基于WinCC的模塊式空調機控制仿真系統

尤志強

【摘 要】本設計是仿真模塊式空調機的控制系統，系統的基本工藝流程是：通過溫度傳感器對室內外的溫度進行檢測，設定溫度與室內溫度進行比較，確定空調加熱還是制冷。利用四通閥、熱交換器、壓縮機進行溫度調節。

【關鍵詞】空調機；溫度；傳感器

【Abstract】This design is simulating modular air conditioner control system，the basic process of the system is： measure the temperature of exterior and interior used to text by the temperature sensor，setting a temperature compare with the interior temperature， then determine the air conditioner is heating or cooling， in the end adjust the temperature by four-way valves，switches，and compressors.

【Key words】Air conditioner； Temperature； Sensor

0 引言

由于智能建筑的迅猛發展，并且已成為21世紀建筑業的發展主流，而空調系統則是此類建筑中自動化方面的一個重要組成部分，因此在各個行業、部門中都得到了廣泛的應用。在空調系統中，通過對空氣的凈化處理，使其溫度、濕度、清潔度等參數滿足人們設定的指標，適應人們生產和生活的需要。但是由于空調對能源的消耗很大，所以設計一個既能滿足人們的需要又能以最小的能耗運行的空調是當今制造也的理念。本文主要介紹一種基于wincc的模塊式空調機控制系統。

1 空調控制系統介紹

空調是空氣調節的簡稱，是一種保持室內空氣某種條件的技術，空氣條件的指標包含溫度、濕度、新鮮度、流動速度和清潔度等參數。根據空調服務對象點的不同可分為兩種：一種，是舒適性空調，這類空調的作用是制造室內良好的空氣質量，以滿足人類生活的需要；一種，是工藝空調，這類空調的作用是維持室內的空氣質量保持在一定水平上，以滿足科研、生產等工業過程的要求。最常用的空調方式是通過空調系統將具有一定溫度和濕度條件的空氣送入室內，以維持室內的空氣條件，同時將室內的空氣送到室外，以此進行空氣交換，完成空調的作用。采用運用先進的PLC和網絡總線通信技術，實現了溫濕度的自動控制。在上位機可設置溫濕度，設定數據方便。上位機全部采用中文菜單式處理流程以及圖形化按鍵操作方式，操作簡單。系統故障診斷能力提高。人機接口豐富的故障報警功能能準確記錄故障發生的時間及類型，以便日后對設備故障進行綜合分析，同時也方便維修人員及時準確發現故障，縮短故障診斷時間。

2 工作原理

空調分為制冷和制熱兩個過程。首先是制冷過程：制冷時壓縮機高壓出口經過四通閥1-2到熱交換器進行熱交換，使過熱蒸汽逐漸變成飽和蒸汽，進而變成飽和液體或過冷液體。通過毛細管節流降壓后的制冷劑液體

（混有飽和蒸汽）-到室外機截止閥（也稱高壓閥）進入室內機熱交換器（蒸發器），從周圍介質吸熱蒸發成氣體，實現制冷。在蒸發過程中，制冷劑的溫度和壓力保持不變。從蒸發器出來的制冷劑已成為干飽和蒸汽或稍有過熱度的過熱蒸汽了。物質由液態變成氣態時要吸熱，這就是空調制冷。 室內機回氣：回氣管到室外機經由截止閥（也稱低壓閥或維修閥）進入消音器—四通閥4-3到壓縮機低壓回氣側完成制冷循環。

制熱過程：制熱時四通閥開閉狀態與制冷是正好相反，流經的順序是：壓縮機高壓出口經四通閥1-4到消音器-截止閥（也稱低壓閥或維修閥）-室內機熱交換器-回到室外機截止閥（也稱高壓閥）-毛細管-熱交換器-四通閥2-3到儲液器-壓縮機低壓側。室外機的熱交換器上的溫度傳感器（熱敏電阻）用于制冷時檢測熱交換器的管道溫度，如果溫度異常升高則可計算出管道壓力，進而把溫度異常信號送給控制板。

室外機的室外溫度傳感器（熱敏電阻）主要用來檢測室外環境溫度。室內機熱交換器溫度傳感器（熱敏電阻）檢測熱交換器溫度，如制冷或制熱時在一定時間內熱交換器溫度達不到所規定的管溫，傳感器會把不正常信號送給控制板進行分析，例如系統內制冷劑不足或無制冷劑，室內機管溫就不正常，傳感器會把不正常信號送給控制板，控制板做出停處理，進而保護壓縮機，避免壓縮機長時間高溫運轉。因為壓縮機長時間高溫是極有可能被燒毀的。

