一、概述
    在商用制冷系統(tǒng)中壓縮機的控制大都采用機械式控制,眾所周知,機械式控制存在著許多不足,如:體積龐大,接線麻煩,不易維護,同時控制精度差,致使制冷系統(tǒng)中制冷劑的壓力波動太大,造成制冷效果差,冷藏食品解凍受損,給用戶造成巨大的經(jīng)濟損失。
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技術(shù)頻道

三菱PLC、HMI在商用制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用

一、概述
在商用制冷系統(tǒng)中壓縮機的控制大都采用機械式控制,眾所周知,機械式控制存在著許多不足,如:體積龐大,接線麻煩,不易維護,同時控制精度差,致使制冷系統(tǒng)中制冷劑的壓力波動太大,造成制冷效果差,冷藏食品解凍受損,給用戶造成巨大的經(jīng)濟損失。
近年來市場上也出現(xiàn)了一些采用單片機,工控機控制的控制器。但是,采用單片機開發(fā)的控制器由于抗干擾能力差,人機界面不夠友好,操作繁瑣,給用戶帶來了很多麻煩,所以,也沒有得到普及。而采用工控機控制的控制器由于大多是國外引進的產(chǎn)品,全英文界面,不僅操作繁瑣,而且價格昂貴,大多數(shù)用戶不能接受。因而也得不到推廣,本文介紹的控制器正好填補了這一空白。它不僅體積小,接線簡單,人機界面友好,維護方便;同時控制精度高,運行可靠,使制冷系統(tǒng)中制冷劑的壓力波動很小,制冷效果好,冷藏品得到了很好的保護;最近用于冷鏈中廣泛使用的并聯(lián)機組,對冷量變化的精確調(diào)節(jié)和壓縮機運行壽命的均勻調(diào)節(jié),非常適合并聯(lián)機組的實際使用情況;并且,價格適中,因而受到了廣大用戶的普遍歡迎。五年來全國累計四十多套投入運行,運行情況良好。
二、系統(tǒng)的控制原理
本控制器主機采用三菱公司的PLC,型號為:FX2N—48MR,數(shù)據(jù)采集部分采用三菱公司的數(shù)據(jù)采集模塊,型號為:FX2N—4A/D,現(xiàn)場監(jiān)視的人機界面采用三菱公司的圖形操作終端,型號為:F940GOT。同時,由主機,調(diào)制解調(diào)器,公用電話網(wǎng),計算機,SCADA軟件組成遠程監(jiān)控系統(tǒng)。
系統(tǒng)的工作原理:首先,通過FX2N—4A/D采集系統(tǒng)壓力,電壓,溫度以及設(shè)備的保護等信號,并對模擬信號進行數(shù)字濾波,抗干擾濾波,然后進行模擬量的量化和標度變換,與設(shè)定參數(shù)進行比較判斷,根據(jù)比較結(jié)果和保護信號控制壓縮機的啟動與停止。當需要開機時,首先,根據(jù)所有壓縮機的開機時間,判斷哪一臺壓縮機開機時間最短,然后,判斷其保護信號是否正常?如果正常,則開機,否則判斷下一臺壓縮機,……直到最后一臺。反之,當需要停機時,首先根據(jù)所有壓縮機的開機時間判斷哪一臺壓縮機開機時間最長,然后,輸出停機控制信號。
正常工作情況下,任何一臺壓縮機的保護信號出現(xiàn)故障,主機一旦檢測到故障信號,立即輸出停機信號,停止相對應(yīng)的壓縮機,并發(fā)出報警信號,告訴值班人員系統(tǒng)出現(xiàn)故障,需要人工監(jiān)視。同時,主機一旦檢測到故障的恢復(fù)信號,也會立即輸出開機信號,啟動相對應(yīng)的壓縮機。
F940GOT是人機接口圖形操作終端,通過它可以輸入系統(tǒng)運行參數(shù),可以手動操作,例如:手動啟動或停止壓縮機等等。它可以顯示系統(tǒng)運行的各種參數(shù)及系統(tǒng)運行的各種狀態(tài)。另外,壓縮機的各種保護信號可以通過主機的開關(guān)量輸入端輸入PLC作為壓縮機的開機條件。安裝了SCADA軟件的計算機通過調(diào)制解調(diào)器,公用電話網(wǎng)與PLC 連接,可以實時讀取系統(tǒng)運行參數(shù)及設(shè)備運行狀態(tài)從而進行實時的遠程監(jiān)控。采用本系統(tǒng)可以預(yù)防系統(tǒng)即將出現(xiàn)的故障,并及時采取補救措施,從而為客戶挽回不必要的經(jīng)濟損失。
三、系統(tǒng)的硬件框圖

