关于中央空调系统冷水机组的改造

信息化控制改造方案具有经济，功能强大，控制方便的优点。

信捷FC系列PLC是功能强大，结构小巧及具有丰富的指令集的小型可编程序控制器。它可以配多种特别模块，具有良好的扩展性，且低廉的价格以及强大的功能，宽电压范围以及基于Wind ows的编程工具，使人们更加灵活，方便地解决自动化任务。

本实例中的下位机采用国产FC系列PLC为现场控制器，它由主机FC-32R-E加上模拟量扩展模块FC-8AD和Pt100温度采集扩展模块MD-16AD-PT组成。

机组的运行参数由传感器或传感器变送器来采集数据。笔者采集的运行参数有制冷剂排气压力，排气温度，吸气压力，吸气温度，压缩机润滑油温度，冷冻水出水温度，冷冻水回水温度，冷却水出水温度，冷却水回水温度，冷冻水流量和冷却水流量。温度参数的采集采用Pt100铂热电阻温度传感器，其引线接至MD-16AD-PT扩展模块，完成温度电阻模拟电信号PLC数字量的转化，并保存至PLC主机的对应的寄存器中。压力参数的采集应用扩散硅型应变片式压力传感变送器，它把压力参数变为0~5V模拟量电信号，输入至FC-8AD模拟量扩展模块，进行A/D转换，*后保存至PLC主机对应寄存器中。用靶式流量开关感应冷冻水流量和冷却水流量，作为机组运行的条件。

本实例中采用的触摸屏是CoolmayHM系列HM-5A型触摸屏。它是开放性的人机界面产品，提供了标准的串行接口与其它设备相连。支持的通讯方式主要是串行通讯，支持与当今市面上主流PLC通信；采用了强大的32位处理器，运算速度更快，功耗更小，运行更稳定。触摸精度准确，经久耐用，触摸寿命长；具有很强的抗干扰能力，符合工业环境的电磁兼容要求。

本实例采用新型的联网方式，就是应用顶好丽祥RS232转TCP/IP联网模块把PLC直接与局域网相连。有了该模块，控制器，传感变送器接至以太网变得简单，方便，经济。该模块一端为连接PLC的RS232接头，另一端为连接以太网交换机（或集线器）或PC机的交叉网线，它把PLC向外传输的数据由串口通讯协议转变成TCP/IP通讯协议，传到以太网上；相反，也可以把以太网上传输的TCP/IP通讯协议的数据转变成串口通讯协议的数据。那么，只要笔者在局域以太网上任何一台客户端PC机上配置SSVSPM虚拟串口软件，就可以把PLC向外传送的数据收接起来，并变为PC机的虚拟串口信号。把该虚拟串口设置为客户端PC机上安装的工业控制组态软件的外部设备，这样从局域以太网接收到的数据存储在组态软件的实时数据库中。反之，组态软件的数据可逆向由PC机以太网联网模块PLC，现实双向实时通讯。

局域以太网上作为上位机兼服务器的PC机，必须安装有由网络版组态软件开发而成的组态工程应用程序。这样，局域网上其它客户端经授权在IE浏览器上输入IP地址登录上位机服务器，在IE浏览器上可以进入组态工程，实现多地点网络控制。

2PLC控制程序开发

在完成PLC输入输出接口的配置后，笔者先进行PLC控制策略的编写和整理，再进行PLC控制程序的开发。为了使程序调试直观明晰，方便系统调试及修改以及功能扩展，PLC的控制程序采用模块化结构设计。根据冷水机组的工作要求，笔者将控制程序分成以下若干子程序模块：

（1）数据采集模块：将传感（变送）器采集到的参数依次存储在W1792开始（**块扩展模块）和W1824开始（第二块扩展模块）的寄存器内。

（2）制冷机组安全保护和报警模块：包含水流保护，高低压力保护，油温保护和压缩机绕组温度保护等。当这些参数超过安全值时，PLC紧急发出指令关停压缩机及其它所有设备。

（3）开机模块：当按下现场的启动按钮或是接收到远程开机信号后，PLC就先启动冷却塔风机1min，接着开启冷却水泵3min，再启动冷冻水泵3min，然后用Y-启动方式空载启动压缩机。由于该空调系统的压缩机是一个三排六缸带有由电磁阀控制的卸载机构的往复活塞式压缩机，可实现空载启动，减少启动电流及对电网的冲击。

