用PLC技術改造中央空調控制系統

一、中央空調系統控制要求

中央空調系統的啟動／停止均設有自動、手動兩種方式。自動方式用于聯鎖集中控制，手動用于調試或檢修。各臺設備按工藝要求啟動的順序為：冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵、制冷壓縮機，采用每臺設備啟動后經15s左右延時，再啟動下一臺設備；停止的順序為啟動的逆序：制冷壓縮機、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔。有必要的電氣保護和聯鎖。

此外，中央空調系統設有壓力保護和水流保護裝置。中央空調機組運行過程中，當壓縮機吸氣壓力過低或壓縮機排氣壓力過高時，壓力保護繼電器動作，并停止中央空調機組運行；當冷卻水或冷凍水不流動時，相應的水流保護繼電器動作，壓縮機不能啟動。

二、原中央空調電氣控制原理

1.主電路

主電路如圖1所示，有4臺電動機，分別是冷卻水塔風機TM、冷卻水泵電機PM1、冷凍水泵電機PM2、壓縮機電機CM；電源由總開關QS引入，熔斷器FU1為整個電氣線路的短路保護。熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4分別為TM、PM1、PM2、CM的過載保護。交流接觸器KM1、KM2、KM3、KM4分別控制TM、PM1、PM2、CM與電源的通、斷。

2.控制電路

控制電路如圖2所示。

啟動控制過程(合上電源隔離開關QS)：

（1）按下啟動按鈕SB1，KM1三對主觸頭閉合（此時，時間繼電器KT1獲電，計時開始），冷卻塔電動機TM啟動；

（2）通過時間繼電器KT1延時后，其延時閉合的常閉觸頭閉合，KM2三對主觸頭閉合（此時，時間繼電器KT2獲電，計時開始），冷卻水泵電動機PM1啟動；

（3）再通過時間繼電器KT2延時后，其延時閉合的常閉觸頭閉合，KM3三對主觸頭閉合（此時，時間繼電器KT3獲電，計時開始），冷凍水泵電動機PM3啟動；

（4）再通過時間繼電器KT3延時后，其延時閉合的常閉觸頭閉合，KM4三對主觸頭閉合，壓縮機電動機CM啟動。

停機控制過程：

第一，按下停止按鈕SB8，KM4三對主觸頭斷開，壓縮機電動機CM停機；

第二，按下停止按鈕SB7，KM3三對主觸頭斷開，冷凍水泵電動機PM2停機；

第三，按下停止按鈕SB6，KM2三對主觸頭斷開，冷卻水泵電動機PM3停機；

第四，按下停止按鈕SB5，KM1三對主觸頭斷開，冷卻塔電動機TM停機；

第五，電路工作時，應具有一定的保護功能動作停機；

第六，關閉電源隔離開關。

3.基本控制環節

自保持電路：KM1、KM2、KM3、KM4的常開觸點分別并聯于啟動按鈕SB1、SB2、SB3、SB4的常開觸頭兩端，起自鎖作用。

時間（延時）、順序控制電路：首先是KM1、KM2、KM3、KM4的常開觸頭分別串聯于下一電路中動作，然后是延時電路的KT1、KT2、KT3常開觸點分別串聯于下一電路中動作。

聯鎖電路：KM1、KM2、KM3 、KA1、KA2的常開觸點分別串聯于下一啟動電路中 ；KM4、KM3、KM2的常開觸點分別并聯于停止按鈕SB7、SB6、SB5的常閉觸點。

保護電路：

第一，FU2串聯于控制回路中，起短路保護作用；FR1、FR2、FR3、FR4的常閉觸點分別串聯于各自支路中，分別對每一部分電動機起過載保護作用。

第二，當壓縮機吸汽壓力過低或壓縮機排汽壓力過高時，低壓繼電器KA3、高壓繼電器KA4保護動作，空調機組自動按正確順序停機。

第三，當冷卻水系統或冷凍水系統水流流量不足，水流開關KA1、KA2保護動作，空調機組自動按正確順序停機。

三、PLC控制系統設計

1.確定輸入／輸出設備

手動方式。

輸入設備共12個輸入點：4個啟動按鈕（SB1、SB2、SB3、SB4）、4個停機按鈕(SB5、SB6、SB7、SB8)、2個水流開關（KA1、KA2）、2個壓力繼電器觸點（KA3、KA4）；

輸出設備共4個輸出點：4個交流接觸器（KM1、KM2、KM3、KM4）。

2.PLC的選型

中央空調PLC控制系統手動操作方式有輸入信號12個，輸出信號為4個，均為開關量；自動操作方式有輸入信號6個，輸出信號為4個，也均為開關量。

根據I／O信號的數量、類型及控制要求，同時考慮到維護、改造和經濟等諸多因素，選用學校現有的三菱FX2n-48MR主機，繼電器型輸出口，可用于交流電源，共有24個開關量輸入點和24個開關量輸出點，可滿足控制要求。

3.I／O地址編號

見表1。

4.I／O接線圖（略）

5.輸入輸出接口連接說明

（1）輸入接線說明：輸入接線方式為匯點式輸入；標記為L及N的端子，接入工頻電源，一般85V至260V均可使用，作為PLC的原始工作電源；按鈕SB屬于無源觸點，接于輸入端及COM端間，其間電源由機內24V電源提供，COM端為機內電源的負極。

（2）輸出接線說明：輸出接線方式為分組式輸出；不對應的輸出口與COM端是不能構成通路的，在用戶手冊上，可查到該機型輸出口和各個COM端的對應情況；輸出電源220V AC接于COM端與各輸出口之間，接觸器線圈KM1～KM4使用相同的電源，因此接于同一COM端；電源側接入5A熔斷器用于短路保護；輸入口與輸出口的COM端是相互隔離的。

四、PLC程序輸入與調試（模擬調試）步驟

第一，啟動FXGPWIN軟件，單擊“新建”快捷按鈕，新建文件，選擇所使用的PLC類型（FX2n）；

第二，在“視圖”菜單欄的下拉菜單中選擇“梯形圖”方式顯示；

第三，在“梯形圖”顯示窗口中，將光標定位于左上角，選擇功能圖上的各種元件，開始自左向右，由上而下的編制梯形圖程序，如圖3所示；

第四，單擊“工具”菜單欄中的“轉換”菜單，或單擊快捷按鈕“轉換”，對編制好的程序進行轉換；

第五，單擊“PLC”菜單欄中的“遙控運行／停止”，選擇“停止”，使PLC處于停止運行狀態；

第六，單擊“PLC”菜單欄中的“PLC存儲器清除”，將PLC存儲器清空；

第七，單擊“PLC”菜單欄中的“傳送”菜單中的“寫出”，填寫PLC的范圍，將程序下載到PLC中；

第八，單擊“PLC”菜單欄中的“遙控運行／停止”，選擇“運行”，使PLC處于運行狀態；

第九，選擇“監控／測試”菜單中“開始監控”，可在屏幕中看到運行過程中各觸點的接通與斷開狀態；

第十，選擇“監控／測試”菜單中“強制ON／OFF”，在對話框中輸入元件名，選擇“設置”，點擊確認，進行模擬輸入操作，并觀察輸出結果。

筆者通過PLC技術對設備電氣控制系統進行改造，并在教學中得以應用，使學生在學習中央空調系統電氣控制，認識PLC技術在中央空調的應用，掌握PLC的程序的寫入、控制過程及安裝、調試、運行等操作。

（作者單位：中山市技師學院）