輸入部分:輸入部分包括模擬信號輸入和開關(guān)信號輸入兩部分組成。
模擬信號包括:安裝在吸氣集管上的吸氣壓力傳感器(0~200PSIG),和安裝在排氣集管上的排氣壓力傳感器(0~500PSIG)和溫度傳感器。還有監(jiān)視系統(tǒng)供電電壓的電壓傳感器。
開關(guān)信號包括:安裝在壓縮機上的電子熱保護(溫度探頭安裝在電機繞組內(nèi)),安裝在壓縮機吸氣側(cè)的低壓開關(guān),安裝在壓縮機排氣側(cè)的高壓開關(guān),油位控制器,油壓差控制器. 電子熱保護根據(jù)安裝在電機繞組內(nèi)的溫度探頭感知的繞組溫度的高低,發(fā)出一個開關(guān)信號,當溫度高于設(shè)定值時斷開控制回路,反之則接通控制回路,主要防止因繞組溫度過高而導(dǎo)致的壓縮機故障。安裝在壓縮機吸氣側(cè)的低壓開關(guān)主要用于:當系統(tǒng)進入機械后備狀態(tài)時,根據(jù)吸氣壓力的高低來控制壓縮機的開/停。安裝在壓縮機排氣側(cè)的高壓開關(guān)則用于:當排氣壓力超過上限設(shè)定值時斷開控制回路,停止壓縮機的運行,防止由于排氣壓力過高而造成的壓縮機故障。油位控制器:當壓縮機的瑞滑油供應(yīng)不上時(系統(tǒng)油位低于某一設(shè)定值時)斷開控制回路,停止壓縮機的運行,可以有效防止壓縮機因缺油干磨導(dǎo)致的損壞。油壓差控制器.用于監(jiān)測半封閉壓縮機高低壓腔油壓差,當油壓差太小時將出現(xiàn)潤滑油供應(yīng)不上,影響壓縮機的潤滑,將導(dǎo)致壓縮機干磨。還有監(jiān)視系統(tǒng)供電電源的相序保護器。
輸出部分:通過中間繼電器控制壓縮機和報警。
另外:一方面,主機通過RS 422接口與觸模屏(圖形操作終端F940GOT)連接,觸模屏作為一種人機接口,可以通過它進行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定,系統(tǒng)運行工況的監(jiān)視等等。另一方面,主機通過RS 232接口與調(diào)制解調(diào)器連接,通過公用電話網(wǎng),把系統(tǒng)參數(shù),系統(tǒng)運行工況傳送到遠方的計算機以便于進行遠程的監(jiān)控和遠程維護。
四、控制軟件的編制思路
在控制軟件編制之前,首先要搞清楚影響壓縮機運行的各種因素,以及各種因素本身的特性和它們之間的相互關(guān)系,結(jié)合本控制器,影響壓縮機運行的各種因素如下:
系統(tǒng)的吸氣壓力
系統(tǒng)的供電電壓
三相電源的相序保護
壓縮機的電子熱保護
壓縮機的低壓開關(guān)
壓縮機的高壓開關(guān)
壓縮機的油位控制器
壓縮機的油壓差控制器
正常情況下,在設(shè)備安裝完畢后首先應(yīng)校正三相電源的相序,保證三相電源的相序是正確的;系統(tǒng)的供電電壓應(yīng)處于正常范圍內(nèi)(線電壓為交流380V±15%)。當壓縮機的電子熱保護探測到的繞組溫度正常,壓縮機的排氣壓力低于設(shè)定值,壓縮機的油位正常,壓縮機的油壓差控制在必要的范圍內(nèi),此時當系統(tǒng)的吸氣壓力高于設(shè)定值時,壓縮機即可以開機運行。
在設(shè)備運行過程中,三相電源的相序是不變的,當系統(tǒng)的供電電壓超出正常范圍(線電壓為交流380V±15%)時,控制器將發(fā)出電壓故障報警信號,同時,將停止所有正在運行的壓縮機,提醒值班人員檢查系統(tǒng)電源供電情況,直到解除故障。
在設(shè)備運行過程中,無論壓縮機的電子熱保護,壓縮機的高壓開關(guān),壓縮機的油位控制器,壓縮機的油壓差控制器那一個出現(xiàn)故障,都可以隨時停止相應(yīng)的壓縮機;當故障解除后,相應(yīng)的壓縮機即可根據(jù)控制器的需要隨時投入運行。
壓縮機的低壓開關(guān)主要用于機械后備。當主控制器故障時將讓出控制權(quán),由壓縮機的低壓開關(guān)控制系統(tǒng)繼續(xù)運行,以保持制冷系統(tǒng)正常工作,避免因主控制器故障而導(dǎo)致整個制冷系統(tǒng)停止工作。

