PLC在三并联螺杆压缩机组速冻库控制系统中的应用

杨六顺，黄淑琴

（泰州职业技术学院 机电技术学院，江苏 泰州 225300）

PLC在三并联螺杆压缩机组速冻库控制系统中的应用

杨六顺，黄淑琴

（泰州职业技术学院 机电技术学院，江苏 泰州 225300）

基于PLC的三并联螺杆压缩机组速冻库控制系统，充分满足用户对产品自动化程度及可靠性、安全性、灵活性和节能上的要求。文章详细论述了控制系统的软硬件结构、控制思想和实现的功能。

速冻库；模糊控制；PLC

本市某制冷工程公司的螺杆压缩机并联机组，将压缩机、冷凝器（水冷、蒸发式、V型风冷）及相关阀件、“ECO”经济器组件、外置油分离器组件、油冷却器、气液分离器、系统管道、电脑控制箱等组装成整体或分体，应用十分方便，可直接与冷风机、排管或其它类型蒸发器匹配组成完整的制冷系统。该系统品质优良、安装简便、安全可靠、自动化程度高、环境适应性强，且环保节能。

1 速冻库硬件系统及原理[1]

系统结构如图示，其工作过程为[2]：在PLC的控制下，压缩机吸入蒸发器内产生的低温、低压制冷剂蒸气，保持蒸发器内的低压状态，从而使蒸发器内的制冷剂能在常温下汽化。经压缩机压缩后，高温、高压的蒸气进入冷凝器后，在压力保持不变的情况下被冷却介质水或空气冷却，放出热量，温度降低，并进一步凝结成液体，从冷凝器排出高压制冷剂液体经过经济器节流阀时，因受阻而使压力下降，导致部分制冷剂液体汽化，吸收汽化潜热，使其本身的温度也相应降低，成为低温、低压下的湿蒸气进人蒸发器。在蒸发器中，制冷剂液体在压力不变的情况下吸收空气的热量即制取冷量而汽化，形成的低压、低温蒸气又被压缩机吸入，如此往复循环。

2 本设计需解决的主要技术问题

螺杆制冷压缩机组的工作过程中对制冷量的控制属于大惯性纯滞后环节，控制参数会随着环境温度、吸气压力、排气压力、油温、油压等参数的变化而发生不确定变化，传统控制[3]难以达到控制要求。因此采用PLC作为控制的核心器件，将目标温度作为反馈量，编写相应的算法，构成闭环系统，应用模糊控制理论，控制多台压缩机并联方式的联动运行。

3 速冻隧道PLC控制程序设计

3.1 PLC控制系统组成[4,5]

开关量输入信号有冷库开关量、急停按钮及各个保护信号等计31点，启动、停止等主令信号由触摸屏输入。开关量输出有压缩机能量调节电磁阀启动信号等及32点。模拟量的吸气压力经压力传感器转换为0-20m A标准电流信号，接入PLC；排气压力经压力传感器转换为0-20mA标准电流信号，接入PLC，分辨率均设定为0-6000；冷库1-冷库8温度经Pt100传感器接入OMRON的TS102温度模块。

通过触摸屏发送正常运行时的主令信号、运行前的系统参数设置、显示系统运行状况和进行故障报警。

3.2 控制程序设计思想[6]

由PLC控制程序根据压缩机运行过程中隧道温度的变化，采用模糊控制原理[7]，动态启动和卸载压缩机。模糊控制具有实现简单、成本低、对采样要求不高、无需建模等优点，它与传统控制相比，在处理非线性大时滞系统上具有良好的效果。

模糊控制对象：冷库温度是一个比较复杂的被控对象，由螺杆压缩机并联运行的工作性质，根据工艺技术要求，将冷库温度作为模糊控制对象。

模糊控制器：模糊控制器的设计主要是设定各输入与输出变量模糊子集的隶属函数、模糊变量的量化域、模糊控制规则、输入输出变量的比例变换因子。

模糊控制器选用双输入单输出控制方式。两个输入为机组温度在线检测值与内存数据库资料比较得到的偏差e 以及其偏差变化率△e，一个输出为压缩机运行台数及压缩机能量电磁阀开关控制，可把它分为7档。其原理如图2所示。

