PLC在舒適性空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

格力電器（武漢）有限公司 湖北武漢 430056

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源枯竭問題日益突出，節(jié)能成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑能耗占到我國社會(huì)能源總消耗量中的30%，其中空調(diào)系統(tǒng)能耗所占比例為50%～60%。因此，加強(qiáng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化節(jié)能研究對(duì)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展都具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

1 PLC的組成

PLC的組成可以歸納為六大模塊，其核心部分為微處理器。PLC的組成的第一大模塊為中央處理器，中央處理器的作用主要是用來對(duì)信號(hào)進(jìn)行收集，其程序的編制應(yīng)從用戶的需求出發(fā)，各個(gè)目標(biāo)指令的實(shí)現(xiàn)應(yīng)該根據(jù)所反饋的不同數(shù)據(jù)；數(shù)字與模擬輸入作為第二大模塊，其信號(hào)的收集可以有多個(gè)渠道，如電位器和變送器等。另一方面，關(guān)于對(duì)調(diào)節(jié)閥、變頻器、切斷閥、接觸器以及報(bào)警裝置的操作控制均可以根據(jù)數(shù)字與模擬輸出模塊來得以實(shí)現(xiàn)。第三大模塊則為電源，主要的任務(wù)有兩個(gè)：一為將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡樘峁┚€板的電源供應(yīng)；第四大模塊為通信模塊，它不僅能把PLC信息傳送中央處理系統(tǒng)，而且也是I/O接口和計(jì)算機(jī)設(shè)備的聯(lián)系紐帶，其主要工作是對(duì)遠(yuǎn)程的通信互聯(lián)工作負(fù)責(zé)。第五大模塊編程設(shè)備模塊，主要是下載和編寫程序，它是基于STEP7軟件，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，WINCC軟件的應(yīng)用使程序員更易修改和編程；第六，接口模塊可以為擴(kuò)展提供電源支持，同時(shí)還能夠有效擴(kuò)充PLC的存儲(chǔ)容量。

2 PLC在舒適性空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 溫度傳感器

溫度傳感器能感受溫度并以模擬量信號(hào)傳輸，分為熱電阻式和熱電偶式兩類，熱電阻又分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻。金屬熱電阻當(dāng)溫度升高1℃，其阻值增加0.4%～0.6%?？照{(diào)系統(tǒng)中常用熱電阻分度值為Pt100和Pt10的鉑電阻，其精度高，性能穩(wěn)定可靠，但是電阻溫度系數(shù)較小；或使用Cu50和Cu100的銅電阻，其電阻溫度系數(shù)較大，電阻值與溫度呈線性關(guān)系，價(jià)格便宜，但是電阻率低，易氧化。半導(dǎo)體熱敏電阻由金屬氧化物制成，當(dāng)溫度升高1℃其阻值減少3%～6%，可測量溫度-100～300℃，其電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，電阻率大，熱慣性小，結(jié)構(gòu)簡單，但是互換性差，呈非線性特性，穩(wěn)定性和可靠性不足。熱電偶式是由兩個(gè)不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成閉合回路，產(chǎn)生接觸電勢和溫差電勢，通過補(bǔ)償導(dǎo)線轉(zhuǎn)換后遠(yuǎn)距離傳輸，其性能穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好，體積小，響應(yīng)速度高，測溫技術(shù)與集成電路的發(fā)展將溫度傳感器、校正電路、變送電路等集成為電路芯片，常用的模擬集成溫度傳感器（如AD590）和數(shù)字集成溫度傳感器（如DS18B20）。