五、人機界面的設(shè)計
人機界面采用三菱公司的圖形操作終端:F940GOT—LWD。在進行人機界面的畫面設(shè)計之前應(yīng)該了解系統(tǒng)要監(jiān)視和操作的內(nèi)容,這里我們要監(jiān)視系統(tǒng)的吸氣壓力,壓縮機的運行狀況(即目前壓縮機是運行狀態(tài)還是停機狀態(tài),自動運行狀態(tài)還是強制運行狀態(tài)),系統(tǒng)電源電壓,各臺壓縮機運行時間等等。另外,還要設(shè)計運行參數(shù)設(shè)置的畫面和手動操作的畫面,以及系統(tǒng)故障后的報警畫面和報警解除畫面,報警記錄和運行記錄的清除畫面。
在主菜單畫面中,顯示了系統(tǒng)操作的一級菜單,它包括廠商信息,運行顯示,運行記錄,報警記錄,參數(shù)設(shè)置,系統(tǒng)維護等畫面。
在廠商信息畫面中,記錄了本軟件的研發(fā)背景和公司的簡單介紹。
在運行顯示畫面中,可以監(jiān)視系統(tǒng)的吸氣壓力,壓縮機的運行工況,系統(tǒng)電源電壓及系統(tǒng)時間,日期,還可以顯示系統(tǒng)目前是自動運行狀態(tài)還是強制運行狀態(tài)。
在運行記錄畫面中,記錄了低溫系統(tǒng)和中溫系統(tǒng)中各臺壓縮機詳細的運行時間和本記錄開始時間。本記錄開始時間以 年,月,日,時,分,的形式顯示,壓縮機的運行時間以 時,分,的形式顯示。
在報警記錄畫面中,記錄了報警的歷史記錄和當前正在進行的報警,以及各種報警的頻率和報警提示信號,在此畫面中可以解除正在進行的報警的音響信號。
在參數(shù)設(shè)置畫面中,可以對系統(tǒng)運行的基本參數(shù)進行設(shè)置,它包括調(diào)試階段部報警的時間,壓力和電壓報警的延時時間 ,故障判斷時間,壓縮機的開機間隔時間;壓縮機的臺數(shù),系統(tǒng)壓力設(shè)定點,系統(tǒng)壓力波動范圍和壓力上下限報警設(shè)定值等等。
在系統(tǒng)維護畫面中,可以對系統(tǒng)運行進行人工干預(yù)(強制操作),可以強制開啟某一臺壓縮機,或者強制停止某一臺壓縮機;在系統(tǒng)維護畫面中,還可以對系統(tǒng)運行記錄和報警記錄進行清除操作。在此畫面中為了防止誤操作,特意設(shè)置了防誤程序。另外,還設(shè)計了三級密碼,用以限制用戶的越級操作。
由于本軟件采用中文界面,語言簡潔,操作簡單方便,因此受到了廣大用戶的好評。
六、SCADA監(jiān)控軟件的設(shè)計
監(jiān)控軟件的設(shè)計有二種方案:一種是通過RS485與主機連接實現(xiàn)設(shè)備的當?shù)乇O(jiān)控,另一種是通過調(diào)制解調(diào)器(MODEM),公用電話網(wǎng),調(diào)制解調(diào)器(MODEM)與主機連接實現(xiàn)設(shè)備的遠程監(jiān)控。當?shù)乇O(jiān)控主要用于用戶的日常監(jiān)控,遠程監(jiān)控主要用于設(shè)備隱患的預(yù)防和設(shè)備故障的快速定位及修復(fù)。監(jiān)控畫面的設(shè)計與人機界面的設(shè)計類似。用全中文共控組態(tài)軟件MCGS做開發(fā)平臺。
七、結(jié)束語
本文旨在探討和研究用PLC, 觸模屏,計算機構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通訊和商用制冷系統(tǒng)的監(jiān)視與控制方案,為同類系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)提供了一種方便,快捷的工程組態(tài)方案。

文章版權(quán)歸西部工控xbgk所有,未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載。

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