PLC在舒適性空調自動控制系統中的應用

格力電器（武漢）有限公司 湖北武漢 430056

隨著社會經濟的發展，能源枯竭問題日益突出，節能成為人們關注的焦點。據統計，建筑能耗占到我國社會能源總消耗量中的30%，其中空調系統能耗所占比例為50%～60%。因此，加強空調系統的優化節能研究對節能減排和可持續發展都具有十分重要的戰略意義。

1 PLC的組成

PLC的組成可以歸納為六大模塊，其核心部分為微處理器。PLC的組成的第一大模塊為中央處理器，中央處理器的作用主要是用來對信號進行收集，其程序的編制應從用戶的需求出發，各個目標指令的實現應該根據所反饋的不同數據；數字與模擬輸入作為第二大模塊，其信號的收集可以有多個渠道，如電位器和變送器等。另一方面，關于對調節閥、變頻器、切斷閥、接觸器以及報警裝置的操作控制均可以根據數字與模擬輸出模塊來得以實現。第三大模塊則為電源，主要的任務有兩個：一為將交流電轉變為直流電，二為提供線板的電源供應；第四大模塊為通信模塊，它不僅能把PLC信息傳送中央處理系統，而且也是I/O接口和計算機設備的聯系紐帶，其主要工作是對遠程的通信互聯工作負責。第五大模塊編程設備模塊，主要是下載和編寫程序，它是基于STEP7軟件，實現人機互動，WINCC軟件的應用使程序員更易修改和編程；第六，接口模塊可以為擴展提供電源支持，同時還能夠有效擴充PLC的存儲容量。

2 PLC在舒適性空調自動控制系統中的應用

2.1 溫度傳感器

溫度傳感器能感受溫度并以模擬量信號傳輸，分為熱電阻式和熱電偶式兩類，熱電阻又分為金屬熱電阻和半導體熱敏電阻。金屬熱電阻當溫度升高1℃，其阻值增加0.4%～0.6%。空調系統中常用熱電阻分度值為Pt100和Pt10的鉑電阻，其精度高，性能穩定可靠，但是電阻溫度系數較小；或使用Cu50和Cu100的銅電阻，其電阻溫度系數較大，電阻值與溫度呈線性關系，價格便宜，但是電阻率低，易氧化。半導體熱敏電阻由金屬氧化物制成，當溫度升高1℃其阻值減少3%～6%，可測量溫度-100～300℃，其電阻溫度系數大，靈敏度高，電阻率大，熱慣性小，結構簡單，但是互換性差，呈非線性特性，穩定性和可靠性不足。熱電偶式是由兩個不同材料的導體或半導體組成閉合回路，產生接觸電勢和溫差電勢，通過補償導線轉換后遠距離傳輸，其性能穩定，復現性好，體積小，響應速度高，測溫技術與集成電路的發展將溫度傳感器、校正電路、變送電路等集成為電路芯片，常用的模擬集成溫度傳感器（如AD590）和數字集成溫度傳感器（如DS18B20）。

2.2 OPC技術

OPC(OLEforProcessControl，用于過程控制的OLE)指用于過程控制的對象鏈接與嵌入技術，能夠為工業應用程序之間提供高效信息集成和交互功能的組件模型接口。對于采用不同的控制軟件和協議的系統，OPC均能為不同的過程控制設備間提供可通信的接口，利用OPC這一優勢，本文實現了MATLAB與組態軟件WINCC之間的通信。OPC的服務器對象分為服務器(Server)、組(Group)和數據項(Item)三類，層次間關系如圖1所示。服務器(Server)是組對象的容器，包含服務器對象的所有信息，能夠向OPC客戶端提供創建和操作組對象的功能；組(Group)為對象的容器，負責提供項的組織和管理機制。項(Item)表示具體的過程變量，也是數據讀寫的基本單位。

圖1 OPC服務器層次關系

2.3 空調制冷系統

（1）制冷設備的開停機順序，啟動時應為冷卻塔風機→冷卻水泵→冷凍水泵→冷水機組，停機時應為制冷壓縮機→冷凍水泵→冷卻塔風機→冷卻水泵，要保證冷水機組正常運行時冷凝器散熱良好，蒸發壓力適中不結冰；（2）制冷系統各設備的聯鎖保護，冷水機組必須在冷卻塔風機、冷卻水泵和冷凍水泵啟動后開機，冷卻水泵開機后應延時（1～3min）后再開啟冷水機組，冷卻塔風機、冷卻水泵和冷凍水泵出現故障停機后，冷水機組也應停止工作；（3）制冷系統運行切換，制冷系統常設置多臺冷水機組及對應的泵，在不同負荷需要時可自動或手動組合多種系統容量；（4）對制冷系統進行運行監測，除各設備的手動控制按鈕外，還需設置設備正常運行及故障指示、報警，并檢測設備的電流和電壓的安全狀態；（5）冷水機組壓縮機電動機采用星-三角啟動，多機頭逐次啟動，減輕電網沖擊；（6）冷水機組安全保護，冷水機組與冷凍水和冷卻水的溫度、壓力有關，與壓縮機吸氣、排氣的壓力、溫度有關，設置冷水低溫保護繼電器、供油溫度保護繼電器、壓縮機內部高溫保護繼電器、壓縮機低壓壓力保護繼電器、壓縮機高壓壓力保護繼電器等進行聯鎖控制，其任一出現故障觸點斷開后壓縮機自動停機，機組本身應具備該控制功能和通信功能。

2.4 流體輸配部分自控

空調水系統的控制分為定流量和變流量兩種，在變水量系統中隨空調末端負荷的變化所需水量也需變化，一般選擇供回水干管壓差作為控制參數，改變水泵的運行臺數，再用壓差旁通閥和水泵變頻控制供水量，壓差旁通控制相對簡單，水泵變頻更加節能；定流量系統則是通過改變蒸發溫度和冷凝溫度來實現，水系統能耗占空調總能耗的15%～20%，機組和水泵的容量都較大。

3 結語

空調系統的優化控制要求末端傳感器和執行器具有很高的控制精度、檢測精度和可靠性，如果出現故障，將會對系統最終的控制效果產生很大的影響，因此優化系統應該配置完善的故障檢測和診斷系統，這是下一步需要開展的工作。