基于PLC的全新風(fēng)熱泵型屋頂式空調(diào)機(jī)

1 引言

風(fēng)冷組合式機(jī)組基于plc的全新風(fēng)熱泵型屋頂式空調(diào)機(jī)組，集送風(fēng)、制冷、加熱、加濕、空氣凈化、電氣控制等于一體，具有制冷量大、制冷回路簡(jiǎn)化、可靠性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。機(jī)組可以安裝在屋頂，不占用有效空間，空氣處理部分也可安裝在機(jī)房?jī)?nèi)，送風(fēng)管道連接簡(jiǎn)便。采用plc控制系統(tǒng)能夠保證機(jī)組精確的溫、濕度。本文結(jié)合某單位設(shè)計(jì)安裝的空調(diào)系統(tǒng)實(shí)例概述該類空調(diào)產(chǎn)品的控制特點(diǎn)?？照{(diào)系統(tǒng)控制要求綜述：

(1) 溫控范圍及靈敏度：夏季10±2℃，冬季8±2℃；

(2) 濕控范圍及靈敏度：夏季55±10%，冬季40±10%；

(3) 變風(fēng)量運(yùn)行，且配置備用送風(fēng)機(jī)段，在風(fēng)機(jī)故障時(shí)自動(dòng)投入運(yùn)行；

(4) 機(jī)組制冷量200kw，制熱量(熱泵式)124kw，能量控制分如下幾檔：0%，25%，50%，75%，100%。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件架構(gòu)

(1) 各回路均配置空氣開關(guān)、交流接觸器及熱繼電器；

(2) 送風(fēng)機(jī)配置變頻器，頻率可調(diào)節(jié)范圍30~50hz；

(3) 控制系統(tǒng)采用西門子s7-200cn可編程控制器，人機(jī)界面采用全中文顯示的西門子觸摸屏，具體配置為：cpu226一塊、em222一塊、em235一塊、em231rtd三塊、em232一塊、觸摸屏ktp178一臺(tái)、新風(fēng)、室內(nèi)溫濕度傳感器各一只、除霜探頭四只、露點(diǎn)溫度傳感器一只。

2.2 控制對(duì)象

機(jī)組控制對(duì)象包括：送風(fēng)電機(jī)(一用一備)、送風(fēng)機(jī)變頻器、預(yù)加熱電加熱器、電加熱器、加濕器、風(fēng)閥、渦旋式壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)、四通換向閥等?；趐lc的全新風(fēng)熱泵型屋頂式空調(diào)機(jī)控制流程如圖1所示。



圖1 全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)控制流程

3 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

3.1 夏季控制

機(jī)組做制冷運(yùn)行，并按露點(diǎn)溫度控制。露點(diǎn)溫度由用戶在觸摸屏上設(shè)置。當(dāng)蒸發(fā)器露點(diǎn)溫度大于設(shè)定值△t1℃時(shí)先啟動(dòng)壓縮機(jī)1，大于設(shè)定值△t2時(shí)啟動(dòng)壓縮機(jī)2，壓縮機(jī)1運(yùn)行延時(shí)一段時(shí)間后，由室內(nèi)溫濕度傳感器測(cè)量值與室內(nèi)溫濕度設(shè)定值比較，若溫度偏高△t3，再啟動(dòng)壓縮機(jī)3，偏高△t4時(shí)啟動(dòng)壓縮機(jī)4，與此同時(shí)若室內(nèi)濕度大于設(shè)定值，投入電加熱(如果室內(nèi)溫度低于設(shè)定值也要投入電加熱)，若新風(fēng)溫度低于設(shè)定值，壓縮機(jī)1，2停止，同時(shí)濕度低于設(shè)定值時(shí)壓縮機(jī)3，4也停止。

3.2 冬季控制

冬季機(jī)組熱泵運(yùn)行，當(dāng)新風(fēng)溫度低于默認(rèn)值t1℃時(shí)，壓縮機(jī)1啟動(dòng)，低于默認(rèn)值t2℃啟動(dòng)壓縮機(jī)2，當(dāng)新風(fēng)溫度低于默認(rèn)值t3℃且室內(nèi)溫度偏低t4℃以上，壓縮機(jī)3啟動(dòng)，當(dāng)新風(fēng)溫度低于默認(rèn)值t5℃且室內(nèi)溫度偏低t6℃以上，壓縮機(jī)4啟動(dòng)，若新風(fēng)溫度低于t7℃預(yù)加熱投入；若室內(nèi)溫度低于各設(shè)定值t8℃時(shí)電加熱分組啟動(dòng)；高于設(shè)定值t9℃時(shí)電加熱依次停止；若新風(fēng)溫度升至t10℃時(shí)，預(yù)加熱和電加熱都停止；如果壓縮機(jī)啟動(dòng)，則電加熱停止。熱泵運(yùn)行一段時(shí)間后，當(dāng)室內(nèi)溫度高于各設(shè)定值t11℃時(shí)依次停各壓縮機(jī)。此外，室內(nèi)溫濕度還可根據(jù)實(shí)測(cè)值由熱回收裝置和加濕器進(jìn)行加熱控制和加濕調(diào)節(jié)。

