基于WinCC的模塊式空調(diào)機控制仿真系統(tǒng)

尤志強

【摘 要】本設(shè)計是仿真模塊式空調(diào)機的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的基本工藝流程是：通過溫度傳感器對室內(nèi)外的溫度進行檢測，設(shè)定溫度與室內(nèi)溫度進行比較，確定空調(diào)加熱還是制冷。利用四通閥、熱交換器、壓縮機進行溫度調(diào)節(jié)。

【關(guān)鍵詞】空調(diào)機；溫度；傳感器

【Abstract】This design is simulating modular air conditioner control system，the basic process of the system is： measure the temperature of exterior and interior used to text by the temperature sensor，setting a temperature compare with the interior temperature， then determine the air conditioner is heating or cooling， in the end adjust the temperature by four-way valves，switches，and compressors.

【Key words】Air conditioner； Temperature； Sensor

0 引言

由于智能建筑的迅猛發(fā)展，并且已成為21世紀建筑業(yè)的發(fā)展主流，而空調(diào)系統(tǒng)則是此類建筑中自動化方面的一個重要組成部分，因此在各個行業(yè)、部門中都得到了廣泛的應(yīng)用。在空調(diào)系統(tǒng)中，通過對空氣的凈化處理，使其溫度、濕度、清潔度等參數(shù)滿足人們設(shè)定的指標，適應(yīng)人們生產(chǎn)和生活的需要。但是由于空調(diào)對能源的消耗很大，所以設(shè)計一個既能滿足人們的需要又能以最小的能耗運行的空調(diào)是當今制造也的理念。本文主要介紹一種基于wincc的模塊式空調(diào)機控制系統(tǒng)。

1 空調(diào)控制系統(tǒng)介紹

空調(diào)是空氣調(diào)節(jié)的簡稱，是一種保持室內(nèi)空氣某種條件的技術(shù)，空氣條件的指標包含溫度、濕度、新鮮度、流動速度和清潔度等參數(shù)。根據(jù)空調(diào)服務(wù)對象點的不同可分為兩種：一種，是舒適性空調(diào)，這類空調(diào)的作用是制造室內(nèi)良好的空氣質(zhì)量，以滿足人類生活的需要；一種，是工藝空調(diào)，這類空調(diào)的作用是維持室內(nèi)的空氣質(zhì)量保持在一定水平上，以滿足科研、生產(chǎn)等工業(yè)過程的要求。最常用的空調(diào)方式是通過空調(diào)系統(tǒng)將具有一定溫度和濕度條件的空氣送入室內(nèi)，以維持室內(nèi)的空氣條件，同時將室內(nèi)的空氣送到室外，以此進行空氣交換，完成空調(diào)的作用。采用運用先進的PLC和網(wǎng)絡(luò)總線通信技術(shù)，實現(xiàn)了溫濕度的自動控制。在上位機可設(shè)置溫濕度，設(shè)定數(shù)據(jù)方便。上位機全部采用中文菜單式處理流程以及圖形化按鍵操作方式，操作簡單。系統(tǒng)故障診斷能力提高。人機接口豐富的故障報警功能能準確記錄故障發(fā)生的時間及類型，以便日后對設(shè)備故障進行綜合分析，同時也方便維修人員及時準確發(fā)現(xiàn)故障，縮短故障診斷時間。

2 工作原理

空調(diào)分為制冷和制熱兩個過程。首先是制冷過程：制冷時壓縮機高壓出口經(jīng)過四通閥1-2到熱交換器進行熱交換，使過熱蒸汽逐漸變成飽和蒸汽，進而變成飽和液體或過冷液體。通過毛細管節(jié)流降壓后的制冷劑液體

（混有飽和蒸汽）-到室外機截止閥（也稱高壓閥）進入室內(nèi)機熱交換器（蒸發(fā)器），從周圍介質(zhì)吸熱蒸發(fā)成氣體，實現(xiàn)制冷。在蒸發(fā)過程中，制冷劑的溫度和壓力保持不變。從蒸發(fā)器出來的制冷劑已成為干飽和蒸汽或稍有過熱度的過熱蒸汽了。物質(zhì)由液態(tài)變成氣態(tài)時要吸熱，這就是空調(diào)制冷。 室內(nèi)機回氣：回氣管到室外機經(jīng)由截止閥（也稱低壓閥或維修閥）進入消音器—四通閥4-3到壓縮機低壓回氣側(cè)完成制冷循環(huán)。

制熱過程：制熱時四通閥開閉狀態(tài)與制冷是正好相反，流經(jīng)的順序是：壓縮機高壓出口經(jīng)四通閥1-4到消音器-截止閥（也稱低壓閥或維修閥）-室內(nèi)機熱交換器-回到室外機截止閥（也稱高壓閥）-毛細管-熱交換器-四通閥2-3到儲液器-壓縮機低壓側(cè)。室外機的熱交換器上的溫度傳感器（熱敏電阻）用于制冷時檢測熱交換器的管道溫度，如果溫度異常升高則可計算出管道壓力，進而把溫度異常信號送給控制板。

