MB40可编程控制器在车间空调自控系统中的应用.pdf

行 业 应 用 与 交 流 n du s t r i a l Ap p l i c a t i on s an d COmm u n i c at i O n s 自动化技术 与应用 2 0 1 1年第 3 0卷第 9期 P L C大多具有完善的数据运算能力 ， 可用于各种数字控 制领域。近年来 P L C的功能单元大量涌现， 使 P L C渗透 到了位置控制、温度控制、C NC等各种工业控制中。加 上 PL C通信能力的增强及人机界面技术的发展 ， 使用 P L C组成各种控制系统变得非常容易。 【 参考文献 2 】 南瑞 MB 4 0智能可编程逻辑控制器作为 MB系列智 能可编程控制器家族中的重要成员 ， 在开发研制过程 中 采用 了工业控制领域的一系列最新成果和最新思想 ， 生 产过程采用先进 的生产加工工艺和精制的外观设计 。 它的主要特点包括 高性能的监控 C PU 模件、全智能 化的I ／ O模件、开放、标准的通讯网络、强大的串口通 讯功能、先进的现场总线网络、灵活、可靠的双机热备 冗余方案等。本文基于性价比极高的南瑞 MB 4 0 P LC 和北 京昆仑通态组态软件成功的开发出车间空调智能 自控系统 ， 运行稳定 ， 效率较高， 得到了客户的赞扬。 2 空调 暖通 系统 空 调 的 概 念 根 据 美 国 暖 通 制 冷 工 程 师 协 会 A S HRAE Ame r i c a n S o c i e t y o f He a t i n g ，Re f r i g e r a t i o n a n d A i r C o n d i t i o n i n g E n g i n e e r 空调就是同时控制温 度、湿度、洁净度和气流分布以满足空间环境要求的空 气处理 过程 。H VA C h e a t i n g， v e n t i l a t i o n， Ai r c o n d i t i o n 控制系统的目的是通过控制锅炉、冷冻机、 水泵 、风机 、空调机组等等来维护环境 的舒适 。 通常的空调暖通系统都需要满足如下条件 1 可联网工作 ， 可将用户设定值、当前房间环境 参数、风机工作模式等信息传到监控中心。监控中心也 可强 制改变 控制 VAV 的工作状 态 。 2 与系统控制器配合使用。 3 可控制三速风机的输出。 4 可改变运行模式 加热、制冷或 自动 5 有通讯插 口， 可就地编程。 6 上位机可以直观显示画面供操作人员参考 3 控 制系统 3 ． 1 系统组成 控制系统框图如 图 1所示。 3 ． 2 系统分析 本空调 自控系统采用南瑞 MB 4 0 P L C作为主机， 采 用业界通用的双机冗余配置 ， 确保系统的安全性 。主机 共控 制八 个 子 系统 a 净化空调子系统 b 舒适性空调子系统 C 屋顶新风机子系统 d 变频排风机子系统 e 冷却水子系统 f 空调水子系统 g 供 回水子系统 h 换气排风机子系统 图 1 控制系统框图 上位机采用 HMI 进行系统监控， 实时采集八个子系 统的数据并进行实时显示 ， 通过软件设定当初、中效、 高效压差超过一定的范围时， 上位机将发出警报信号以 提醒值班人员注意需要采取相应措施 ， 同时发出短信告 警 。下面就其 中三个子系统控制方案进行分析。 1 净化空调子系统AHU o t o 2 、0 3 、o 4 控制方案 1 对于洁净车间的生产要求， 通过保证一定的风 量 来 使所 有 的受 控制 房 间保 证必 要 的正 压 要求 是最 十 分重要的。所以本方案 中以保持一定的风量来控制变 频器频率 ， 以保证生产车间的换气要求。现场配置 4台 YGM一3 0 3风量传感器 ， 检测四台空调净化机组的送风 量。P V风量测量值 ， S V风量设定值， O AHU一 1 2 ， 3 ， 4 风机转速变频控制指令 ， F 变频器信号反馈 ， 在 P LC上 实现 ， 并且M／ A 手、 自动 控制模式可任意无扰动切换。 2 在机组侧安装初效和中效压差开关 ， 在高效侧 选装一个压差传感器 ， 并通过软件设定当初、中效、高 效压差超过一定的范围时， 上位机将发出警报信号以提 醒值班人员注意需要更换清洗滤网 ， 同时发出短信告警； 3 监视风机及变频器运转状态 ， 异常或故障上位 机提示报警， 同时发出手机短信告警 ； 4 风机可在手动变频和 自动变频两种工况下任意 自 动 化 技术 与 应 用 2 0 l 1 年 第3 0 卷 第9 期 彳 亍业 应 用 与 交 流 I n d us t r i al Ap pli c a t ion s an d Commun i c at i o n s 选择工作模式； 5 本 系统的核心控制 制策 略 ， 应的提示信息显示 ， 同时发出手机短信告警 ； 恒温恒湿 的温湿度控 2 空调水系统控制方案 i 回风温度感测器 T E经温度控制 P I D控制冷水 电动三通阀和蒸汽加热阀。