC機(jī)上用STEP7 Micro WIN編程軟件編制了冷庫(kù)電氣控制程序梯形圖。程序編制完成后，下傳至s7-200PLC中進(jìn)行程序測(cè)試。經(jīng)過(guò)測(cè)試、修改和試運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的控制要求。筆者將研究成果在宿遷市某冷藏廠進(jìn)行了應(yīng)用，實(shí)踐結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)不僅降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，還使運(yùn)行成本降低1/3左右。

4 結(jié)束語(yǔ)

將PLC 技術(shù)應(yīng)用于冷庫(kù)控制系統(tǒng)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了冷庫(kù)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，使系統(tǒng)的使用性和可靠性增加，達(dá)到了安全可靠運(yùn)行和高效節(jié)能的目的，較好地適應(yīng)了冷庫(kù)自動(dòng)化的發(fā)展要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張峰，等.基于PLC和觸摸屏技術(shù)的船舶伙食冷庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)修船，2014，27（8）.

[2]張洪臣，等.基于PLC的農(nóng)村小型冷庫(kù)微電腦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2014（5）.

[3]鄭慶東.基于PLC的小型冷庫(kù)自動(dòng)控制系統(tǒng)改造[J].大眾科技，2011（9）.

[4]張君艷，等.PLC在小型冷庫(kù)恒溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣技術(shù)與自動(dòng)化，2009，38（6）.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]