PLC在熱泵機組出廠測試平臺系統中的應用

摘要：本文介紹了西門子S7-200 SMART系列PLC在熱泵機組出廠測試平臺系統中的應用，簡要描述了該系統的構成、工作原理和控制過程。

關鍵詞：熱泵機組;PLC;控制系統;RS485通訊

1 引言

當前熱泵機組出廠檢測時，沒有專用的檢測平臺，工藝水平落后，數據記錄和保存均由操作人員手動操作，不能滿足實時性和準確性。按現代化生產要求，將機組開機、水泵聯動、水箱低溫加熱以及機組運行狀況等功能集合在一個操作平臺上，運用工業組態技術，以達到提高工藝檢測水平，減少人員工作強度，提高生產效率，進一步規范現場管理的要求。

2 系統概述及主要設備構成

2.1 系統概述

安裝一套控制臺，控制臺盤面安裝觸摸屏和控制機組、水泵和電加熱裝置的按鈕。操作人員根據工藝要求，將待測機組型號等信息錄入至觸摸屏，控制系統會依據錄入的信息自動檢索該機組檢測的合格標準，此時根據測試要求操作人員會分別啟動機組相應的模式（制冷模式、制熱模式和熱回收模式）進行運行，需要檢測的數據會實時顯示在觸摸屏和工控機上，檢測過程中操作人員根據實時數據隨時查看并保存相應的數據，控制系統會根據保存下來的數據進行合格與不合格的判定。

2.2 控制系統和檢測元件

控制系統由西門子S7-200SMART系列可編程控制器和低壓電器設備等構成，其中PLC由一個CPU模塊（SR30）、一個RS485通訊模塊（SB CM01）、一個模擬量輸入模塊（EM AE08）和一個熱電阻輸入模塊（EM AR04）組成;低壓電器根據用電設備的功率選擇正泰品牌的塑殼斷路器、小型斷路器、接觸器和熱繼電器等;用一臺威綸通觸摸屏和一套研華工控機共同完成機組操作及數據查詢、存儲和打印工作。

檢測元件包括電磁流量計、液位計、PT100和三相多功能電力儀表。

2.3 編程及組態軟件

操作系統采用Windows 10中文系統;編程軟件采用西門子STEP7-MicroWIN SMART;工控機監控軟件采用西門子WinCCV7.4;觸摸屏監控軟件采用威綸通EBproV6.02。其中觸摸屏用于操作人員對待測機組參數的設定;工控機用于數據的存儲、查詢和報表打印等功能。

2.4 通訊方式

觸摸屏與S7-200 SMART通過RS485通訊; S7-200 SMART與工控機采用以太網方式通訊;熱泵機組手操器、電磁流量計和三相多功能電力儀表與S7-200 SMART均通過RS485通訊。

3 檢測項目及過程

3.1 控制系統檢測及顯示項目

三相電壓（V）、三相電流（A）、三相功率（kw）、總功率（KW）、水箱溫度（℃）、水箱液位（m）、制冷量（KW）、制熱量（KW）、水泵1水流量（m?/h）、水泵2水流量（m?/h）、進水溫度（℃）、出水溫度（℃）、制冷能效比（ERR）、制熱能效比（COP）等，其中電壓、電流和功率數據由三相多功能電力儀表通過CPU自帶的RS485通訊接口讀取;水箱溫度、水箱液位、制冷量、制熱量、水泵1、2流量和進出水溫度數據由電磁流量計通過CPU自帶的RS485通訊接口讀取;液位變送器和溫度傳感器檢測輸出，ERR（制冷量/總功率）和COP（制熱量/總功率）為計算得出。

3.2 手操器檢測及顯示項目

熱泵機組為獨立的設備，用其連接的手操器進行操作。吸氣溫度、排氣溫度、環境溫度、吸氣壓力、排氣壓力、吸氣飽和溫度、過熱度等監測參數均通過SB CM01通訊模塊直接從手操器中讀取。

3.3 檢測步驟

（1）將控制臺電源線及通訊線接到待檢測機組上。

（2）由操作人員在觸摸屏上打開測試軟件，彈出對話框，輸入員工號和密碼，進入操作界面。

（3）在操作界面中，選擇機組型號，輸入機組型號和制造編碼，單擊確認后，控制臺可進行具體操作;

（4）控制臺進行自檢，首先檢測機組是否有報警，此報警為機組手操器所傳輸過來的報警，其次檢測其他功能表所傳過來的信號是否正常，電壓、電流、功率信號，水箱液位信號，水箱溫度信號，流量、熱量、進/出水溫度，如有報警，觸摸屏上會顯示相應的報警。根據所輸入的機型，選擇操作界面，共三種機型，兩種界面。界面由機組、水泵、水箱、管路、流量計、進/出口溫度、水箱液位、水箱溫度、補水閥門及排水閥門組成，

（5）在操作界面中有制冷模式、制熱模式、熱回收模式、機組參數、報警參數、數據保存、曲線圖等選項。

（6）單擊制冷模式，進入制冷模式操作界面，單擊啟動，水泵運轉，檢測流量是否在所測機組流量范圍內（如20m?/h～25m?/h，共三種機型，三個流量區間范圍），機組運行，顯示運行參數，運行穩定后，單擊數據保存，此刻運行數據保存到數據庫，以便提取數據到最后所生成的表格中，點擊停止，機組停機，水泵停止運轉，制冷模式完成。在運行過程中，流程圖中有明確的水流動方向顯示及高低溫顏色區分。

（7）單擊制熱模式，進入制熱模式界面，重復制冷模式的操作及控制。

（8）熱回收模式同上，其中熱回收模式的界面中有兩組水泵，且兩組水泵同時開啟、同時關閉。

（9）測試完成后，操作人員在工控機上進行表格輸出操作。

3.4 保護措施

（1）水箱溫度過低保護：當水箱溫度低于設定溫度時（暫定4℃），開啟電加熱（10 KW），當水箱溫度到10℃時，關閉電加熱。

（2）水箱液位保護：當水箱液位低于最低設定值或高于最高設定值時，控制臺提示報警，操作人員根據報警內容進行補水或排水。

（3）流量計保護：水流量低于最小流量或高于最大流量時，控制臺提示報警，操作人員根據報警內容開關水泵出口蝶閥。

4 結束語

本系統已經投入運行，在結構上相對簡約，且操作簡便，易于實現，在滿足工藝要求的基礎上有效地提高了勞動生產率，改善了操作人員的工作環境，減輕了操作人員的勞動強度，因此具有很好的操作性和使用性，在本行業及其它相關行業具有很高的推廣價值。

參考文獻

1 韓相爭，西門子S7-200 SMART PLC 編程技巧與案例，化學工業出版社，2017

2 李建平 甄立東，西門子WinCCV7.4基礎與應用 第2版，機械工業出版社，2019

3 基于Modbus協議的工業自動化網絡規范，中國標準出版社，2008

作者簡介

田春杰，男，1982年生，工程師，現從事自動化控制系統設計與應用工作。