基于PLC的中央空調水控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

楊雪來

（深圳達實智能股份有限公司 廣東 深圳 518000）

摘 要：中央空調水控制系統(tǒng)是中央空調控制系統(tǒng)中的重要組成部分，其系統(tǒng)的設計關系到中央空調的能耗及運行效益。文章對中央空調水系統(tǒng)的組成進行了詳細的介紹，并分析了基于PLC的中央空調水控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)，為類似系統(tǒng)的設計提供參考。

關鍵詞：PLC；中央空調；水控制系統(tǒng)

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活水平日益提高，對建筑的使用性能及舒適性也提出了更高的要求。中央空調系統(tǒng)作為現(xiàn)代建筑中的重要組成部分，能夠有效提高建筑使用的舒適性，得到越來越廣泛的應用。在中央空調系統(tǒng)中，中央空調水控制系統(tǒng)的設計直接關系到中央空調系統(tǒng)的整體能耗，對其設計展開分析和探討十分必要。

1 中央空調水系統(tǒng)的組成

中央空調水系統(tǒng)主要由主機制冷機組、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)等組成，如圖1所示。其中主機制冷系統(tǒng)是中央空調系統(tǒng)的核心，由制冷機組、壓縮機、蒸發(fā)器和冷凝器組成。

壓縮機將液態(tài)制冷劑送蒸發(fā)器中與冷凍水進行熱量交換，將冷凍水制冷；制冷劑在吸收熱量后蒸發(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)，氣態(tài)制冷劑進入冷凝器和冷卻水進行熱量交換，最后熱量被冷卻水帶走。

2 中央空調水控制系統(tǒng)設計

2.1 水控制系統(tǒng)架構

水控制系統(tǒng)架構如圖2所示。

中央空調機房智能管理控制系統(tǒng)，全面采集影響中央空調系統(tǒng)運行的各種變量，傳送至系統(tǒng)控制柜，系統(tǒng)控制柜依據(jù)模糊推理規(guī)則及系統(tǒng)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，推算出系統(tǒng)該時刻所需要的冷量及系統(tǒng)的優(yōu)化運行參數(shù)，并利用變頻技術，自動控制水泵轉速，以調節(jié)空調水系統(tǒng)的循環(huán)流量，保證中央空調主機處于最高轉換效率，保證中央空調系統(tǒng)在各種負荷條件下，均處于最佳工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)綜合優(yōu)化節(jié)能

2.2 PLC硬件設計

可編程邏輯控制器（PLC）選用西門子S7-1500系列模塊化的分布式控制系統(tǒng)，且同時支持Prifnet-PN、Profibus-DP 和MODBUS 協(xié)議現(xiàn)場總線協(xié)議。現(xiàn)場總線適配器采用隔離型。各種接口模塊（包括可拆卸端子排、通訊模塊、I/O 模塊）可帶電插拔。系統(tǒng)要求高度的可靠性，是免維護型的系統(tǒng)，支持使用CPU 顯示面板就地診斷故障。CPU、I/O 模塊、通訊模塊、電源等在正常工況下平均無故障時間（MTBF）均不低于50 萬小時。

2.3 監(jiān)控軟件設計

系統(tǒng)的軟件設計從用戶操作使用的方便出發(fā)，可采用WINCC、組態(tài)王等上位組態(tài)軟件。用戶在主界面上點擊任意可控設備即可輕松進入該設備參數(shù)的詳細顯示/控制界面，查看各設備及器件的運行參數(shù)，同時還可在該界面進行設備的啟停控制。人性化的設計，使得操作極為便利。

2.3.1 運行狀態(tài)監(jiān)控

（1）主機狀態(tài)

主機運行、停止、故障狀態(tài)；

主機冷凍水供、回水溫度；

主機運行電壓、電流、實時功率；

（2）冷凍（溫）水泵、冷卻泵、熱回收泵狀態(tài)

運行、停止、故障狀態(tài)；

運行頻率、電壓、電流、實時功率

（3）冷卻塔狀態(tài)

運行、停止、故障狀態(tài)；

運行頻率、電壓、電流、實時功率

（4）末端使用區(qū)域環(huán)境狀態(tài)

