基于PLC改造制冷機組電氣控制系統(tǒng)分析

陳澤科 孫為剛

摘要：現(xiàn)階段，制冷機組被廣泛應(yīng)用在于工業(yè)、商業(yè)、家用電器等方面，傳統(tǒng)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(tǒng)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(shù)的改造方案。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);制冷機組;電氣控制;控制效果

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制冷機組的技術(shù)水平不斷提高，應(yīng)用范圍也逐漸擴大，在實際應(yīng)用過程中，制冷機組的運行狀態(tài)、運行效果都會對日常生產(chǎn)活動產(chǎn)生直接的影響。在不同的應(yīng)用環(huán)境中，制冷機組采用的電氣控制系統(tǒng)各不相同，縱觀大部分電氣控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，電氣控制效果并不理想，需要進行進一步優(yōu)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(tǒng)在實際應(yīng)用過程中，輔助設(shè)備、主壓縮機、節(jié)流閥、保護裝置等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，控制系統(tǒng)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(shè)計PLC技術(shù)硬件系統(tǒng)過程中，先要明確機組的主要設(shè)備，以及機組工藝，隨著制冷機組型號的不斷更新，電氣設(shè)備數(shù)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(shù)：水溫、油壓、排氣壓、油過濾器、吸氣壓力、保護功能。結(jié)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(tǒng)對制冷機、水泵、閥門等各方面進行集中控制，實現(xiàn)現(xiàn)場所有設(shè)備的智能化管理。

1.2 電氣控制硬件設(shè)計內(nèi)容

（1）控制網(wǎng)絡(luò)。采用ProfiNet現(xiàn)場總線的通訊結(jié)構(gòu)，可以提高整個控制網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度，這種現(xiàn)場總線的通訊結(jié)構(gòu)非常簡單，穩(wěn)定性較強，尤其是和PLC技術(shù)相結(jié)合，可以有效提高網(wǎng)絡(luò)控制質(zhì)量。根據(jù)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(tǒng)需要監(jiān)控的設(shè)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(xiàn)場總線技術(shù)是最為合適的，控制網(wǎng)絡(luò)情況如圖1所示：

（2）主從站PLC技術(shù)。主站PLC技術(shù)在實際應(yīng)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(shè)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(yè)控制計算機選擇了國產(chǎn)研華工控機，借助工控機安裝相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)適配器，讓其和主站共同組成相應(yīng)監(jiān)控設(shè)備，并且設(shè)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(tǒng)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(yīng)用過程中，可以用于水泵、風機類負載的變頻驅(qū)動。需要注意的是變頻器的電流問題，要根據(jù)實際情況，科學(xué)計算水泵電動機、變頻器等方面的工藝參數(shù)，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(yīng)用的過程中，系統(tǒng)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(shù)的水泵，結(jié)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(shè)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(xiàn)，可以讓制冷量得到有效控制。但是在設(shè)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(shù)。根據(jù)計算得到生產(chǎn)車間的冷負荷量，通過數(shù)值之間的對比，配合運算補償，可以有效決定冷凍機的啟停控制，具體控制程序流程如圖2所示：

2.3 上位機軟件設(shè)計

上位機作為整個監(jiān)控系統(tǒng)中必不可少的組態(tài)軟件，加強對上位機軟件設(shè)計監(jiān)控是實現(xiàn)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(tài)軟件，確保其和S7-1500PLC之間實現(xiàn)高效連接，SIEMENS的Win CC組態(tài)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(tài)、編程、數(shù)據(jù)管理，而且在這種軟件下，操作畫面、控制畫面、監(jiān)視畫面、報警畫面、實時趨勢畫面等都可以直觀的體現(xiàn)在相應(yīng)的設(shè)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(tài)上看，水泵變頻的改造，讓電能得到有效的節(jié)約，制冷機組也可以更加穩(wěn)定可靠。

這種SIEMENS的Win CC組態(tài)軟件主要實現(xiàn)了以下幾種功能：第一，制冷機組監(jiān)視畫面，通過這個軟件可以從整體上完成監(jiān)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(shù)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(nèi)部每一個關(guān)鍵部位，保證制冷機可以安全穩(wěn)定的運行。除此之外，利用SIEMENS的Win CC組態(tài)軟件，還可以對歷史數(shù)據(jù)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(xiàn)出來。不僅如此，報警記錄畫面中能夠準確表現(xiàn)出故障的日期、時間、設(shè)備位置、故障時的信息用戶數(shù)據(jù)。

3 總結(jié)

綜上所述，基于PLC改造制冷機組電氣控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中，系統(tǒng)運行穩(wěn)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(yīng)用效果上看，改造后的電氣控制系統(tǒng)，發(fā)生故障的概率較低，維護保養(yǎng)工作也更加容易，抗干擾能力也在逐漸提高，值得推廣使用。

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（作者單位：廣州恒星制冷設(shè)備集團有限公司）