溴化鋰非電中央空調變頻系統設計

李宇軒張曉清

（1.遠大空調有限公司，湖南長沙 410138；2.湖南工程學院，湖南湘潭 411101）

溴化鋰非電中央空調變頻系統設計

李宇軒1張曉清2

（1.遠大空調有限公司，湖南長沙 410138；2.湖南工程學院，湖南湘潭 411101）

一體化溴化鋰非電中央空調控制系統設計包括中央空調主機控制系統和水輸配控制系統，其中變頻控制部分設計關系到系統可靠運行和節能運行，以往變頻器頻率調節多采用端子模擬量調節，抗干擾能力差，本文針對溴化鋰非電中央空調變頻控制系統可靠性設計，提出了一種通信控制和端子模擬量控制相結合的控制方法，并給出了使用Siemens S7-300系列PLC和施奈德ATV312系列變頻器實現的方法。

Modbus RTU協議 CRC校驗 串行通信 PLC

溴化鋰非電中央空調主機與水輸配系統組合設計形成了中央空調一體化系統，控制系統中的變頻部分設計是一體化系統設計的重要內容。一體化系統變頻設計包括主機部分的發生泵變頻和冷劑泵變頻，水輸配系統中的空調水泵變頻、冷卻風機變頻和冷卻水泵變頻。發生泵用于控制主機溴化鋰溶液的循環，通過變頻設計可以使發生泵能準確控制主機溶液循環量；冷劑泵控制冷劑二次噴淋，變頻控制可以精確控制冷凍水出水溫度；空調水泵和冷卻水泵用于空調水和冷卻水循環，部分負荷情況下，變頻運行能達到節能的目的；冷卻風機控制冷卻水入口溫度，變頻設計可以恒定冷卻水入口溫度，保證機組穩定運行。以往變頻系統設計通常采用端子控制，頻率通過4-20mA信號給定，在實際運行過程中模擬量信號很容易受到干擾，變頻器頻率不穩定，有時甚至損壞模擬量模塊輸出通道。隨著工業通信技術進步，基于RS485總線技術的通信控制正在被廣泛應用于多臺變頻器控制系統設計中，并逐步取代模擬量控制。溴化鋰中央空調一體化變頻系統設計必須能滿足中央空調系統連續可靠性運行要求，本文結合實際給出了一種Modbus RTU通信控制和端子控制相結合的設計方法，大大提高了系統運行的可靠性。

1　控制系統硬件設計

1.1控制系統結構

一體化變頻控制系統由Modbus RTU通信控制部分和端子模擬量控制部分組成，系統結構如圖1所示。通信部分由PLC串行通信模塊CP340和施耐德ATV312變頻器組成，通信系統采用主從通信方式，CP340是通信網絡中的主站，變頻器是通信網絡中的從站，整個通信系統共有5臺變頻器從站。端子模擬量控制部分由Profinet網絡中的子站完成，子站輸入模塊DI-131用于檢測變頻器運行故障，輸出模塊DO-132輸出模塊控制變頻器啟停和變頻器故障復位，同時可以切換通信控制和模擬量控制，模擬量輸出模塊AO-135輸出 4-20mA模擬量信號控制變頻器運行頻率。

1.2變頻器控制接口設計

控制系統設計要求實際運行時以通信控制為主，通信控制出現異常時必須切換到端子控制，通信恢復后系統必須自動恢復通信控制，并且要求在切換過程中變頻器頻率波動最小。施奈德ATV312系列變頻器提供了遠程通信控制功能和強制本地控制功能，遠程通信控制功能和強制本地控制功能是實現變頻器通信控制和端子控制的關鍵。系統設計時使用的變頻器接口包括Modbus通信控制時的通信控制接口，端子控制時的啟停控制接口、通信轉端子控制的強制接口、模擬量信號輸入接口、故障復位控制接口、故障信號輸出接口。變頻器通信采用RJ45接口，4腳5腳為Modbus RS485數據線，8腳為公共端，通信信號有CP340模塊給出；在端子控制時，變頻器LI1端子設定為啟?？刂贫俗?，同時必須定義為強制轉換端子，信號由ET200S從站的8DO-132輸出繼電器KAS給出。變頻器LI3端子定義為故障復位端子，復位信號同樣由8DO-132模塊的輸出繼電器KAR給出。變頻器內部繼電器R1設置為模擬量運行的故障輸出，故障信號輸出到8DI-131模塊。變頻器端子AI3設置為4-20mA模擬量輸入，輸入信號由PLC模擬量模塊2AO-135給定。

在控制系統設計時考慮到應用的可靠性，變頻器參數必須在運行前手動設定。變頻器IO菜單中Tcc設置為兩線控制，模擬量最小值參數CrL3設置為4mA，模擬量最大值參數CrH3設置為20mA，輸出繼電器R1設置為故障輸出。變頻器使用AI3作為模擬量輸入端，CtL菜單參數Fr1參數設為AI3，tFC設置為Fr1。通信菜單COM中，Add為變頻器通信站號，Tbr為通信速率，設置為9600，tFO為通信格式，設為8N1，TTO為變頻器超時檢測，防止變頻器失去控制時仍繼續運行，設置時間為20秒，FLO為強制本機模式，設置為LI1，和兩線制起?？刂乒灿茫醋冾l器切換到端子控制時，強制本機控制和起?？刂仆瑫r生效。變頻器設計接口原理如圖2所示。

