基于PLC的循环风冷却系统自动控制技术研究.pdf

P L C 与D O S PL C a n d DCS 自动化技术与应用 2 0 1 6 年第 3 5卷第 2期 基于 P L C的循环风冷却系统自动控制技术研究 崔 哲 ， 丁东旭 ， 袁广超 。 魏纪君 合肥通用机械研究院 ， 安徽 合肥 2 3 0 0 8 8 摘 要 舰用电子多采用密闭式电子机柜结构 ， 其发热量比较大 ， 为了将热量带走 ， 采用循环风冷却系统。本文主要 P L C的循环 风冷却系统 自动控制进行研究 ， 主要研究以可编程控制器 PLC 控制系统为核心的微电脑控制系统 ， 合理地控制循环风 冷却系统压缩机、电加热、冷凝回热器的启停 ，同时能够实现故障报警 ， 并能对送风温度进行调节 ， 经过实验验证 ， 该控 制系统在循环风冷却系统的实际控制中发挥较好的控制功能。 关键词 循环风冷却系统 ；自动控制 ； P L C 中图分类号 T M5 7 1 ． 6 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 6 0 2 0 0 8 7 一 O 4 Re s e a r c h O n t h e Au t o ma t i c Co n t r o l o f Ci r c u l a t i n g Ai r Co o l i n g Sy s t e m Ba s e d O n PL C CUI Z h e ， DI NG Do n g - x u ， YUAN Gu a n g c h a o ， WE I J i - j u n H e f e i Ge n e r a l Ma c h i n e r y R e s e a r c h I n s t i t u t e ， H e f e i 2 3 0 0 8 8 C h i n a Ab s t r a c t Th e h e a t o f n a v a l e l e c t r o n i c wi t h a i i g h t c a b i n e t s t r u c t u r e i s r e l a t i v e l y l a r g e ，i n o r d e r t o t a k e t h e h e a t a wa y , the wi n d c i r c u l a t i o n c o o l i n g s y s t e m i s a d o p t e d． Th i s p a p e r r e s e a r c h e s t h e a u t o ma t i c c o n t r o l o f PLC c i r c ul a t i n g wi n d c o o l i n g s y s t e m， a n d ma i n l y r e s e a r c h e s mi c r o c o mp u t e r c o n tro l s y s t e m wi t h PLC a s t h e c o r e ，t h e r e a s o n a b l e c o n t r o l o f s t a r t a n d s t o p o f c i r c u l a t i o n wi n d c o o l i n g s y s t e m o f c o mp r e s s o r ,e l e c t r i c h e a t i n g ， c o n d e n s i n g h e a t e x c h a n g e r ． At t h e s a me t i me t o r e a l i z e f a ul t a l a r m，a nd i s a b l e t o r e g u l a t e s e n d ing a i r t e mpe r a t u r e ． Ex p e r i me n t s h o ws tha t t h e c o n tro l s y s t e m i s b e t t e r t o p l a y a c o n tro l f u nc t i o n i n the a c t u a l c o n tro l o f c i r c u l a t i n g a i r c o o l i n g s y s t e m． Ke y wo r ds c i r c u l a t i n g a i r c o o l i ng s y s t e m； a u t o ma t i c c o n tro l ； P LC 1 引言 舰用电子设备采用密闭式电子机柜机构 ， 电子设备 的热流密度较大 ， 为了将电子设备的热量带走 ， 现采用 循环风冷却系统对其冷却 ， 达到对电子设备冷却的目的。 根据循环风冷却系统的技术指标要求 ， 并综合考虑其运 行特点 ， 循环风冷却系统采用自动控制方式 ， 实现循环 风冷却系统在设定供风温度值范围内自动运行 ， 同时提 供远传设备运行信号及报警信号。 2 循环风冷却 系统原理介绍 循环 风冷却系统主要工作原理主要 由制冷循环和 空气循环两部分组成。制冷系统的特别之处在于该制 收稿 日期 2 I 1 5 0 1 - 0 4 冷循环中使用了冷凝回热器 ， 制冷系统共 由压缩机 、 水冷冷凝器 、膨胀 阀 ， 蒸发器 ， 冷凝回热器组成 ， 用 管道将其连成一个封闭的系统。工质在蒸发器 内与被 冷却的空气发生热量交换 ，吸收空气的热量 并气化 ， 产生 的低压 蒸汽被压缩机吸入 ， 压缩后 以高压排 出 ， 压缩过程需要消耗能量 ； 压缩机排出的一路高温高压 气态工质在水冷冷凝器 内被常温的水冷却 ， 凝结成高 压液 体 ， 另一 路 高温 高压 气 态工 质在 冷 凝 回热器 内被 循环空气冷却 ， 也凝结成高压液体 ， 两路高压液体在 冷凝器出汇集成一路高压液体 ； 高压液体流经膨胀 阀 时节 流 ， 变成低压、低温湿蒸气 ， 进入蒸发器 ， 工质 在蒸 发器 内与被冷却的空气发生热量交换 ， 吸收空气 的热量并气化 ， 如此周而复始。 