基于PLC改造制冷机组电气控制系统分析

陈泽科 孙为刚

摘要：现阶段，制冷机组被广泛应用在于工业、商业、家用电器等方面，传统多台制冷机组及水泵在工作过程中，存在一定的不足，最主要的问题就是集中电气控制方案，因此本文将传统制冷机组中的控制方式改为PLC集中电气控制方案。基于制冷机组电气控制的基本要求，从硬件和软件两个方面入手，分析PLC技术的改造方案。

关键词：PLC技术;制冷机组;电气控制;控制效果

随着科学技术的发展，制冷机组的技术水平不断提高，应用范围也逐渐扩大，在实际应用过程中，制冷机组的运行状态、运行效果都会对日常生产活动产生直接的影响。在不同的应用环境中，制冷机组采用的电气控制系统各不相同，纵观大部分电气控制系统的工作状态，电气控制效果并不理想，需要进行进一步优化。

1 制冷机组电气控制的硬件分析

1.1 制冷机组电气控制要求

制冷机组的电气控制系统在实际应用过程中，辅助设备、主压缩机、节流阀、保护装置等方面发挥着至关重要的作用，控制系统如果无法完成上述工作，那么制冷机组的工作效率也会受到影响。在设计PLC技术硬件系统过程中，先要明确机组的主要设备，以及机组工艺，随着制冷机组型号的不断更新，电气设备数量也随之增加，包括：压缩机、水泵、冷却塔、控制阀、电气控制箱等。机组运行参数：水温、油压、排气压、油过滤器、吸气压力、保护功能。结合制冷机组的特点、工作原理、控制要求，本文采用S7-1500PLC控制系统对制冷机、水泵、阀门等各方面进行集中控制，实现现场所有设备的智能化管理。

1.2 电气控制硬件设计内容

（1）控制网络。采用ProfiNet现场总线的通讯结构，可以提高整个控制网络的传输速度，这种现场总线的通讯结构非常简单，稳定性较强，尤其是和PLC技术相结合，可以有效提高网络控制质量。根据某卷烟厂制冷机组的实际情况，分析制冷机组电气控制系统需要监控的设备，主要包括：制冷机、水泵电机、温度、压力、流量，因此在采用ProfiNet現场总线技术是最为合适的，控制网络情况如图1所示：

（2）主从站PLC技术。主站PLC技术在实际应用过程中，选用CPU1515支持多路通迅主站，这个主站PLC中包含两个通信接口，可以满足硬件方面的控制需求。而在PLC从站的设计上，一共安装了五个模块，分别控制着不同方面，以此从根本上提高控制性能。除此之外，上位工业控制计算机选择了国产研华工控机，借助工控机安装相应的网络适配器，让其和主站共同组成相应监控设备，并且设置了独立的微处理器。

（3）变频器的选型。除了上述两个方面之外，改造后的电气控制系统中包含了两台变频器，分别控制冷却水泵和冷冻水泵，本文选用了G120水泵专用型变频器。这种变频器在实际应用过程中，可以用于水泵、风机类负载的变频驱动。需要注意的是变频器的电流问题，要根据实际情况，科学计算水泵电动机、变频器等方面的工艺参数，以某卷烟厂制冷机组为例，因为该制冷机组中使用的电机均为：132kW的普通电机，且该电机的额定电流为246A，选择电动机额定输出功率132kW，额定电流最大值为250A的变频器。

2 制冷机组电气控制的软件分析

2.1 冷却水泵和冷冻水泵的控制

以某卷烟厂中制冷机组为例，在实际应用的过程中，系统中包含了冷冻水泵、冷却水泵各7台，在上文中可知本文采用了两台变频器分别控制冷冻水泵和冷却水泵。借助变频器启动不同台数的水泵，结合“一拖多”、“先启先停、先停先启”的控制原则，以此避免水泵频繁的起停，同时还可以让每个泵的运行时间基本相同，以此提高设备的综合利用率，降低维修费用。

2.2 冷冻机组自动控制程序分析

在该制冷机组中含有4台螺杆式制冷机，制冷机组的自动控制程序的实现，可以让制冷量得到有效控制。但是在设计自动化控制程序的过程中，先要明确供冷量具体需求，主要涉及制冷机组、水量、载体的比热、需求冷冻水温、需求负荷变化等参数。根据计算得到生产车间的冷负荷量，通过数值之间的对比，配合运算补偿，可以有效决定冷冻机的启停控制，具体控制程序流程如图2所示：

2.3 上位机软件设计

上位机作为整个监控系统中必不可少的组态软件，加强对上位机软件设计监控是实现制冷机组自动化电气控制的重要方式。本文采用SIEMENS的Win CC组态软件，确保其和S7-1500PLC之间实现高效连接，SIEMENS的Win CC组态软件可以和多种自动化控制软件集合在一起。用户可以在界面下进行组态、编程、数据管理，而且在这种软件下，操作画面、控制画面、监视画面、报警画面、实时趋势画面等都可以直观的体现在相应的设备上，工作效率也可以得到根本上的提高。从实际运行的状态上看，水泵变频的改造，让电能得到有效的节约，制冷机组也可以更加稳定可靠。

这种SIEMENS的Win CC组态软件主要实现了以下几种功能：第一，制冷机组监视画面，通过这个软件可以从整体上完成监视工作，画面直观、逼真，包括：制冷机、冷冻泵、冷却塔、蒸汽管道、水路管道、冷却水池。第二，全部的制冷机运行参数也可以在这个软件中可以查看，透过这个软件可以直观看到制冷机内部每一个关键部位，保证制冷机可以安全稳定的运行。除此之外，利用SIEMENS的Win CC组态软件，还可以对历史数据进行收集处理，形成历史曲线画面，实时趋势也可以借助这种方式体现出来。不仅如此，报警记录画面中能够准确表现出故障的日期、时间、设备位置、故障时的信息用户数据。

3 总结

综上所述，基于PLC改造制冷机组电气控制系统在实际应用过程中，系统运行稳定、安全可靠、自动化程度较高且操作便捷，从根本上减轻了工人的劳动强度。不仅如此，从实际应用效果上看，改造后的电气控制系统，发生故障的概率较低，维护保养工作也更加容易，抗干扰能力也在逐渐提高，值得推广使用。

参考文献：

[1] 程立权，钱雪峰，樊海彬，等.基于PLC的风冷式冷水（热泵）机组全自动在线评价系统[J].制冷与空调，2018（10）.

[2] 张林.浅析PLC控制在冷水机组上的程序设计及应用[J].仪器仪表用户，2018（02）.

（作者单位：广州恒星制冷设备集团有限公司）