1.3CP340模塊通信設置

CP340是Siemens公司經濟型的串口通信模塊，支持RS485/ RS422通信，可以實現多站點間的主從通信，因此采用支持RS485通信的CP340模塊可以方便的實現Modbus RTU串行協議。在本系統設計中參數設置為通信接口模式選擇RS485，2線制，半雙工通信；協議采用ASCII通信協議，以字符傳送時間間隔作為信息幀結束標志，延時時間為4ms；通信格式中通信速率9600bps，8位數據位，1位停止位，無校驗；傳送過程無數據流控制，數據緩沖區大小設置為250，接收開始緩沖區清零。

2　控制系統軟件設計

2.1變頻器Modbus RTU通信控制邏輯

ATV312變頻器Modbus通信可以實現參數配置、運行參數修改、運行控制和狀態監視功能。ATV312變頻器用于通信控制的內部寄存器包括狀態寄存器ETA和命令寄存器CMD。狀態寄存器ETA主要用于顯示變頻器當前狀態，包括上電初始化、參數配置、變頻器鎖定、變頻器允許運行、變頻器故障以及變頻器正反轉等狀態；命令寄存器CMD通信過程用于上位機命令的存儲，變頻器根據寄存器CMD的代碼決定下一步如何運行。在實際變頻器通信設計時，上位機必須時刻檢測狀態寄存器ETA狀態值，并根據狀態代碼決定發送到命令寄存器CMD命令代碼。

2.2PLC通信程序設計

ATV312變頻器通信控制狀態寄存器ETA的Modbus地址為W8603，命令寄存器CMD的Modbus地址為W8601。ATV312變頻器Modbus通信支持0x03功能碼和0x10功能碼，變頻器通信控制運行時，PLC首先使用0x03功能碼讀狀態寄存器ETA狀態，再根據ETA不同狀態使用功能碼0x10向變頻器發送命令進行變頻器控制。PLC通信程序設計包括通信主功能塊FB500、發送接收通信過程功能塊FB501、Modbus命令封裝功能FC500、命令CRC校驗功能FC501。程序執行時循環組織塊OB1調用通信主功能塊FB500，FB500首先調用Modbus命令封裝功能FC500和CRC校驗功能FC501封裝通信命令，然后調用發送接收通信過程功能塊FB501，FB501調用發送數據功能塊FB2和數據接收功能塊FB3完成數據通信過程。如圖3所示。

通信主功能塊FB500控制通信程序流程，實現通信參數的初始化、控制發送接收過程和通信異常處理等功能。通信過程分三個階段，即讀狀態寄存器ETA階段，發送控制命令階段和讀變頻器運行數據階段。變頻器啟?？刂茣r，程序首先讀狀態寄存器，此過程必須將系統中的所有變頻器狀態都讀上來，并存儲到對應的數據塊中；第二階段是根據寄存器狀態進行變頻器復位控制和啟?？刂?；第三階段是當變頻器執行完控制過程命令后讀取變頻器運行數據，用來反饋變頻器運行狀態。程序在處理變頻器通信異常和變頻器故障時采取不同的方法，通信異常時程序自動切換到端子控制，變頻器故障時程序根據ETA狀態對變頻器進行復位，直到將變頻器復位到啟動前狀態。圖4是主模塊通信控制流程。

發送接收通信過程功能塊FB501主要完成數據接收和發送，當FB500封裝完命令后調用FB501進行數據通信。首先FB501程序根據輸入參數解析出要發送命令的DB號，然后解析出命令的首地址，調用數據發送功能塊FB3完成數據發送，并延時調用數據接收功能塊FB2完成數據接收。程序在命令發送完成后進行了接收超時檢測處理，并在數據接收完成后向通信主功能塊發送接收完成標志，啟動下一次循環過程。下面是FB501功能塊的部分程序。

2.3切換通信控制和端子控制

控制系統上電運行時，變頻器以通信控制為主，當系統檢測到PLC與變頻器之間通信異常時，系統通過程序切換到端子控制，在端子控制運行時同時，系統不斷檢測通信狀態，一旦通信恢復正常，系統立即回通信控制狀態。變頻器通信故障是通過發送功能塊、接收功能塊和通信超時檢測進行判斷的，當系統報通信故障并持續一定的時間后，PLC輸出模塊閉合KAS繼電器，強制變頻器為端子控制狀態，此時頻率信號通過4-20mA模擬量輸出模塊給出；變頻器在端子控制時，PLC仍然不斷地試圖通過通信連接變頻器，當檢測到通信正常后系統會立即切換到通信控制狀態，此時繼電器KAS斷開，模擬量信號停止輸出。

3　結語

采用通信控制和端子控制的變頻系統實際運行中，通信異常判斷檢測時間必須小于變頻器設定的通信超時時間，否則變頻器會由于運行頻率不能保持而自動停止運行。當變頻器處于端子控制時，只要檢測通信穩定下來即可切回通信控制。如果系統在變頻器停止運行前仍不能恢復通信控制，變頻器停止運行時必須首先將將模擬量信號減小到4mA以下，直到變頻器運行頻率降為零時，才可斷開繼電器KAS。采用通信控制和端子模擬量控制的變頻器控制系統設計，在溴化鋰中央空調系統中得到了很好的應用，保證了空調系統的平穩運行。

［1］甘朝輝.Siemens CP340模塊實現Modbus RTU協議的研究［J］.工業控制計算機，2005（2）.

［2］周國祥.基于MODBUS總線的變頻調速系統設計與實現［J］.工業控制，2007（12）.

［3］西門子公司.CP340/341/440/441通信及編程.

For the reliability of Non-electric central air conditioning control system design， A kind of inverter control system combined communication control and analog control is presented， and also the realization based on Siemens S7-300 Series PLC and Shneider ATV312 series inverter is introduced in detail.

Modbus RTU；CP340；CRC；PLC

李宇軒（1974—），男，湖南湘潭人，碩士研究生，工程師，研究方向：工業控制總線網絡技術。