基于PLC的大廈暖通自控系統的設計與監控

周佳英

摘要：分析大廈暖通自控系統的組成結構，制定系統施工結構圖。講述新風系統和組合式空調系統的工作原理，介紹了空調系統中的制冷機系統。對大廈暖通自控系統進行設計，選用西門子PLC控制器，通過以太網與上位機通訊，實現了機組設備的實時監控。

關鍵詞：PLC；新風系統；組合式空調系統；組態軟件

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）34-0215-02

1 概述

當今中國建筑行業正朝著建筑智能化不斷發展，樓宇自動化控制系統作為智能建筑的重要組成部分，其主要工作是對整個樓宇內的機電設備進行監控、管理及維護，創造一個安全、舒適和便捷的生活環境。空調控制系統是樓宇自動化系統的一個重要子系統，空調自動控制就是對空氣狀態參數（溫度、濕度、清潔度、壓力等）進行自動檢測和調節，使空調系統保持最優工作狀況，并使用防護裝置保障設備和建筑物的安全。

本文以S7-200 SMART PLC為控制核心，通過上位機實時監控，實現樓宇空調通風系統的自動化運行與監控。

2 系統概述

本方案是為西安市某大廈專門設計的樓宇空調通風自控系統，大廈的二層安裝新風機組、組合式空調機組、電梯前廳盤管各一臺。六到二十五層只安裝新風機組和電梯前廳盤管各一臺。冷水機組和熱水機組設置于地下二層。整個樓宇控制系統的主操作站位于地下二層冷熱站機房控制室內。主操作站包括交換機、工控機、打印機等。

3 系統結構

大廈暖通自控系統由主機、冷卻水系統、冷凍水系統、補水泵和風機盤管等構成。冷水機組和熱水機組是制冷制熱的主機，中央空調最主要的部分。冷卻水循環系統的主要作用是為冷凝器降溫，它由冷卻泵、冷卻塔和冷卻水管道組成。冷水機組包括壓縮機、冷凝器和蒸發器三部分，制冷劑在壓縮機中被壓縮后進入冷凝器，經冷卻水冷卻變為液體，此時熱交換后出來的冷卻水溫度較高，這些熱量被冷卻水帶入冷卻塔中，冷卻塔風機熱交換速度加快，將熱量排入大氣。液態制冷劑從冷凝器出來后會進入蒸發器中進行蒸發吸收給冷凍水降溫，最終冷凍水在盤管中流動吸收空氣中的熱量，使室內溫度降低，至此空調制冷過程結束。

4 系統方案設計

4.1 系統工作原理

本文涉及的自控系統包括辦公室新風系統和組合式空調系統。

新風系統由新風機和管道配件構成，新風機的作用是將凈化后的室外空氣導入室內，并將渾濁的室內空氣經管道排出。該系統應檢測內容包括送風溫度、二氧化碳濃度、風機運行和手自動狀態以及防凍信號。在大廈內安裝CO2濃度傳感器（PPM）和溫度傳感器（TT），將檢測的CO2濃度和送風溫度傳送給PLC并與設定值比較，根據二氧化碳濃度大小比較值決定是否開啟新風風機，根據送風溫度來調節冷水電動閥的開度使送風溫度達到設定值。冷熱水盤管出口處設有防凍開關，當出口溫度低于設定值時系統自動報警。風機的啟停、新風閥和電動調節閥聯動開閉。新風系統控制原理圖如圖1所示。

組合式空調系統是由多個空氣處理功能段組裝而成的一種空氣處理裝置，它將室內外空氣混合，通過過濾、加濕、冷卻等過程使其達到室內空氣標準后送入室內。需檢測的內容有回風溫度、過濾器堵塞信號、風機運行及手自動狀態，根據回風溫度來調節冷熱水電動閥的開度使送風溫度達到設定值，系統會自動統計機組工作時間并提示定時維修。冷熱水盤管出口處設有防凍開關，在溫度低于設定值時報警。風機啟停、新風閥和電動調節閥為聯動開閉。組合式空調系統控制原理圖如圖2所示。圖中M表示新風閥、冷熱水閥、回風電動閥。DP是初效壓差開關。

4.2 系統硬件設計

根據大廈暖通自控系統工藝參數要求，由于現場待檢測和監控的變量較多，選用S7-200 SMART PLC共10臺，1號和2號PLC安裝在1、2號控制柜中，負責檢測與控制地下二層各空調設備，3號PLC安裝在3號控制柜中，負責采集二層新風機組和組合式空調機組的變量信息，4～10號PLC安裝在4號控制柜中用于檢測6～25層新風機組狀況。各PLC將檢測到的信息通過以太網交換機傳送給現場工控機。控制系統結構圖如圖3所示。

4.3 系統軟件設計

該自控系統以一臺工控機作為上位機監控器，選用組態王King View 6.55軟件，在上位機中進行組態。實現了系統運行狀況的顯示、實時參數的數值呈現、歷史數據和報警信息的報表形式記錄以及重要參數的設置。配合PLC完成大廈暖通系統的自動控制。組態王監控主畫面如圖4所示。

5 結束語

西門子S7-200 SMART PLC在該大廈暖通自動控制系統中的應用，使各被控量得到有效的監控，實現了機組設備之間的有序投入切換，上位機組態畫面對相關參數實時監控和記錄，以動態方式顯示大廈暖通系統運行狀態。該大廈暖通自控系統交付運行后能很好地滿足控制工藝要求，運行可靠。

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