基于PLC改造制冷機組電氣控制系統分析

陳澤科 孫為剛

摘要：現階段，制冷機組被廣泛應用在于工業、商業、家用電器等方面，傳統多臺制冷機組及水泵在工作過程中，存在一定的不足，最主要的問題就是集中電氣控制方案，因此本文將傳統制冷機組中的控制方式改為PLC集中電氣控制方案?；谥评錂C組電氣控制的基本要求，從硬件和軟件兩個方面入手，分析PLC技術的改造方案。

關鍵詞：PLC技術;制冷機組;電氣控制;控制效果

隨著科學技術的發展，制冷機組的技術水平不斷提高，應用范圍也逐漸擴大，在實際應用過程中，制冷機組的運行狀態、運行效果都會對日常生產活動產生直接的影響。在不同的應用環境中，制冷機組采用的電氣控制系統各不相同，縱觀大部分電氣控制系統的工作狀態，電氣控制效果并不理想，需要進行進一步優化。

1 制冷機組電氣控制的硬件分析

1.1 制冷機組電氣控制要求

制冷機組的電氣控制系統在實際應用過程中，輔助設備、主壓縮機、節流閥、保護裝置等方面發揮著至關重要的作用，控制系統如果無法完成上述工作，那么制冷機組的工作效率也會受到影響。在設計PLC技術硬件系統過程中，先要明確機組的主要設備，以及機組工藝，隨著制冷機組型號的不斷更新，電氣設備數量也隨之增加，包括：壓縮機、水泵、冷卻塔、控制閥、電氣控制箱等。機組運行參數：水溫、油壓、排氣壓、油過濾器、吸氣壓力、保護功能。結合制冷機組的特點、工作原理、控制要求，本文采用S7-1500PLC控制系統對制冷機、水泵、閥門等各方面進行集中控制，實現現場所有設備的智能化管理。

1.2 電氣控制硬件設計內容

（1）控制網絡。采用ProfiNet現場總線的通訊結構，可以提高整個控制網絡的傳輸速度，這種現場總線的通訊結構非常簡單，穩定性較強，尤其是和PLC技術相結合，可以有效提高網絡控制質量。根據某卷煙廠制冷機組的實際情況，分析制冷機組電氣控制系統需要監控的設備，主要包括：制冷機、水泵電機、溫度、壓力、流量，因此在采用ProfiNet現場總線技術是最為合適的，控制網絡情況如圖1所示：

（2）主從站PLC技術。主站PLC技術在實際應用過程中，選用CPU1515支持多路通迅主站，這個主站PLC中包含兩個通信接口，可以滿足硬件方面的控制需求。而在PLC從站的設計上，一共安裝了五個模塊，分別控制著不同方面，以此從根本上提高控制性能。除此之外，上位工業控制計算機選擇了國產研華工控機，借助工控機安裝相應的網絡適配器，讓其和主站共同組成相應監控設備，并且設置了獨立的微處理器。

（3）變頻器的選型。除了上述兩個方面之外，改造后的電氣控制系統中包含了兩臺變頻器，分別控制冷卻水泵和冷凍水泵，本文選用了G120水泵專用型變頻器。這種變頻器在實際應用過程中，可以用于水泵、風機類負載的變頻驅動。需要注意的是變頻器的電流問題，要根據實際情況，科學計算水泵電動機、變頻器等方面的工藝參數，以某卷煙廠制冷機組為例，因為該制冷機組中使用的電機均為：132kW的普通電機，且該電機的額定電流為246A，選擇電動機額定輸出功率132kW，額定電流最大值為250A的變頻器。

2 制冷機組電氣控制的軟件分析

2.1 冷卻水泵和冷凍水泵的控制

以某卷煙廠中制冷機組為例，在實際應用的過程中，系統中包含了冷凍水泵、冷卻水泵各7臺，在上文中可知本文采用了兩臺變頻器分別控制冷凍水泵和冷卻水泵。借助變頻器啟動不同臺數的水泵，結合“一拖多”、“先啟先停、先停先啟”的控制原則，以此避免水泵頻繁的起停，同時還可以讓每個泵的運行時間基本相同，以此提高設備的綜合利用率，降低維修費用。

2.2 冷凍機組自動控制程序分析

在該制冷機組中含有4臺螺桿式制冷機，制冷機組的自動控制程序的實現，可以讓制冷量得到有效控制。但是在設計自動化控制程序的過程中，先要明確供冷量具體需求，主要涉及制冷機組、水量、載體的比熱、需求冷凍水溫、需求負荷變化等參數。根據計算得到生產車間的冷負荷量，通過數值之間的對比，配合運算補償，可以有效決定冷凍機的啟?？刂疲唧w控制程序流程如圖2所示：

2.3 上位機軟件設計

上位機作為整個監控系統中必不可少的組態軟件，加強對上位機軟件設計監控是實現制冷機組自動化電氣控制的重要方式。本文采用SIEMENS的Win CC組態軟件，確保其和S7-1500PLC之間實現高效連接，SIEMENS的Win CC組態軟件可以和多種自動化控制軟件集合在一起。用戶可以在界面下進行組態、編程、數據管理，而且在這種軟件下，操作畫面、控制畫面、監視畫面、報警畫面、實時趨勢畫面等都可以直觀的體現在相應的設備上，工作效率也可以得到根本上的提高。從實際運行的狀態上看，水泵變頻的改造，讓電能得到有效的節約，制冷機組也可以更加穩定可靠。

這種SIEMENS的Win CC組態軟件主要實現了以下幾種功能：第一，制冷機組監視畫面，通過這個軟件可以從整體上完成監視工作，畫面直觀、逼真，包括：制冷機、冷凍泵、冷卻塔、蒸汽管道、水路管道、冷卻水池。第二，全部的制冷機運行參數也可以在這個軟件中可以查看，透過這個軟件可以直觀看到制冷機內部每一個關鍵部位，保證制冷機可以安全穩定的運行。除此之外，利用SIEMENS的Win CC組態軟件，還可以對歷史數據進行收集處理，形成歷史曲線畫面，實時趨勢也可以借助這種方式體現出來。不僅如此，報警記錄畫面中能夠準確表現出故障的日期、時間、設備位置、故障時的信息用戶數據。

3 總結

綜上所述，基于PLC改造制冷機組電氣控制系統在實際應用過程中，系統運行穩定、安全可靠、自動化程度較高且操作便捷，從根本上減輕了工人的勞動強度。不僅如此，從實際應用效果上看，改造后的電氣控制系統，發生故障的概率較低，維護保養工作也更加容易，抗干擾能力也在逐漸提高，值得推廣使用。

參考文獻：

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（作者單位：廣州恒星制冷設備集團有限公司）