PLC在舒适性空调自动控制系统中的应用

格力电器（武汉）有限公司 湖北武汉 430056

随着社会经济的发展，能源枯竭问题日益突出，节能成为人们关注的焦点。据统计，建筑能耗占到我国社会能源总消耗量中的30%，其中空调系统能耗所占比例为50%～60%。因此，加强空调系统的优化节能研究对节能减排和可持续发展都具有十分重要的战略意义。

1 PLC的组成

PLC的组成可以归纳为六大模块，其核心部分为微处理器。PLC的组成的第一大模块为中央处理器，中央处理器的作用主要是用来对信号进行收集，其程序的编制应从用户的需求出发，各个目标指令的实现应该根据所反馈的不同数据；数字与模拟输入作为第二大模块，其信号的收集可以有多个渠道，如电位器和变送器等。另一方面，关于对调节阀、变频器、切断阀、接触器以及报警装置的操作控制均可以根据数字与模拟输出模块来得以实现。第三大模块则为电源，主要的任务有两个：一为将交流电转变为直流电，二为提供线板的电源供应；第四大模块为通信模块，它不仅能把PLC信息传送中央处理系统，而且也是I/O接口和计算机设备的联系纽带，其主要工作是对远程的通信互联工作负责。第五大模块编程设备模块，主要是下载和编写程序，它是基于STEP7软件，实现人机互动，WINCC软件的应用使程序员更易修改和编程；第六，接口模块可以为扩展提供电源支持，同时还能够有效扩充PLC的存储容量。

2 PLC在舒适性空调自动控制系统中的应用

2.1 温度传感器

温度传感器能感受温度并以模拟量信号传输，分为热电阻式和热电偶式两类，热电阻又分为金属热电阻和半导体热敏电阻。金属热电阻当温度升高1℃，其阻值增加0.4%～0.6%。空调系统中常用热电阻分度值为Pt100和Pt10的铂电阻，其精度高，性能稳定可靠，但是电阻温度系数较小；或使用Cu50和Cu100的铜电阻，其电阻温度系数较大，电阻值与温度呈线性关系，价格便宜，但是电阻率低，易氧化。半导体热敏电阻由金属氧化物制成，当温度升高1℃其阻值减少3%～6%，可测量温度-100～300℃，其电阻温度系数大，灵敏度高，电阻率大，热惯性小，结构简单，但是互换性差，呈非线性特性，稳定性和可靠性不足。热电偶式是由两个不同材料的导体或半导体组成闭合回路，产生接触电势和温差电势，通过补偿导线转换后远距离传输，其性能稳定，复现性好，体积小，响应速度高，测温技术与集成电路的发展将温度传感器、校正电路、变送电路等集成为电路芯片，常用的模拟集成温度传感器（如AD590）和数字集成温度传感器（如DS18B20）。

2.2 OPC技术

OPC(OLEforProcessControl，用于过程控制的OLE)指用于过程控制的对象链接与嵌入技术，能够为工业应用程序之间提供高效信息集成和交互功能的组件模型接口。对于采用不同的控制软件和协议的系统，OPC均能为不同的过程控制设备间提供可通信的接口，利用OPC这一优势，本文实现了MATLAB与组态软件WINCC之间的通信。OPC的服务器对象分为服务器(Server)、组(Group)和数据项(Item)三类，层次间关系如图1所示。服务器(Server)是组对象的容器，包含服务器对象的所有信息，能够向OPC客户端提供创建和操作组对象的功能；组(Group)为对象的容器，负责提供项的组织和管理机制。项(Item)表示具体的过程变量，也是数据读写的基本单位。

图1 OPC服务器层次关系

2.3 空调制冷系统

（1）制冷设备的开停机顺序，启动时应为冷却塔风机→冷却水泵→冷冻水泵→冷水机组，停机时应为制冷压缩机→冷冻水泵→冷却塔风机→冷却水泵，要保证冷水机组正常运行时冷凝器散热良好，蒸发压力适中不结冰；（2）制冷系统各设备的联锁保护，冷水机组必须在冷却塔风机、冷却水泵和冷冻水泵启动后开机，冷却水泵开机后应延时（1～3min）后再开启冷水机组，冷却塔风机、冷却水泵和冷冻水泵出现故障停机后，冷水机组也应停止工作；（3）制冷系统运行切换，制冷系统常设置多台冷水机组及对应的泵，在不同负荷需要时可自动或手动组合多种系统容量；（4）对制冷系统进行运行监测，除各设备的手动控制按钮外，还需设置设备正常运行及故障指示、报警，并检测设备的电流和电压的安全状态；（5）冷水机组压缩机电动机采用星-三角启动，多机头逐次启动，减轻电网冲击；（6）冷水机组安全保护，冷水机组与冷冻水和冷却水的温度、压力有关，与压缩机吸气、排气的压力、温度有关，设置冷水低温保护继电器、供油温度保护继电器、压缩机内部高温保护继电器、压缩机低压压力保护继电器、压缩机高压压力保护继电器等进行联锁控制，其任一出现故障触点断开后压缩机自动停机，机组本身应具备该控制功能和通信功能。

2.4 流体输配部分自控

空调水系统的控制分为定流量和变流量两种，在变水量系统中随空调末端负荷的变化所需水量也需变化，一般选择供回水干管压差作为控制参数，改变水泵的运行台数，再用压差旁通阀和水泵变频控制供水量，压差旁通控制相对简单，水泵变频更加节能；定流量系统则是通过改变蒸发温度和冷凝温度来实现，水系统能耗占空调总能耗的15%～20%，机组和水泵的容量都较大。

3 结语

空调系统的优化控制要求末端传感器和执行器具有很高的控制精度、检测精度和可靠性，如果出现故障，将会对系统最终的控制效果产生很大的影响，因此优化系统应该配置完善的故障检测和诊断系统，这是下一步需要开展的工作。