3.3 除霜控制

冬季機(jī)組做熱泵運(yùn)行時(shí)，特別是當(dāng)環(huán)境溫度接近0℃或低于0℃時(shí)，機(jī)組將出現(xiàn)結(jié)霜狀況。除霜時(shí)采用互鎖控制，避免溫度波動(dòng)過大，即系統(tǒng)1進(jìn)入除霜時(shí)，系統(tǒng)2不能同時(shí)進(jìn)入除霜，系統(tǒng)3進(jìn)入除霜時(shí)，系統(tǒng)4不能同時(shí)進(jìn)入除霜；除霜時(shí)投必要的電加熱。當(dāng)機(jī)組進(jìn)入制熱工況后，低溫低壓的制冷劑進(jìn)入翅片換熱器，盤管溫度不斷下降，吸氣溫度也隨著下降，當(dāng)盤管溫度下降到設(shè)定值時(shí)，并且除霜周期已到，plc控制四通換向閥換向進(jìn)入除霜模式，同時(shí)停止冷凝風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)電加熱器；當(dāng)蒸發(fā)器盤管溫度上升到 設(shè)定值，或除霜執(zhí)行時(shí)間到達(dá)設(shè)置的最長(zhǎng)除霜時(shí)間，四通閥換向，除霜結(jié)束，電加熱停止運(yùn)行，機(jī)組又進(jìn)入制熱工況，如此循環(huán)下去。

3.4 加濕器控制

送風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，當(dāng)室內(nèi)相對(duì)濕度低于設(shè)定值時(shí)，加濕器按比例投入。若選用電極加濕器，則在加濕器上配有加濕控制板，能自動(dòng)進(jìn)行進(jìn)、排水控制，為方便用戶使用，在plc還加上加濕器手動(dòng)排水和定時(shí)排水控制。

3.5 送風(fēng)機(jī)控制

當(dāng)主用送風(fēng)機(jī)故障并停機(jī)時(shí)，可自動(dòng)切換為備用送風(fēng)機(jī)運(yùn)行，并關(guān)閉主用送風(fēng)機(jī)相應(yīng)風(fēng)閥，啟動(dòng)備用送風(fēng)機(jī)相應(yīng)風(fēng)閥。在備用送風(fēng)機(jī)工作時(shí)，應(yīng)修理好主用送風(fēng)機(jī)。送風(fēng)機(jī)通過變頻器改變頻率，從而改變送風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到變風(fēng)量運(yùn)行且節(jié)能目的。

3.6 變頻器防干擾處理

變頻器很容易產(chǎn)生干擾源，使溫濕度波動(dòng)加劇，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使控制器誤動(dòng)作，影響空調(diào)機(jī)正常的邏輯控制，因此，無論從硬件還是軟件方面都必須考慮消除變頻干擾。布線時(shí)，動(dòng)力線與控制線分開，變頻器必須可靠接地，熱電阻pt100應(yīng)使用橋式接法。軟件方面應(yīng)對(duì)各模擬量輸入接口進(jìn)行濾波處理等措施。這樣基本能消除變頻器所帶來的干擾。

3.7 人機(jī)界面

采用全中文的觸摸屏顯示器，操作簡(jiǎn)易，顯示內(nèi)容豐富?？蓪?shí)時(shí)監(jiān)控各處的溫、濕度參數(shù)，設(shè)定室內(nèi)溫、濕度值，定時(shí)開、關(guān)機(jī)功能，顯示實(shí)時(shí)故障與歷史故障。為安全起見，對(duì)一些重要參數(shù)設(shè)置多級(jí)密碼保護(hù)。

3.8 安全保護(hù)

機(jī)組主要設(shè)置如下保護(hù)：送風(fēng)機(jī)變頻故障、送風(fēng)機(jī)風(fēng)壓故障、電加熱高溫保護(hù)、用戶外部故障連鎖、電源相序保護(hù)、壓縮機(jī)高、低壓保護(hù)、壓差報(bào)警、加濕故障。

4 結(jié)束語

全新風(fēng)熱泵型屋頂式空調(diào)機(jī)已經(jīng)在某單位可靠運(yùn)行一年以上，滿足用戶溫、濕度控制要求，用戶反映良好，機(jī)組運(yùn)行至今還沒有出現(xiàn)任何不良故障。全新風(fēng)熱泵型屋頂式空調(diào)機(jī)最大特點(diǎn)是能向被控環(huán)境提供新鮮的舒適空氣。對(duì)于不同季節(jié)，使用不同運(yùn)行模式，既高效又節(jié)能。此類空調(diào)機(jī)在冶金、化工及機(jī)電等行業(yè)將得到廣泛應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。