基于PLC仿真太陽能輻射空調器控制系統探究

周亞東，王 軍，何田野

(海南職業技術學院,海南海口570216)

0 引言

太陽能輻射空調器專利自獲國家發明專利授權后,在海南某學校辦公事務大廳得到初步試驗,但其自動控制系統開發不成熟,其實際制冷節能效率與其理論值相差較大,文中以日本三菱FX2N-48MR 型的PLC 為基礎，將太陽能輻射空調器各主要硬件部分利用PLC程序實現自動控制應用，是通過編程來完成各種預期的作業，給出了詳細的PLC程序設計過程，并利用組態王實現人機界面的自動控制。PLC 控制具有系統簡單、可靠，控制靈活等特點。同時實現制冷制熱節能預期效果。

1 系統組成及控制要求

1.1 系統組成

太陽能輻射空調器的結構原理示意圖如圖1所示，系統由太陽環路、冷卻水環路、冷凍水環路、供冷空調環路、新風調濕環路組合而成。

其中1、太陽冷水器；2，冷水器泵；3、冷水器電磁閥；4、管網泵；5、管網節流閥；6、管網電磁閥；7、毛細管網；8、新風裝置；9、冷卻塔；10、輔助水冷冷水機組；11、冷卻泵；12、冷卻節流閥；13、冷卻塔電磁閥；14、新風節流閥；15、新風電磁閥；16、新風泵；17、新風貯冷水池；18、機組泵；19、機組電磁閥；20、機組節流閥；21、水池節流閥;22、水池電磁閥；23、水池泵；24、貯冷水池；25、冷水器節流閥。

圖1 太陽能輻射空調器系統組成圖

1.2 硬件控制設計

每天正常使用時,供冷空調環路的毛細管網電磁閥、管網泵，新風調濕環路的新風電磁閥、新風泵系統正常工作，以把貯冷水池中水的冷量輸至房間釋放，降低房間的溫度。新風節流閥、毛細管網節流閥為變頻閥門，根據室內溫度控制其水流速度。組態王控制圖如圖2所示。

圖2 系統啟動時毛細管網環路、新風環路組態圖

太陽冷水器環路，其主要目的是將貯冷水池中的水通過太陽冷水器每天溫度最低時循環制冷，PLC定時器自動啟動太陽冷水器、冷水器泵、冷水器電磁閥、冷水器節流閥達到制冷卻水效果,保證毛細管網正常供冷需求。此過程太陽冷水器正常工作時，毛細管網系統、新風系統可同時打開。組態王控制圖如圖3所示

圖3 冷水器環路及系統正常啟動組態圖

圖4 貯冷水池輔助水冷機組環路啟動組態圖

當供冷空調溫度較高不能滿足制冷時，說明貯冷水池水溫較高，此時關閉毛細管網系統及新風系統，強制啟動輔助水冷冷水機組工作，啟動水池泵、水池電磁閥、水池節流閥，使貯冷水池中水溫降到空調所需的溫度。毛細管網制冷時，整個程序再回到供冷環路，達到制冷效果。供冷時，可同時制冷。組態王控制圖如圖4所示

當新風貯冷水池水溫高于調濕溫度時，輔助水冷冷水機組再工作，機組電磁閥、機組泵啟動，毛細管網系統關閉，使新風貯冷水池水溫降到新風調濕所需的溫度。啟動新風泵、新風電磁閥，供冷空調的同時，進行新風調濕.組態王控制圖如圖5所示

1.3 I/O分配

如圖所示為PLC的I/O 接線圖，選用FX2N-48MR的PLC，系統共有25 個輸入設備和7個輸出設備分別占用PLC 的25 個輸入點和7 個輸出點。為了保證在緊急情況下（包括PLC 發生故障時），能可靠地切斷PLC 的負載電源，設置了總停止X21銨鈕及啟動X20銨鈕。

圖6 系統I/O分配圖

1.4 程度設計

根據本系統的程序設計要求將系統分為9個部分程序設計，分別為自動啟動冷水器程序，毛細管網環路啟動程序，冷卻塔啟動程序，輔助冷水機組啟動程序，新風環路啟動程序，新風風機開啟程序，新風貯能輔助冷水機組啟動程序，貯能水池水溫較高時停止程序，新風貯能水池水溫較高時停止程序，對制冷溫度要求高時啟動輔助冷水機組程序，總啟動與停止程序。總程序如下

圖5 新風貯能水環路正常啟動組態圖

1.5 組態設計

系統運用GX Developer組態王，系統對水泵（驅動電磁閥、節流閥）可進行單獨開與關的控制，這樣有效實現了節流控制，同時利用控制銨鈕對系統的啟動控制、停止控制、貯冷水池溫度高時控制、制冷需要較高時控制、新風水池高溫時控制，配合PLC及各環節溫度傳感器、水流量傳感等實現適時的管理與監控，同時利用自動與手動的適時控制，有效節約效能，實現太陽能輻射空調器與普通溫差空調相比節能70%以上的預期。

2 結論

文中通過對太陽能輻射空調器各組成部分進行控制分析，利用PLC及組態控制軟件實現全自動控制，并給出了系統運行的詳細遞形圖及組態控制圖。如果再配合各主要部分及各房間溫度傳感器及水流控制器可即可完全實現系統的全自動控制，為專利的成果轉換及實現節能預期打下基礎。

周亞東;梁棟;龐鴻山;邢詒存.太陽能輻射空調器.中國專利：ZL 201210282428 2012-08-10

第三作者:何田野,1990年12月生，男，湖北陽新人，從事電子、太陽能自動控制專業研究