实测值的模糊化:因为在模糊逻辑推断中运用了语言变量， 而模糊控制器的输入、输出是确定值，所以要求有模糊化过程，将输入确定值变成模糊变量值，以实现调节和控制作用。

本系统涉及的模糊控制器有两个输入信号和一个输出信号，分别为：

输入语言变量E：温度设定值T 与实测温度值D 之差，E＝T－D；

输入语言变量△E：△E=Ei+1-Ei；

输出语言变量U，为压缩机运行台数及压缩机能量调节电磁阀开关控制。

输入变量被划分为负大、负中、负小、零、正小、正中、正大7个模糊状态，分别用符号FD、FZ、FX、ZO、ZX、ZZ、ZD表示，语言的隶属函数选择三角形和梯形；输出变量U的取值也分为7 种状态，表示符号为CD、CZ、CX、H、OX、OZ、OD，每种具体输出状态对应7 个模糊输出状态的隶属度值。

模糊控制规则生成：考虑到控制系统的非线性、大时滞等情况, 根据现场熟练操作者长期工作经验, 得出如表1所示控制规则。

表1 模糊输出状态的隶属度表

其中：OD：三台压缩机100%工作；OZ：两台压缩机100%工作，一台压缩机75%工作；OX：两台压缩机100%工作；H：一台压缩机100%工作，一台压缩机75%工作；CX：一台压缩机100%工作；CZ：一台压缩机75%工作；CD：压缩机全停

PLC控制实现：首先将模糊化过程的量化因子置入PLC的存储器中，然后利用A /D模块将输入量采集到PLC的DM区，经过限幅量化处理后，根据所对应的输入模糊论域中的相应元素，查模糊控制量表求出模糊输出量，再乘以输出量化因子即可得实际输出值，由PLC相应的梯形图进行控制。

3.3 运行效果

以上控制方法已成功应用到多个项目，实际系统运行表明，模糊控制算法使系统获得了良好的控制特性，达到了控制目的和要求。有效的克服了压力控制的滞后性，模糊控制的实时性好，自适应能力强，易于工程实现，有很好的应用及推广价值。图3为实际运行的效果图。

4 结语

理想的压缩机远行方式是根据冷库工作状况制冷量能连续调节，只有压缩机制冷量连续调节时才可以采用PID等精确的控制方法，使系统的运行性能得以改善。但采用连续调节的运行方式需采用变频控制技术，且由于压缩机运行功率大，因此成本过高，不能被用户接受。

本文创造性地提出了制冷量有级调节的压缩机运行方式，将一台压缩机改换为三台压缩机，而每台压缩机又经能量调节电磁阀分2-3级运行。这样就实现压缩机的6-9级制冷量可调节的并联远行。再采用模糊控制理论，借助PLC实现精确控制，较好地克服了压缩机单机运行控制精度低、浪费能源和压缩机使用寿命短的缺点，已成为同类企业进行技术改造的有效途径。

[1] 吴业正.制冷原理及设备(第2版)[M].西安:西安交通大学出版社,1997.

[2] 彦启森.制冷技术及其应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[3] 郑兆志.制冷装置电气控制系统原理与检修[M].北京:人民邮电出版社,2007.

[4] 欧姆龙(中国)有限公司.CP1H OP Manual W450-CN5-01[Z].2005.

[5] 欧姆龙(中国)有限公司.SYSMAC CP 系列CP1H CPU单元编程手册[Z].2005.

[6] 霍罡.欧姆龙CP1H PLC应用基础与编程实践[M].北京:机械工业出版社.2008.

[7] 曾光奇,胡均安,王东,等.模糊控制理论与工程应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2006.

Uses of PLC in Control System of Deep freeze Tunnel of Three Shunt-wound Screw Com pressors

YANG Liu-shun, HUANG Shu-qin
(Taizhou Polytechnic College, Taizhou Jiangsu 225300, China)

Control system of deepfreeze tunnel of three shunt-wound screw compressor based on PLC is adequate to the user’s request on autoimmunization grade, dependability, security, f exibility and econom ization of production. This paper discusses the soft and hardware structure, the control idea and the function realized of it in detail.

deepfreeze tunnel; fuzzy control; PLC

TP21

A

1671-0142(2010)01-0017-03

杨六顺(1961-),男,江苏泰州人,副教授.

（责任编辑 刘 红）