2.2 OPC技術(shù)

OPC(OLEforProcessControl，用于過程控制的OLE)指用于過程控制的對(duì)象鏈接與嵌入技術(shù)，能夠?yàn)楣I(yè)應(yīng)用程序之間提供高效信息集成和交互功能的組件模型接口。對(duì)于采用不同的控制軟件和協(xié)議的系統(tǒng)，OPC均能為不同的過程控制設(shè)備間提供可通信的接口，利用OPC這一優(yōu)勢，本文實(shí)現(xiàn)了MATLAB與組態(tài)軟件WINCC之間的通信。OPC的服務(wù)器對(duì)象分為服務(wù)器(Server)、組(Group)和數(shù)據(jù)項(xiàng)(Item)三類，層次間關(guān)系如圖1所示。服務(wù)器(Server)是組對(duì)象的容器，包含服務(wù)器對(duì)象的所有信息，能夠向OPC客戶端提供創(chuàng)建和操作組對(duì)象的功能；組(Group)為對(duì)象的容器，負(fù)責(zé)提供項(xiàng)的組織和管理機(jī)制。項(xiàng)(Item)表示具體的過程變量，也是數(shù)據(jù)讀寫的基本單位。

圖1 OPC服務(wù)器層次關(guān)系

2.3 空調(diào)制冷系統(tǒng)

（1）制冷設(shè)備的開停機(jī)順序，啟動(dòng)時(shí)應(yīng)為冷卻塔風(fēng)機(jī)→冷卻水泵→冷凍水泵→冷水機(jī)組，停機(jī)時(shí)應(yīng)為制冷壓縮機(jī)→冷凍水泵→冷卻塔風(fēng)機(jī)→冷卻水泵，要保證冷水機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)冷凝器散熱良好，蒸發(fā)壓力適中不結(jié)冰；（2）制冷系統(tǒng)各設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)，冷水機(jī)組必須在冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷卻水泵和冷凍水泵啟動(dòng)后開機(jī)，冷卻水泵開機(jī)后應(yīng)延時(shí)（1～3min）后再開啟冷水機(jī)組，冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷卻水泵和冷凍水泵出現(xiàn)故障停機(jī)后，冷水機(jī)組也應(yīng)停止工作；（3）制冷系統(tǒng)運(yùn)行切換，制冷系統(tǒng)常設(shè)置多臺(tái)冷水機(jī)組及對(duì)應(yīng)的泵，在不同負(fù)荷需要時(shí)可自動(dòng)或手動(dòng)組合多種系統(tǒng)容量；（4）對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)測，除各設(shè)備的手動(dòng)控制按鈕外，還需設(shè)置設(shè)備正常運(yùn)行及故障指示、報(bào)警，并檢測設(shè)備的電流和電壓的安全狀態(tài)；（5）冷水機(jī)組壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)采用星-三角啟動(dòng)，多機(jī)頭逐次啟動(dòng)，減輕電網(wǎng)沖擊；（6）冷水機(jī)組安全保護(hù)，冷水機(jī)組與冷凍水和冷卻水的溫度、壓力有關(guān)，與壓縮機(jī)吸氣、排氣的壓力、溫度有關(guān)，設(shè)置冷水低溫保護(hù)繼電器、供油溫度保護(hù)繼電器、壓縮機(jī)內(nèi)部高溫保護(hù)繼電器、壓縮機(jī)低壓壓力保護(hù)繼電器、壓縮機(jī)高壓壓力保護(hù)繼電器等進(jìn)行聯(lián)鎖控制，其任一出現(xiàn)故障觸點(diǎn)斷開后壓縮機(jī)自動(dòng)停機(jī)，機(jī)組本身應(yīng)具備該控制功能和通信功能。

2.4 流體輸配部分自控

空調(diào)水系統(tǒng)的控制分為定流量和變流量兩種，在變水量系統(tǒng)中隨空調(diào)末端負(fù)荷的變化所需水量也需變化，一般選擇供回水干管壓差作為控制參數(shù)，改變水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，再用壓差旁通閥和水泵變頻控制供水量，壓差旁通控制相對(duì)簡單，水泵變頻更加節(jié)能；定流量系統(tǒng)則是通過改變蒸發(fā)溫度和冷凝溫度來實(shí)現(xiàn)，水系統(tǒng)能耗占空調(diào)總能耗的15%～20%，機(jī)組和水泵的容量都較大。

3 結(jié)語

空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制要求末端傳感器和執(zhí)行器具有很高的控制精度、檢測精度和可靠性，如果出現(xiàn)故障，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)最終的控制效果產(chǎn)生很大的影響，因此優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)該配置完善的故障檢測和診斷系統(tǒng)，這是下一步需要開展的工作。