上海海夏制冷工程有限公司
摘要：传统模式下，空调系统的自动化控制性能较差，浪费了大量的能源，而PLC技术的应用能够实现对空调系统的变频控制，基于此，本文研究PLC在净化空调控制系统改造中的运用，首先研究PLC型号选择问题，然后分析变频器的选择，最后研究软件设计问题，从上、下位机、主机的控制联动功能等方面进行总结，希望能为关注此话题的研究者提供参考意见。
关键词：变频器；控制联动；PID调节
引言：净化空调系统的组成有新风、净化、热湿处理，另外还有冷热源和输送分配控制、其中新风模块的功能是输送室外的空气，将空气引入空调机组。而净化部分则是将室内的空气进行有效过滤，此时要用到、粗效、中效和高效的多级过滤器。热湿处理部分的功能是调节室内的温度和湿度。在管道的媒介作用下，冷热源能够为空调表面的换热器交换冷热，也能将空调所需要的能量加湿。
1.选择PLC的型号
净化空调控制系统改造选择的PLC采用手动操作的方式，在其中输入12个信号，而输出的信号数量是4个，都是开关量。此外还要使用自动操作的方式，此时使用6个输入信号和4个输出信号，同样也是开关量。在选择主机时，充分考虑到维护、改造、经济等多项问题，同时也考虑到信号的数量、类型和控制要求。确定控制系统的核心是一台可编程控制器，型号为FX2N-40MR，主要控制通风机、冷却塔风机、冷却塔补水泵、冷水泵、冷却水泵、电加热器、冷水机组。在按下系统启动按钮之后，PLC就会按照设置好的工作方式开始投入运行。比如在选择通风的工作状态时，只需要启动送风机。如果选择的是制热工作状态，就需要先启动送风机，然后启动加热器。输出口为继电器型，可以使用交流电源，为了满足控制的要求，共准备了24个开关量输入点和24个开关量输出点。
2、变频器的选择
在市面上有很多种类的变频器，而西门子变频器价格十分昂贵，所以如果控制的变频器数量较少，而且没有强调必须要使用高端设备，此时就应该选择一些更加通用，也比较便宜的变频器。比如变频器VFD300CP4。一台西门子PLC需要配套一个串口，通过USS专用的控制程序，就能实现对多台变频器的控制。变频器与PLC的连接十分方便，只需使用一根两芯的屏蔽线，在PLC端将M和V连接上，然后在变频器一端，连接ACM，再连接+10V即可。默认情况下，变频器控制的是面板上的输入频率，此时需要将00到30项的参数设置为2，而其余的参数只需保持默认值即可。控制冷却水泵的变频器与PLC模拟量相连接，该控制变频器的模拟量是0到10V，与其相对应的频率是0到50赫兹。前提条件是水泵的运行要在30到50赫兹情况下实现，因此PLC程序的限定模拟量是6到10V[1]。
3、软件设计
在设计PLC的控制程序时，按照模块结构的内容开展，模块结构的内容包括公用模块、停机模块、通风模块、停机模块、净化模块，另外也包括制冷模块和冷却模块。在运行这些模块时，要以工作的需要为依据。此时程序调试就会变得比较容易，具体的操作步骤是逐一输入某一个模块，并进行单独调试。在公用模块内部能够实现功能有做出指示、精准控制冷却塔的水位、控制主风机的转换。该PLC模块可以提供的震荡信号是M8013，该信号的占空比是1周期为1s。在实际设计时，可以选择震荡信号M277，该信号的占空比不是1，在选择定时器时，确定了两个定时值分别为T0和T1的类型。该信号的作用的是指示控制系统当前所处状态。
3.1上、下位机软件设计
在设计上位机软件时，将C/S结构作为设计依据，上位机软件的作用是设定并监视现场空调设备的运行状态，不仅要设计客户端，还要设计OPC服务器软件，在选择软件开发的接口时，通常会使用与西门子PLC相匹配的类。除此之外，该软件还有照明、配电以及消防系统的接口。可以实现对这些设备的实时监控。该系统还能用来调整耗电设备的运行参数，将运行数据定时记录下来。这些数据会在日后的能源分析和管理工作中发挥一定作用。下位机软件的功能是实现对空调现场各个设备的良好控制。包括净化机房的变频控制系统和空调机房的控制程序系统。其中空调机房PLC程序设计可以分为了两个部分，分别是AHU单元PLC控制和水循环PLC控制。该系统的PLC主程序流程如图1所示。
图 1 PLC主程序流程图
3.2主机的控制联动功能的实现
通常情况下，空调的制冷主机控制系统只能实现对本机开停的控制，无法实现空调其他系统的提前开启或者是滞后关闭。在PLC控制变频器的支持作用下，只需要模拟量端口和少量I/O端口就能够实现。其他剩余的I/O端口则需要交给控制主机的控制信号。除此之外，也可以将主机反馈回来的信号接收，在此条件下，主机的控制联动功能就得以实现。比如在实现控制主机开停的功能时，利用Q0.0，与主机设备所提供的外接控制端口相连，也可以在中间继电器并联的作用下，间接传递出控制信号。此时I0.0的作用是接收主机所传递的信号。在此条件下就能实现对联动的智能化控制。此外，根据实际的需求情况，还可以适当增加DTU模块，也可以增加GPRS模块。在空调发生故障时，发出报警信号，传递至指定的手机上，通过手机、PC端的远程监视功能，实现对空调开关机的控制，同时也能将与故障有关的数据记录下来。