區(qū)域溫度、溫度、CO2濃度值

最不利環(huán)路壓力值

2.3.2系統(tǒng)控制模式

中央空調節(jié)能控制系統(tǒng)提供多種控制模式選擇，可適用任何復雜控制環(huán)境，且具備自動/手動轉換功能。

（1）主機控制模式

設備聯(lián)鎖啟停控制、設備輪循運行控制、設備啟停時間表控制、設備變頻調速控制、設備無擾切換控制、設備故障切換控制；

（2）冷（溫）水泵控制模式

溫差控制、回水溫度控制、壓差控制；

（3）冷卻泵控制模式

溫差控制、出水溫度控制；

（4）冷卻塔控制模式

比例控制、散熱溫差溫控制、濕球溫差控制；

3 實現(xiàn)的功能

3.1 中央空調節(jié)能控制能耗計量功能

中央空調控制對系統(tǒng)的每臺冷水主機、冷凍泵、冷卻泵、熱回收泵的設備進行分項計量，并提供能耗數(shù)據(jù)報表查詢功能。如圖3所示。

3.2 系統(tǒng)保護功能

中央空調控制系統(tǒng)提供完善的系統(tǒng)保護功能，保障系統(tǒng)的可靠安全運行。

冷卻水出水高溫保護；

冷卻水進水低溫保護；

冷凍水回水高溫保護；

冷凍水高壓差、低壓差保護；

水泵故障自切換保護。

3.3 系統(tǒng)通訊管理功能

中央空調控制系統(tǒng)提供友好的人機通訊管理功能，可實時對系統(tǒng)的網(wǎng)絡進行全局監(jiān)視和管理。

3.4 系統(tǒng)泵組優(yōu)選功能

中央空調控制系統(tǒng)通過群控技術提供泵組的優(yōu)選功能，系統(tǒng)優(yōu)先啟動最佳節(jié)能泵組運行，從而使系統(tǒng)處于最佳節(jié)電模式運行。

3.5 系統(tǒng)群控功能

系統(tǒng)在群控控制模式時，無需用戶任何操作，系統(tǒng)會根據(jù)負荷自動加減機組，在啟停機組過程中會根據(jù)設備聯(lián)鎖關系，嚴格按照啟停先后順序啟停主機、水泵、冷卻塔、閥門等設備，保證各設備安全啟停。用戶也可通過上位畫面聯(lián)鎖啟動、停止按鍵啟停設備，無需用戶手動逐一按順序控制相關的設備，有效減少了人工操作的繁瑣程度和復雜程度，實現(xiàn)真正意義了一鍵啟停設備。

3.5.1 設備輪循運行控制

系統(tǒng)將自動記錄單臺設備的累計運行時間，根據(jù)設備的累計運行狀況來采取超前和滯后控制，盡量使冷水機組達到平均使用，便于用戶進行統(tǒng)一的維護和保養(yǎng)。用戶也可以通過調整設備的累計運行時間，人為干預設備啟停優(yōu)先級，特別是在新老設備共存的情況下，有必要調整設備的啟停優(yōu)先級。通過群控系統(tǒng)提供的設備輪詢控制功能，有力的保證了各設備總運行時間保持平衡，從而確保整個系統(tǒng)設備處于良性的使用狀態(tài)，有效提高設備的利用率

3.5.2 設備變頻調速控制

實現(xiàn)通過群控系統(tǒng)對冷凍泵采用回水溫度、溫差、壓力等多種策略的恒值控制，降低水泵運行速度，達到高效節(jié)能；

實現(xiàn)通過群控系統(tǒng)對冷卻泵采用出水溫度、溫差、中點溫度等多種策略的恒值控制，降低水泵運行速度，達到高效節(jié)能

3.6 系統(tǒng)水力平衡調節(jié)功能

中央空調控制系統(tǒng)采用基于冷量需求供應平衡的水力動態(tài)調節(jié)功能，實現(xiàn)空調管網(wǎng)系統(tǒng)的水力狀態(tài)自動檢測及調節(jié)，保證各管網(wǎng)需求水力平衡，同時有效降低輸送環(huán)節(jié)能耗。

4 結語

綜上所述，PLC具有編程簡單、性價比高、可靠性高、維修方便等優(yōu)點，在中央空調水控制系統(tǒng)設計中具有良好的應用價值，而組態(tài)王以其適應性強、開放性好、經(jīng)濟性好等優(yōu)點，得到了廣泛的應用。該基于PLC和組態(tài)王的中央空調水控制系統(tǒng)操作簡單，經(jīng)實際應用，滿足中央空調水控制系統(tǒng)設計要求，可供類似系統(tǒng)設計參考。

參考文獻：

[1]基于PLC的辦公樓宇中央空調控制系統(tǒng)研究[J].魏立明，高偉陽.現(xiàn)代建筑電氣.2016（12）

[2]基于PLC的中央空調節(jié)能控制系統(tǒng)研究[J].李靜，程春.工業(yè)控制計算機.2014（03）