基于PLC的全新風(fēng)熱泵型屋頂式空調(diào)機

1 引言

風(fēng)冷組合式機組基于plc的全新風(fēng)熱泵型屋頂式空調(diào)機組，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、制冷回路簡化、可靠性強、結(jié)構(gòu)緊湊等特點。機組可以安裝在屋頂，不占用有效空間，空氣處理部分也可安裝在機房內(nèi)，送風(fēng)管道連接簡便。采用plc控制系統(tǒng)能夠保證機組精確的溫、濕度。本文結(jié)合某單位設(shè)計安裝的空調(diào)系統(tǒng)實例概述該類空調(diào)產(chǎn)品的控制特點。空調(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)量運行，且配置備用送風(fēng)機段，在風(fēng)機故障時自動投入運行；

(4) 機組制冷量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

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、新風(fēng)、室內(nèi)溫濕度傳感器各一只、除霜探頭四只、露點溫度傳感器一只。

2.2 控制對象

機組控制對象包括：送風(fēng)電機(一用一備)、送風(fēng)機變頻器、預(yù)加熱電加熱器、電加熱器、加濕器、風(fēng)閥、渦旋式壓縮機、冷凝風(fēng)機、四通換向閥等。基于plc的全新風(fēng)熱泵型屋頂式空調(diào)機控制流程如圖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

3.1 夏季控制

機組做制冷運行，并按露點溫度控制。露點溫度由用戶在觸摸屏上設(shè)置。當(dāng)蒸發(fā)器露點溫度大于設(shè)定值△t1℃時先啟動壓縮機1，大于設(shè)定值△t2時啟動壓縮機2，壓縮機1運行延時一段時間后，由室內(nèi)溫濕度傳感器測量值與室內(nèi)溫濕度設(shè)定值比較，若溫度偏高△t3，再啟動壓縮機3，偏高△t4時啟動壓縮機4，與此同時若室內(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1，2停止，同時濕度低于設(shè)定值時壓縮機3，4也停止。

3.2 冬季控制

冬季機組熱泵運行，當(dāng)新風(fēng)溫度低于默認值t1℃時，壓縮機1啟動，低于默認值t2℃啟動壓縮機2，當(dāng)新風(fēng)溫度低于默認值t3℃且室內(nèi)溫度偏低t4℃以上，壓縮機3啟動，當(dāng)新風(fēng)溫度低于默認值t5℃且室內(nèi)溫度偏低t6℃以上，壓縮機4啟動，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℃時電加熱分組啟動；高于設(shè)定值t9℃時電加熱依次停止；若新風(fēng)溫度升至t10℃時，預(yù)加熱和電加熱都停止；如果壓縮機啟動，則電加熱停止。熱泵運行一段時間后，當(dāng)室內(nèi)溫度高于各設(shè)定值t11℃時依次停各壓縮機。此外，室內(nèi)溫濕度還可根據(jù)實測值由熱回收裝置和加濕器進行加熱控制和加濕調(diào)節(jié)。

3.3 除霜控制

冬季機組做熱泵運行時，特別是當(dāng)環(huán)境溫度接近0℃或低于0℃時，機組將出現(xiàn)結(jié)霜狀況。除霜時采用互鎖控制，避免溫度波動過大，即系統(tǒng)1進入除霜時，系統(tǒng)2不能同時進入除霜，系統(tǒng)3進入除霜時，系統(tǒng)4不能同時進入除霜；除霜時投必要的電加熱。當(dāng)機組進入制熱工況后，低溫低壓的制冷劑進入翅片換熱器，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，并且除霜周期已到，plc控制四通換向閥換向進入除霜模式，同時停止冷凝風(fēng)機，啟動電加熱器；當(dāng)蒸發(fā)器盤管溫度上升到 設(shè)定值，或除霜執(zhí)行時間到達設(shè)置的最長除霜時間，四通閥換向，除霜結(jié)束，電加熱停止運行，機組又進入制熱工況，如此循環(huán)下去。

3.4 加濕器控制

送風(fēng)機啟動后，當(dāng)室內(nèi)相對濕度低于設(shè)定值時，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，能自動進行進、排水控制，為方便用戶使用，在plc還加上加濕器手動排水和定時排水控制。

3.5 送風(fēng)機控制

當(dāng)主用送風(fēng)機故障并停機時，可自動切換為備用送風(fēng)機運行，并關(guān)閉主用送風(fēng)機相應(yīng)風(fēng)閥，啟動備用送風(fēng)機相應(yīng)風(fēng)閥。在備用送風(fēng)機工作時，應(yīng)修理好主用送風(fēng)機。送風(fēng)機通過變頻器改變頻率，從而改變送風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，最終達到變風(fēng)量運行且節(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，使溫濕度波動加劇，嚴重時會使控制器誤動作，影響空調(diào)機正常的邏輯控制，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，動力線與控制線分開，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)對各模擬量輸入接口進行濾波處理等措施。這樣基本能消除變頻器所帶來的干擾。

3.7 人機界面

采用全中文的觸摸屏顯示器，操作簡易，顯示內(nèi)容豐富。可實時監(jiān)控各處的溫、濕度參數(shù)，設(shè)定室內(nèi)溫、濕度值，定時開、關(guān)機功能，顯示實時故障與歷史故障。為安全起見，對一些重要參數(shù)設(shè)置多級密碼保護。

3.8 安全保護

機組主要設(shè)置如下保護：送風(fēng)機變頻故障、送風(fēng)機風(fēng)壓故障、電加熱高溫保護、用戶外部故障連鎖、電源相序保護、壓縮機高、低壓保護、壓差報警、加濕故障。

4 結(jié)束語

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