利用PLC實現(xiàn)工廠液氨制冷設(shè)備的供水與供氨控制

李明++李建靜

摘 要：我國許多液氨制冷設(shè)備還在使用傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，由于方法過于陳舊，監(jiān)控困難，工人的操作往往要靠經(jīng)驗，所以供水與供氨配合不夠而導(dǎo)致冷卻失常的情況時有發(fā)生。該系統(tǒng)增加了PLC及觸摸屏等裝置，充分考慮了可靠性和易維護(hù)的需求，大大提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，也大大地簡化了系統(tǒng)設(shè)備；同時利用模擬量可以精確控制水池水位的位置，可以在觸摸屏上顯示實時水位情況報警信息，有助于了解制冷設(shè)備的運行情況。改造后的設(shè)備運行穩(wěn)定性得到很大的提高，冷卻效果得到了明顯改善。

關(guān)鍵詞：液氨制冷設(shè)備 PLC 模擬量控制 觸摸屏

中圖分類號：X701 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）11（b）-0058-02

液氨，又稱為無水氨，是一種無色液體，工業(yè)上廣泛使用在大型制冷設(shè)備上，具有成本低、制冷效果好、自然環(huán)保等優(yōu)點，據(jù)統(tǒng)計以氨作為制冷劑的冷庫，占到全國冷庫總?cè)萘康?0%以上。筆者所在地區(qū)水產(chǎn)品加工廠眾多，大多數(shù)使用液氨制冷設(shè)備。如何保障制冷系統(tǒng)始終得到適量的制冷劑供給以及制冷系統(tǒng)的壓力、液位水平等進(jìn)行精準(zhǔn)的控制與調(diào)節(jié)，使制冷系統(tǒng)在最經(jīng)濟的工況下運行，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)難以完善地解決以上問題。隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展，PLC及擴展模塊的控制技術(shù)的日臻完善，以PLC為核心的自動供水及供氨控制系統(tǒng)，由于系統(tǒng)穩(wěn)定，通過模擬量的控制，可精確定位水位，另外可以通過設(shè)置氨泵的保護(hù)時間，以避免出現(xiàn)過多地加注氨的情況；由于系統(tǒng)本身的自動調(diào)節(jié)功能，不但性能可靠，而且降低綜合經(jīng)營管理費用。

1 控制系統(tǒng)需求分析

接到晨信電氣設(shè)備有限公司的任務(wù)后，通過現(xiàn)場考察，了解到控制系統(tǒng)的需求，主要有如下幾方面：（1）供水電磁閥控制系統(tǒng)的進(jìn)水，根據(jù)實際情況自動把水注到冷卻塔里：當(dāng)水位低于生產(chǎn)設(shè)置的下限水位，則自動向冷卻塔注水；當(dāng)水位高于生產(chǎn)需要所設(shè)置的高水位，則自動停止注水，當(dāng)超過上下限后如果沒有執(zhí)行相應(yīng)工作要馬上發(fā)出報警信號，通知工作人員。（2）冷卻塔水位的高低最好能夠直觀明白，應(yīng)有百分比顯示。讓操作人員實時了解當(dāng)前運行情況。（3）氨泵啟動后，壓差達(dá)到一定值后，要停止供氨。為了安全，當(dāng)氨泵啟動后，在設(shè)定時間內(nèi)壓信號還沒達(dá)到一定值也一樣停止工作，并且報警。（4）報警信號要直觀顯示。

2 系統(tǒng)組成和控制要求

2.1 系統(tǒng)組成

根據(jù)以上的需求分析，設(shè)計此系統(tǒng)由以下設(shè)備組成：以可編程序控制器PLC作為核心部件，起到CPU的作用，并添加模擬量輸入及觸摸屏器件，控制輸出為2臺4.5 kW的氨泵、一臺5.5 kW的水泵及3臺5.5 kW風(fēng)機。以自動控制為目標(biāo)通過模擬量水位傳感器，將系統(tǒng)處理成半閉環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的輸入信號，傳給PLC后，經(jīng)過內(nèi)部運算，實現(xiàn)半閉環(huán)自動調(diào)整供水加氨。