（4）温度控制与能量调节模块：冷水机组为上海开利的产品，压缩机带有卸载机构。笔者把冷冻水出水温度作为被调参数，采用阶梯式能量调节。由于该机组有三个卸载机构，故可以设计成三个能量级：33%，66%，100%.随着冷冻水出水温度的变化，PLC决定相应能量的气缸投入工作。阶梯式能量调节法比双位调节相比，调节精度较高，压缩机能节能降耗。

在冷冻水出水泵达到下限值6时，冷水机组处于恒温待机状态。此时冷冻水泵保持供冷运转状态。而冷却塔和冷却水泵运转2min后停转，目的是将冷却水余热完全散发，为冷水机组的下一轮启动提供良好的条件，又比冷却塔和冷却水泵一直不停运转方式节能。

（1）停机模块

这里是指正常停机。至于故障停机，结合到第（2）个模块中去。当按下停机按钮或是计算机网络发来的停机指令时，PLC先发出关停压缩机的指令，1min后关停冷冻水泵，2min后再关停冷却水泵和冷却塔风机。

笔者设定，压缩机停机后，必须经3min后才再次开机。这是因为压缩机停机后，制冷系统高低压力尚未平衡，如果马上开机，将使压缩机电动机起动转矩过大，起动电流也过大，有烧坏电动机和造成电网冲击的危险。

（2）冷却塔节能控制模块

考虑到空调季节较长，在气温较低时还需要运行空调机组。为此设置：当冷却水进水温度低于25时，冷却塔风机停止运转；当冷却水进水高于30时，冷却塔风机恢复运转。这样设置的作用是能够保证冷水机组的冷凝压力不至于很低而影响蒸发器的制冷剂供液量，而且能降低机组运行能耗。

3触摸屏组态开发

CoolmayHM系列触摸屏的组态软件是CoolDRAW，CoolDRAW为用户提供画面组态配制，驱动设置，报警，配方等功能。笔者用CoolDRAW触摸屏组态软件开发的画面有：启动画面，参数监视画面，报警画面等。启动画面是触摸屏一运行时首先出现在屏幕上的画面，在该画面上组态有机组设备图形和压缩机开机触摸键和停机触摸键，以及显示冷冻水出水温度和冷却水进水温度等几个主要参数。系统通电后，可以在启动画面手指按开机触摸键和停机触摸键进行机组的开，停机操作。当然在PLC的电气柜的门板上也设置了硬件的开，停机按钮，作为冗余备份。在参数监视画面上，把传感（变送）器所采集到的参数全部显示出来。在报警画面上，能显示当前发生的报警信息和警灯的闪烁，并设置在有报警产生时，会发出报警声。在每个画面上，均有切换到其它画面的切换键，并均设置动态报警条，显示当前发生报警信息。

4总结

经过按上述方案进行硬件的构建和软件组态开发设置，空调系统成功运行，PLC，触摸屏和网络监视和控制达到预期要求。经过改造后，冷水机组工作情况大大优于改造前，冷冻水出水温度波动范围小，负载根据水温自动加减载，减少冷量浪费，有效避免了一些无用功耗的产生，达到节能降耗的效果。操作人员在局域网客户端就能进行多地点网络操作和监控，改善了工作环境。如果将局域网接入互联网，我们能在互联网任一台客户端上用IE浏览器经授权进入组态工程，跟上位机一样对冷水机组进行监控。

本实例中，所采用的PLC，触摸屏，联网模块及虚拟串口软件，组态软件等软硬件设备均为国产，质量可靠，性能强大且价格低廉，改造成本低，经济性好。可以利用办公室的PC机作为上位机，既节约设备，又同时操作，监控多地点灵活布置。现在局域以太网的构建成本也很低，而且可以将冷水机组的控制并入楼宇自动化网络或物业管理网络。所以，本实例为旧中央空调系统的楼宇智能化改造提供了很好的借鉴和有价值的参考。

当然本例的空调系统控制还可以进一步扩展功能，即可把空调房间的温度监控，操作在现有基础上通过扩展来实现，使该系统的功能更加完善。