室外機的室外溫度傳感器（熱敏電阻）主要用來檢測室外環(huán)境溫度。室內(nèi)機熱交換器溫度傳感器（熱敏電阻）檢測熱交換器溫度，如制冷或制熱時在一定時間內(nèi)熱交換器溫度達不到所規(guī)定的管溫，傳感器會把不正常信號送給控制板進行分析，例如系統(tǒng)內(nèi)制冷劑不足或無制冷劑，室內(nèi)機管溫就不正常，傳感器會把不正常信號送給控制板，控制板做出停處理，進而保護壓縮機，避免壓縮機長時間高溫運轉(zhuǎn)。因為壓縮機長時間高溫是極有可能被燒毀的。

空調(diào)工作系統(tǒng)中一個極為重要的部件就是四通閥，四通閥不同于普通直動式電磁閥，它必須在一定壓力下才能正常工作，四通閥由三個部分組成：先導(dǎo)閥，主閥和電磁線圈， 電磁線圈可以拆卸，先導(dǎo)閥與主閥焊接成一體。當電磁閥線圈處于斷電狀態(tài)，先導(dǎo)滑閥在右側(cè)壓縮彈簧驅(qū)動下左移，高壓氣體進入毛細管后進入右端活塞腔，另一方面，左端活塞腔的氣體排出，由于活塞兩端存在壓差，活塞及主滑閥左移，使排氣管（S管）與室外機接管（C管）相通，另兩根接管相通，形成制冷循環(huán)。當電磁閥線圈處于通電狀態(tài)，先導(dǎo)滑閥在電磁線圈產(chǎn)生的磁力作用下克服壓縮彈簧的張力而右移，高壓氣體進入毛細管后進入左端活塞腔，另一方面，右端活塞腔的氣體排出，由于活塞兩端存在壓差，活塞及主滑閥右移，使排氣管（S管）與室內(nèi)機接管（E管）相通，另兩根接管相通，形成制熱循環(huán)。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)的設(shè)計分為下位機程序設(shè)計和wincc控制畫面的設(shè)計，下位機使用梯形圖進行編寫，結(jié)合硬件可以實現(xiàn)溫度的檢測與調(diào)節(jié)，首先根據(jù)按下開始按鈕，空調(diào)各執(zhí)行單位進入準備工作狀態(tài)，溫度檢測以及熱交換模塊，壓縮機、四通閥、貫流風扇的啟動，通過室熱敏電阻判斷室外溫是否達到零點，如達到零點則打開電熱絲輔助制熱，增加熱效率。通過設(shè)置溫度與室內(nèi)溫度的比對，來進行空調(diào)工作方式的選擇，通過控制四通閥的閉合，選擇不通的工作流程，進行制熱或制冷。

上位機通過仿真畫面可以實時反應(yīng)空調(diào)的工作進程，工作部件的狀態(tài)，畫面直觀真實，可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)的精確溫度測量和高精度高靈敏度的數(shù)字化調(diào)節(jié)控制。通過變量記錄，報警，用戶歸檔等可以使維護人員方便及時的了解系統(tǒng)工作狀態(tài)，排除故障。本系統(tǒng)自動化程度高，操作人員僅僅需要設(shè)置所需溫度，系統(tǒng)就可以自動運行。

4 WinCC與PLCSIM的連接

采用wincc與plcsim聯(lián)合的形式進行模擬仿真，西門子的WinCC組態(tài)軟件和Step7、S7-PLCSIM是相互兼容的，在同一計算機中運行WinCC和S7-PLCSIM可以保持一定的數(shù)據(jù)通訊，就像上位機的WinCC軟件與硬件PLC通訊一樣。在保持S7-PLCSIM運行的同時，我們運行該項目對應(yīng)的上位機程序（WinCC程序），在其中可以像實際監(jiān)控操作那樣開關(guān)閥門、修改參數(shù)、查看運行數(shù)據(jù)和曲線等。

首先，啟動WinCC并創(chuàng)建一個新項目。在WinCC中添加“SMATIC S7 PROTOCOL SUITE”到變量管理器。在PROFIBUS下添加一個名為“PLC2”的新連接。右擊“PLC2”→選擇“屬性”→打來“連接屬性”窗口→點擊“屬性”按鈕→打來“連接參數(shù)”標簽。在“連接”標簽中指定PLC的DP地址和已在STEP7中組態(tài)好的CPU的插槽號，打開WinCC選擇MPI通訊模式，右鍵選擇系統(tǒng)參數(shù)，單元把其邏輯設(shè)備名稱更改為PLCSIM（MPI）具體連接如下：

（1）打開STEP7并打開工程項目。

（2）打開PLCSIM（開始>SIMATIC>STEP7>S7-PLCSIM）。

（3）在PLCSIM中新建PLC。

（4）下載PLC，并打開監(jiān)控。

（5）打開WinCC并激活工程。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)是基于wincc的模塊式空調(diào)機控制系統(tǒng)，可以根據(jù)實際需要溫度進行自動調(diào)節(jié)。實現(xiàn)了溫度調(diào)節(jié)靈敏，降低能耗，還可以延長硬件的使用壽命。本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)存儲方面還能有進一步的擴展性，如將系統(tǒng)數(shù)據(jù)可直接以Excel的形式存儲如計算機硬盤中，加入水循環(huán)系統(tǒng)，加濕，凈化空氣等系統(tǒng)，但是由于時間關(guān)系，還沒有實施到本系統(tǒng)中，這有待于以后的學習和研究。

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[責任編輯：楊玉潔]