P L C 与D C S PL C a n d DCS 自动化技术与应用 2 0 1 6 年第 3 5卷第 2期 4 P L C控制系统 控制系统的核心部件是 P L C 。P L C是随着自动化水 平的 日益 提高及 微 电子技术 的发速 发展 ， 在继 电器 控制 的基础上产生的一种新型控制装置。它将 3 C C o mp u t e ， C o n t r o l ， C o mmu n i c a t i o n 技术 ， 即微型 计算机技术 、 控制技术及通信技术融为一体 ， 应用到控制领域的一种 高可靠性控制器。在具体的工程实践中 ， 这种控制方式 控制程序开发周期短 ， 现场调试方便 ， 是一种工业领域 常用的控制方式。 P LC控制系统采用西门子 S 一 3 0 0系列单元和模块 ， 来实现循环风冷却系统各参数的检测 ， 控制、显示和报 警 ， 扩展模块可通过主单元的扩展接槽直接与其连接。 控制系统组成框图如下 西 门予 触 摸显示 屏 I f 可 糖 g拙 也I 婴，D 1{ 【 王1 工q 一 、I- 一L ／ I I 1 『 字量 辅入 模块 数字 量输出 模 块 模拟量 输入 模块 模 拟量输出 模 块 上 上 上 上 上 设 状 温 湿 压 电 备 设 态 电 接 度 度 力 动 状 备 指 磁 触 传 传 传 调 态 报 操 警 不 阀 器 感 感 感 节 灯 嚣 器 器 阀 作 图 2 控制系统组成框图 控制系统的开关量输入点数共 2 5点 ， 输出点为 2 9 点 ， 扩 展模 块选 择 了继 电器 输 出模 块 点 、 继 电器输入 ／输出模块 8 人 出 。模拟量的 扩展模 块选择 了两个 人 ／ 2出 模块 ， 选用 铂 电阻检测 ， 分别采集 电子机柜的出风温度 以及机组总 回风温度、冷却水进水温度 、压缩机吸气 温度。同时主 模块还分别采集了送风温湿度、冷 凝压力、送风余压 ， 以及控制两个调节阀的两路模拟 量输 出 ， 模拟量分别为 电压信号和 电 流 信号 。 循环风冷却系统对送风温度的调控主要通过压缩机 的卸载及全载 ， 1 、2 电加热的开启、冷凝回热器的 回热调节阀开度来实现 ， 调节阀的驱动是由接收 0 的模拟量信号控制 ， 通过采集的送风温度进行 计算 比较得到 的相应 阀位开度 。 5 控制系统程序设计 循环风冷却系统控制程序设计主要步骤如下 程序初始化 利用 模块复位所有中间继 电器 ， 寄存器清零 ， 回热调节阀和三通调节阀君定位在 5 0 ％阀位。 2 传感器信号读人 送风温度、送风湿度 3 显示器输出 各种显示模式 ， 包括启动 ， 运行 ， 切换 ， 故障 ， 内部参数和设定值更改与显示。 4 开机顺序 首先启动风机 ， 再根据送风温度和 湿度的参数值与设定值的比较依次开启 l 电加热 ， 2 电加热 ， 压缩机 ， 若同时达到启动条件 ， 依照顺序分别 延时 3 S 。 5 运行调节 温度调节 ， 根据设定温度值 ， 当前 送风温度 ， 使用 算法调节回热调节阀开度 ； 冷凝压 力调节 ， 在压缩机运行时 ， 使用 算法调节海水三通 阀开度 ， 使冷凝压力稳定在设定值。 故障监测与处理 ； 发生故障时 ， 故障标识位置 进入 “ 故障显示”状态。 7 关机顺序 停机信号 压缩机、电加热依次复位 ， 回热调节 阀 ， 三通调节阀回位至 阀位 ， 风机延时 复位 。 控制流程 图如下 图 3 控制流程图 6 实验验证 在模拟负荷为 时 ， 送风温度和湿度以及回热 调节阀开度运行曲线图如下 此时压缩机卸载运行 ， 1 电加热投入运行 。 在模拟负荷为 时 ， 送风温度和湿度以及回热 调节阀开度运行曲线图如下 此时压缩机全载运行 ， l 电加热投入运行。 自 动 化 技 术 与 应 用 2 0 1 6 年 第3 5 卷 第2 期 P I_ O 与D O S PL C an d DCS 图 4 0 k W 送风温度和湿度以及回热调节阀开度运行曲线图 图 5 1 8 k W 送风温度和湿度以及回热调节阀开度运行曲线图 经过实验验证 ， 送风温度和湿度在设计要求范围内， 回热三通开度正常 ， 压缩机卸载和全载以及电加热控制 正常 ， 循环风冷却设备运行平稳。 7 结束语 采用 P L C可编程控制器对所有执行元器件 以及检 测元器件进行控制和检测 ， 使循环风冷却系统启动和 运行平稳 ， 操作方便 ， 控制精度高 ， 报警反应灵敏 ， 可靠性强。该循环风冷却系统在 电子机柜设备 冷却 已 应用广泛 ， 也可用于对其他工业领域 的发热设备 的通 风冷却 。 参考文献 [ 1 】黄明琪 ， 冯济缨 ， 王福平 ． 可编程序控制器 [ M】 ． 重 庆大学 出版社 ， 2 0 0 3 ， 5 ． 【 2 】蒋慰孙 ， 俞金涛 ． 过程控制工程 [ M】 ． 北京 中国石 化出版社 ， 2 0 0 4 ， 2 ． 【 3 】李学海 ． P I C单片机实用教程 ． 基础篇 【 M】 ． 北京航空 航天大学 出版社 ， 2 0 0 2 ， 2 ． [ 4 】吴业正 ． 制冷设备及原理 第 3 版 [ M】 ． 西安交通大 学出版社 ， 2 0 1 0 ， 9 ． [ 5 】 崔坤理 ． 特种循环冷却装置控制系统研究 [ J 】 ． 制 冷 ， 2 0 1 0 ， 6 ． [ 6 】高涛 ， 吴兆林 ， 周志钢等 ． 基于 PLC的液冷系统 自 动控制 [ J 】 ．自动化仪表 ， 2 0 0 6 ， 9 ． 作者简介 崔哲 1 9 8 1 - ，男，工程师， 主要从事船用系列冷却 设备 及空调控 制系统 的研发 工作 。