基于PLC仿真太阳能辐射空调器控制系统探究

周亚东，王 军，何田野

(海南职业技术学院,海南海口570216)

0 引言

太阳能辐射空调器专利自获国家发明专利授权后,在海南某学校办公事务大厅得到初步试验,但其自动控制系统开发不成熟,其实际制冷节能效率与其理论值相差较大,文中以日本三菱FX2N-48MR 型的PLC 为基础，将太阳能辐射空调器各主要硬件部分利用PLC程序实现自动控制应用，是通过编程来完成各种预期的作业，给出了详细的PLC程序设计过程，并利用组态王实现人机界面的自动控制。PLC 控制具有系统简单、可靠，控制灵活等特点。同时实现制冷制热节能预期效果。

1 系统组成及控制要求

1.1 系统组成

太阳能辐射空调器的结构原理示意图如图1所示，系统由太阳环路、冷却水环路、冷冻水环路、供冷空调环路、新风调湿环路组合而成。

其中1、太阳冷水器；2，冷水器泵；3、冷水器电磁阀；4、管网泵；5、管网节流阀；6、管网电磁阀；7、毛细管网；8、新风装置；9、冷却塔；10、辅助水冷冷水机组；11、冷却泵；12、冷却节流阀；13、冷却塔电磁阀；14、新风节流阀；15、新风电磁阀；16、新风泵；17、新风贮冷水池；18、机组泵；19、机组电磁阀；20、机组节流阀；21、水池节流阀;22、水池电磁阀；23、水池泵；24、贮冷水池；25、冷水器节流阀。

图1 太阳能辐射空调器系统组成图

1.2 硬件控制设计

每天正常使用时,供冷空调环路的毛细管网电磁阀、管网泵，新风调湿环路的新风电磁阀、新风泵系统正常工作，以把贮冷水池中水的冷量输至房间释放，降低房间的温度。新风节流阀、毛细管网节流阀为变频阀门，根据室内温度控制其水流速度。组态王控制图如图2所示。

图2 系统启动时毛细管网环路、新风环路组态图

太阳冷水器环路，其主要目的是将贮冷水池中的水通过太阳冷水器每天温度最低时循环制冷，PLC定时器自动启动太阳冷水器、冷水器泵、冷水器电磁阀、冷水器节流阀达到制冷却水效果,保证毛细管网正常供冷需求。此过程太阳冷水器正常工作时，毛细管网系统、新风系统可同时打开。组态王控制图如图3所示

图3 冷水器环路及系统正常启动组态图

图4 贮冷水池辅助水冷机组环路启动组态图

当供冷空调温度较高不能满足制冷时，说明贮冷水池水温较高，此时关闭毛细管网系统及新风系统，强制启动辅助水冷冷水机组工作，启动水池泵、水池电磁阀、水池节流阀，使贮冷水池中水温降到空调所需的温度。毛细管网制冷时，整个程序再回到供冷环路，达到制冷效果。供冷时，可同时制冷。组态王控制图如图4所示

当新风贮冷水池水温高于调湿温度时，辅助水冷冷水机组再工作，机组电磁阀、机组泵启动，毛细管网系统关闭，使新风贮冷水池水温降到新风调湿所需的温度。启动新风泵、新风电磁阀，供冷空调的同时，进行新风调湿.组态王控制图如图5所示

1.3 I/O分配

如图所示为PLC的I/O 接线图，选用FX2N-48MR的PLC，系统共有25 个输入设备和7个输出设备分别占用PLC 的25 个输入点和7 个输出点。为了保证在紧急情况下（包括PLC 发生故障时），能可靠地切断PLC 的负载电源，设置了总停止X21铵钮及启动X20铵钮。

图6 系统I/O分配图

1.4 程度设计

根据本系统的程序设计要求将系统分为9个部分程序设计，分别为自动启动冷水器程序，毛细管网环路启动程序，冷却塔启动程序，辅助冷水机组启动程序，新风环路启动程序，新风风机开启程序，新风贮能辅助冷水机组启动程序，贮能水池水温较高时停止程序，新风贮能水池水温较高时停止程序，对制冷温度要求高时启动辅助冷水机组程序，总启动与停止程序。总程序如下

图5 新风贮能水环路正常启动组态图

1.5 组态设计

系统运用GX Developer组态王，系统对水泵（驱动电磁阀、节流阀）可进行单独开与关的控制，这样有效实现了节流控制，同时利用控制铵钮对系统的启动控制、停止控制、贮冷水池温度高时控制、制冷需要较高时控制、新风水池高温时控制，配合PLC及各环节温度传感器、水流量传感等实现适时的管理与监控，同时利用自动与手动的适时控制，有效节约效能，实现太阳能辐射空调器与普通温差空调相比节能70%以上的预期。

2 结论

文中通过对太阳能辐射空调器各组成部分进行控制分析，利用PLC及组态控制软件实现全自动控制，并给出了系统运行的详细递形图及组态控制图。如果再配合各主要部分及各房间温度传感器及水流控制器可即可完全实现系统的全自动控制，为专利的成果转换及实现节能预期打下基础。

周亚东;梁栋;庞鸿山;邢诒存.太阳能辐射空调器.中国专利：ZL 201210282428 2012-08-10

第三作者:何田野,1990年12月生，男，湖北阳新人，从事电子、太阳能自动控制专业研究