3.3上位机与下位机软件接口的连接
在净化空调控制系统中，上位机PC端与下位机的连接需要依靠RJ45网络硬件接口，从而实现以太网通信。在该系统中，上位机和下位机的软件通信都使用了OPC技术标准。在Windows应用程序和现场过程设备程序之间应用OPC标准，成功架起二者之间的桥梁，语言和操作系统都与COM没有联系，正是因为如此，在实现时，不需要使用特定的语言，也不需要使用特定的操作系统。只要使用COM的操作规范进行开发就可以[2]。扩展COM得到了DCOM，局域网、广域网，甚至是互联网上的不同的计算机，都能在COM的支持下实现对象通讯。其中COM起到的作用是提供定制接口和自动化化接口。在实现工程目标的工作中，可以发挥.Net平台的作用，将OPC技术和以太网技术相连，此时上位机和下位机软件接口不同的问题就能得到解决，从而构建信息化和自动化的空调控制系统。
3.4运用变频器控制冷热源
针对回风机设置变频调速装置，解决风量调节问题，以工艺负荷的变化情况为依据。在冬夏季节，以空间内的排风量为基础条件，固定新的回风比例。考虑到过度季节的特点，适当加大新风量。在降低空调能源的设计工作中，采取利用自然能源的手段。使得室内空调的质量得到改善。空气起到冷却除湿的作用，在夏季要用到冷却水和冷冻水，在冷水循环泵的作用下，将冷水送入至空调机组和风机盘管中。一般情况下，中央空调冷冻水的温度是在7到12摄氏度这个范围内。如果冷冻水的温度高于12摄氏度，变频器就要开始高速运行。检测温差的操作只在温度低于12摄氏度时才能进行。应用PLC技术，促进变频节能的实现。要在PLC内部设置一个T101的水温差检测定时器，将检测的周期设置为10秒钟，同时也能完成温差值的计算。在PLC的内部模拟量输出值在0到32000之间变化，同时对应0到10伏特和0到50赫兹。比如说变化了0.5赫兹，对应的变化量就是3200，同理30赫兹对应的是19200。当程序运行到第一行，在达到检测周期时，温差值就会小于5.2摄氏度，此时空调的频率将会小于50赫兹，所输出的数值也会以3200的量增加，在程序的第二行上，如果输出值达到检测周期，此时温差值大于4.8摄氏度，与此同时空调的频率也会大于30赫兹，空调的输出值也会以3200的幅度降低。
3.5空调控制系统的PID调节
通过PID实现对体统的调节，不需要建立系统的数学模型，正是因为如此该方法得到了广泛的应用。该方式呈线性，参数的整定方法主要包括主临界比例法、反应曲线法，另外还有衰减法。这些方法各有各的特点，共同点就是都需要开展实验活动。在实际使用时，一般都会用到临界比例法在整定参数时，要以实际情况为依据，进行细微的调节。此时被控制的物理量会在目标的附近徘徊。此时就需要延长积分时间，同时也要适当减小比例增益[3]。由于被控制的物理量在发生变化之后，就很难恢复到原来的状态，为此要先加大比例增益，如果在此条件下，被控制的物理量仍然恢复得比较缓慢，此时就需要适当缩短积分的时间，与此同时也要适当延长微分时间。运用PID原理控制空调的冷冻水温度，需要使用S7-1200PLC工艺模块，该模块的组态画面非常简单，表达的意思也简洁明了，与S7-200PLC相比，所具有的组态画面更加友好，而且在使用参数和状态时，操作也非常便捷。
总结：综上所述，随着PLC技术的开发和创新，更多的控制软件被应用，在净化空调领域，PLC控制技术发挥计算能力强、速度快的优势，支持空调控制系统实现主机的控制联动功能，从而提高空调系统的智能化、自动化水平，使得现代工业生产控制技术获得良好发展，与此同时也向着实现绿色科技的目标迈进。
参考文献
[1]周渊.层流净化手术室空调系统的能源管理[J].医疗装备，2019，32（01）：65-67.
[2]刘翔宇.关于壁挂型空净一体式空调净化模块实现方式的探索[J].科技风，2018（34）：152-153.
[3]姚鹏超.测控器件在净化空调系统中的应用探讨[J].科技传播，2014，6（12）：177-178.
论文作者:孙沛
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年3期
论文发表时间:2019/6/10
标签：空调论文; 变频器论文; 模块论文; 信号论文; 控制系统论文; 主机论文; 软件论文; 《建筑学研究前沿》2019年3期论文;