空調工作系統中一個極為重要的部件就是四通閥，四通閥不同于普通直動式電磁閥，它必須在一定壓力下才能正常工作，四通閥由三個部分組成：先導閥，主閥和電磁線圈， 電磁線圈可以拆卸，先導閥與主閥焊接成一體。當電磁閥線圈處于斷電狀態，先導滑閥在右側壓縮彈簧驅動下左移，高壓氣體進入毛細管后進入右端活塞腔，另一方面，左端活塞腔的氣體排出，由于活塞兩端存在壓差，活塞及主滑閥左移，使排氣管（S管）與室外機接管（C管）相通，另兩根接管相通，形成制冷循環。當電磁閥線圈處于通電狀態，先導滑閥在電磁線圈產生的磁力作用下克服壓縮彈簧的張力而右移，高壓氣體進入毛細管后進入左端活塞腔，另一方面，右端活塞腔的氣體排出，由于活塞兩端存在壓差，活塞及主滑閥右移，使排氣管（S管）與室內機接管（E管）相通，另兩根接管相通，形成制熱循環。

3 控制系統設計

控制系統的設計分為下位機程序設計和wincc控制畫面的設計，下位機使用梯形圖進行編寫，結合硬件可以實現溫度的檢測與調節，首先根據按下開始按鈕，空調各執行單位進入準備工作狀態，溫度檢測以及熱交換模塊，壓縮機、四通閥、貫流風扇的啟動，通過室熱敏電阻判斷室外溫是否達到零點，如達到零點則打開電熱絲輔助制熱，增加熱效率。通過設置溫度與室內溫度的比對，來進行空調工作方式的選擇，通過控制四通閥的閉合，選擇不通的工作流程，進行制熱或制冷。

上位機通過仿真畫面可以實時反應空調的工作進程，工作部件的狀態，畫面直觀真實，可以實現控制系統的精確溫度測量和高精度高靈敏度的數字化調節控制。通過變量記錄，報警，用戶歸檔等可以使維護人員方便及時的了解系統工作狀態，排除故障。本系統自動化程度高，操作人員僅僅需要設置所需溫度，系統就可以自動運行。

4 WinCC與PLCSIM的連接

采用wincc與plcsim聯合的形式進行模擬仿真，西門子的WinCC組態軟件和Step7、S7-PLCSIM是相互兼容的，在同一計算機中運行WinCC和S7-PLCSIM可以保持一定的數據通訊，就像上位機的WinCC軟件與硬件PLC通訊一樣。在保持S7-PLCSIM運行的同時，我們運行該項目對應的上位機程序（WinCC程序），在其中可以像實際監控操作那樣開關閥門、修改參數、查看運行數據和曲線等。

首先，啟動WinCC并創建一個新項目。在WinCC中添加“SMATIC S7 PROTOCOL SUITE”到變量管理器。在PROFIBUS下添加一個名為“PLC2”的新連接。右擊“PLC2”→選擇“屬性”→打來“連接屬性”窗口→點擊“屬性”按鈕→打來“連接參數”標簽。在“連接”標簽中指定PLC的DP地址和已在STEP7中組態好的CPU的插槽號，打開WinCC選擇MPI通訊模式，右鍵選擇系統參數，單元把其邏輯設備名稱更改為PLCSIM（MPI）具體連接如下：

（1）打開STEP7并打開工程項目。

（2）打開PLCSIM（開始>SIMATIC>STEP7>S7-PLCSIM）。

（3）在PLCSIM中新建PLC。

（4）下載PLC，并打開監控。

（5）打開WinCC并激活工程。

5 結論

本系統是基于wincc的模塊式空調機控制系統，可以根據實際需要溫度進行自動調節。實現了溫度調節靈敏，降低能耗，還可以延長硬件的使用壽命。本系統在數據存儲方面還能有進一步的擴展性，如將系統數據可直接以Excel的形式存儲如計算機硬盤中，加入水循環系統，加濕，凈化空氣等系統，但是由于時間關系，還沒有實施到本系統中，這有待于以后的學習和研究。

【參考文獻】

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[責任編輯：楊玉潔]