如果回风温度低于设定点 T S P， P L C控制系统根据温度 P I D程序减小冷水电动三 通阀开度 ， 并打开蒸汽加热阀， 如果 回风温度高于设定 点 T S P， MB 4 0 P L C控制系统根据温度P I D程序来开 大冷水 电动阀开度， 并关小蒸汽加热阀； i i 回风湿度感测器 HT经湿度控制 P I D控制冷 水电动三通阀。如果回风湿度高于 HT- S P， MB 4 0 P L C 控制系统打开冷水 电动三通阀 ， 降低送风温度至露点 ， 减少空气的绝对含湿量 ， 进行夏季空气除湿降温处理 ； 如 果回风湿度低于 HT S P ， P L C控制系统关小冷冻水电动 三通 阀 减少 除湿 降温处理 ； i i i 冷水电动阀同时受温度P I D和湿度 P I D控制， P L C控制系统采用温度控制优先的原则 ， 首先保证回风 温度的控制， 如果 因为除湿导致送风温度过低 ， 则系统 依靠蒸汽加 热阀来维持送风 温度 的恒定 ，这个我们 MB4 0 P LC系统在控制程序中设计了冷冻水出水调节 阀的联调逻辑； i v 本套系统中设计有蒸汽加热加湿快速切断阀， 其在 MB 4 0 P L C控制系统中有严密的控制逻辑， 以实现 连锁 控制 ， 这 个相 当重要 。 6 本系统 中所有设备故障， 如风阀， 调节阀， 变频 器 ， 工频 风机 、泵 等 ， 一旦 发生故 障 ， 会有 手机短信 告警 发送到操作员及管理人员的手机上 ； 7 实时监测车间所有门内外微压差 ， 并可在 中心 计算机上设定报警范围 ， 当压差超过设定值 ， 并且该报 警值一直超过报警设定值的设定时间后 ， 立即产生报警 提醒值班人员注意 ， 这样子做 ， 是为了防止现场信号瞬 问的波动、干扰或其它 因素导致的非真正意义上的报 警 ； 同时 发 出手机 短信告 警 ； 8 四个净化空调机组各设一只新风电动密闭阀 ， AHU一 3 、AHU一 4 再各设一只回风电动密闭阀， 设计六 种模式 ， 分别为缺省模式 ， 自动开机模式、自动换气模 式， 灭菌过程模式， 灭菌结束模式， 关机模式， 在上位机 上实现一键实现功能。也可以由操作员人为单点操作。 详见 自控流程设计 V3 ． 2 ， 及操作说明。每种模式下得控 制， 只要 “ 卡”在哪一步 ， 超时不成功， 则上位机会有相 空调水系统涵盖的设备比较多 ， 计有 2台冷冻泵 ， 2 台冷却泵 ， 还有一台屋顶冷却塔风机。但是控制策略却 是比较统一 ， 所 以就不单列每个独立设备 的控制方案 ， 而以系统控制的方式加以描述。对于该系统的控制 ， 分 为两个子系统 ， 冷却水系统和冷冻水系统。 a 冷冻水子系统 该系统主要是由美国特灵 RT HD冷冻机来控制， 由 于冷冻机组本身的保护和控制一般都考虑的比较详尽 ， 也比较成熟 ， 所 以本子系统仅对两台工频冷冻水泵加以 控制 即控制启停 ； 在控制冷冻水泵 的同时监测冷冻泵供 回水温度的 情况以大致了解冷冻机的工作负荷 ， 同时从水流状态监 视冷冻水循环是否正常进行。 b 冷却水子系统 对于该子系统的控制 ， 同样是控制两台工频冷却泵 的启停， 并实时监测冷却水供、回水的温度 通讯协议提 供 ， 通过冷却水温度的状态 ， 来控制屋顶冷却塔风机的 变频控制输出， 这样避免在冬天的情况冷却塔风机也要 全力输出。供水温度高， 变频器输出控制加大。同时在 系统 中设计冷却水供水温度与屋顶冷却塔风机变频器 的连锁控制， 以实现节能 目的。 冷却水系统的循环状态同样通过水流状态来监测。 注 RTHD冷水机组温度信号与水流状态信号等都 由冷冻机控制箱的触摸屏 以通讯接 口方式提供 协议为 L o n wo r k s ， 本施工方负责将 L o n wo r k s 转换成 Mo d b u s 协议， MB 4 0 P L C负责数据采集并控制有关设备。 3 冻干机冷却水系统控制方案 对于冻干机水系统的控制 ， 类似于空调冷却水系统 的控制， 由冻干机水泵供、回水的温度来变频控制冻干 机冷却塔风机。供水温度高， 冻干机冷却塔风机变频器 输 出加大 ， 供水温 度设 定值 2 5 ℃ ， MB 4 0 P LC根据上 位 机供水温度的设定值 ， 进行 自动控制。其数字输入点 为 冻干机水泵控制箱手 ／自动状态、冻干机水泵运行 状态、冻干机水泵故障报警信号、冻干机冷却塔风机变 频器运行状态、冻干机冷却塔风机变频器故障报警 ， 数 字输出点为冻干机水泵启停 、冻干机冷却塔风机变频 器启停 。