2.2 系統(tǒng)控制要求

（1）能精準(zhǔn)定位水池的水位；（2）能實時顯示水池里面的水量； （3）要有完善的報警功能；（4）對泵的操作要加手動控制功能。

3 設(shè)備選型

3.1 PLC選型

PLC選用德國西門子的S7200系列的224CN產(chǎn)品。在此項目中，氨泵1壓差信號、氨泵2壓差信號以及急停其需要3個輸入點，1#水泵、1#風(fēng)機、2#風(fēng)機、3#風(fēng)機、1#氨泵、2#氨泵、進(jìn)水電磁閥共需PLC的7個輸出信號控制。設(shè)定水壓的上、下限位置以及保護(hù)設(shè)置、啟停信號均由觸摸屏進(jìn)行操作，此系統(tǒng)有10個I/O點。

3.2 觸摸屏選型

與S7200的224CPU配合的為西門子觸摸屏為SMART系列。SMART700IE是西門子2012年8月全新推出的新一代SMSART LINE觸摸屏之一，與以前不同的是現(xiàn)在支持強大的工業(yè)以太網(wǎng)以及MODBUS協(xié)議。

3.3 模擬量輸入輸出模塊

模擬量輸入/輸出模塊采用西門子EM231，該模塊是最常用的模擬量擴展模塊，可實現(xiàn)4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。連接控制系統(tǒng)的模擬量過程信號向過程控制系統(tǒng)輸出模擬量控制信號。

3.4 水位傳感器

安裝水池里面的水位傳感器，用于實時監(jiān)測冷水塔的水位，將位置信號轉(zhuǎn)化為4～20 mA的電流信號，反饋到西門子EM231進(jìn)行處理。傳感器可以使用開關(guān)量的浮球控制器，也可以使用模擬量的水位傳感器。該項目采用德國HELM公司的HM21水位傳感器。

3.5 壓力變送器

控制兩個氨泵的壓差信號由壓力變送器完成，需要選用性能可靠元器件，現(xiàn)采用德國HELM的HM25工業(yè)型壓力變送器。

4 控制設(shè)計

4.1 系統(tǒng)控制原理

合上空氣開關(guān)，供水系統(tǒng)投入運行。將手動、自動開關(guān)打到自動上，QF01合上，系統(tǒng)進(jìn)入自動運行狀態(tài)。在觸摸上設(shè)置上下限百分比及氨泵報警時間后開始運行后，供水電磁閥控制系統(tǒng)的進(jìn)水，根據(jù)實際情況自動把水注到水池上，只要水位低于生產(chǎn)設(shè)置的下限水位，則自動向水池注水。只要水位高于生產(chǎn)需要所設(shè)置的高水位，則自動停止注水。水池的高低水位信號在觸摸屏上根據(jù)百分比進(jìn)行顯示，當(dāng)超過上下限后進(jìn)水均無反應(yīng)便傳回PLC作為報警。而氨泵啟動后，壓差達(dá)到一定值后，便停止工作。為了安全，當(dāng)氨泵啟動后，在設(shè)定時間內(nèi)壓信號還沒達(dá)到一定值也一樣停止工作，并且報警。所有報警均通過觸摸屏進(jìn)行顯示。

4.2 系統(tǒng)的觸摸屏設(shè)計

觸摸屏具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強的突出特點，在與其他人機交換設(shè)備相比，觸摸屏的操作更為簡捷方便。表1為觸摸屏與PLC通迅的內(nèi)部地址。

4.3 系統(tǒng)PLC梯形圖程序

程序分為程序1、程序2、程序3及程序4。程序1為主程序，程序2和3為控制程序，對氨泵壓差信號進(jìn)行處理，其中程序3用到了西門子非常實用有效地模擬量運算指令，程序4通過液位傳感器送來控制電磁閥的打開和關(guān)閉。

5 結(jié)語

該系統(tǒng)采用PLC為核心控制，使用方便，工作可靠，系統(tǒng)定位穩(wěn)定，加氨可靠，具有較好的控制效果。具有較強的實用性，整個系統(tǒng)自動化程度高，故障時可以自動保護(hù)并發(fā)出報警信號。通過觸摸屏控制的頁面可隨意查看事件。另外，根據(jù)不同控制要求和工作要求，程序便于修改，有較大的靈活性和通用性，有一定的推廣應(yīng)用價值。

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