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松下PC-link網(wǎng)絡(luò)和PC通訊問題

 1 引言

 

  水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是一種利用自然水源作為冷熱源的空調(diào)系統(tǒng),其核心技術(shù)是水源熱泵技術(shù)。所謂水源熱泵技術(shù),是利用地球表面淺層水源所吸收的太陽能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源,并采用熱泵原理,通過少量的高位電能輸入,實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。河水、湖水、地下水等地球表面淺層水源吸收了太陽輻射的能量,水源的溫度十分穩(wěn)定。在夏季,水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中,由于水源溫度低,所以可以高效地帶走熱量。在冬季,水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)從水源中提取能量,根據(jù)熱泵原理,通過空氣或水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中。通常,水源熱泵消耗1kW的能量,用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。由于水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)具有高效、節(jié)能和環(huán)保等優(yōu)點,近年來得到了越來越多的應(yīng)用[1][2]。

 

  空調(diào)系統(tǒng)的控制主要分為繼電器控制系統(tǒng)、直接數(shù)字式控制器(DDC)系統(tǒng)和可編程序控制器(PLC)系統(tǒng)等級幾種。由于故障率高、系統(tǒng)復(fù)雜、功耗高等明顯的缺點,繼電器控制系統(tǒng)已逐漸被淘汰。DDC控制系統(tǒng)雖然在智能化方面有了很大的發(fā)展,但由于其本身抗干擾能力差、不易聯(lián)網(wǎng)、信息集成度不高和分級分步式結(jié)構(gòu)的局限性,從而限制了其應(yīng)用。相反,PLC控制系統(tǒng)以其運行可靠、使用維護(hù)方便、抗干擾能力強、適合新型高速網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等顯著的優(yōu)點,在智能建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。為了提高空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性、可靠性和可維護(hù)性,目前空調(diào)系統(tǒng)都傾向于采用先進(jìn)、實用、可靠的PLC來進(jìn)行控制[3]。

 

  本文介紹和利時公司HOLLiAS-LEC G3小型一體化PLC在水源熱泵空調(diào)控制系統(tǒng)中的成功應(yīng)用,說明了HOLLiAS-LEC G3小型一體化PLC可以很好地實現(xiàn)中央空調(diào)智能化控制,達(dá)到減少無效能耗、提高能源利用效率和保護(hù)空調(diào)設(shè)備的目的。

 

 

 

  2 空調(diào)系統(tǒng)介紹

 

  北京市某單位的辦公樓采用水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng),總建筑面積8550m2,建筑高度20.5m,其中空調(diào)面積約6840m2。地下1層為各種設(shè)備房和操作間,地上1層為職工食堂、大廳和會議室,地上26層為商業(yè)辦公用房。

 

 

 

  室內(nèi)溫度和相對濕度等技術(shù)參數(shù)的設(shè)計要求如表1所示。水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計制冷量為860kW,制熱量為950kW??照{(diào)的主機系統(tǒng)由四臺壓縮機組成,水源水系統(tǒng)由取水井、滲水井和水處理設(shè)備組成。

 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

 

  該水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)主要是根據(jù)蒸發(fā)器和冷凝器進(jìn)出水溫度的變化來控制4臺壓縮機的啟停,使水溫穩(wěn)定在設(shè)定的范圍內(nèi)。4臺壓縮機分成AB兩組,每組各有2臺壓縮機。其中開關(guān)量輸入點6個,模擬量輸入點4個,開關(guān)量輸出點5個,模擬量輸出點1個。

 根據(jù)輸入和輸出的要求,該水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的控制器選用和利時公司具有自主知識產(chǎn)權(quán)的HOLLiAS-LEC G3小型一體化PLC??紤]到此系統(tǒng)需要一定的備用I/O點,CPU模塊選擇帶有24點開關(guān)量的LM3107,其中開關(guān)量輸入14點,開關(guān)量輸出10點。模擬量輸入模塊選用四通道熱電阻輸入模塊LM3312,模擬量輸出模塊選用兩通道模擬量輸出模塊LM3320。PLC的人機界面選用EView觸摸屏。

4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

 

  控制系統(tǒng)的主要功能是對熱泵進(jìn)行自動啟停,顯示溫度、壓力、流量等運行參數(shù),顯示壓縮機的工作狀態(tài),記錄設(shè)備的運行時間和故障原因,實現(xiàn)對水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的智能控制。從控制系統(tǒng)的主要功能出發(fā),為了增加程序可讀性和減少程序代碼,PLC程序采用了主程序調(diào)用功能塊、功能塊調(diào)用函數(shù)的程序結(jié)構(gòu)。PLC程序由1個主程序、11個功能塊子程序和1個函數(shù)組成,其調(diào)用關(guān)系如圖2所示。程序編譯碼占用空間為30K。

 

  程序設(shè)計的思路是,當(dāng)PLC上電后,一直進(jìn)行溫度、壓力、流量等運行參數(shù)的檢測,這些檢測主要在檢測程序、故障程序和A/B組故障停機程序中完成。如果相關(guān)參數(shù)均無異常,則開機功能塊子程序運行,啟動壓縮機。在開機過程中,同時進(jìn)行溫度判斷。如果溫度達(dá)到了設(shè)定值,則進(jìn)入調(diào)節(jié)功能塊子程序,停止開機功能塊子程序,完成開機。根據(jù)溫度的變化,調(diào)節(jié)功能塊子程序控制壓縮機的啟停。變頻器的控制則是通過調(diào)用加載程序和降載程序來實現(xiàn)。

 

  在這些程序中,為了滿足壓縮機的使用要求,調(diào)節(jié)功能塊子程序是最繁瑣的,例如壓縮機的啟動時間要小于30秒、壓縮機每小時的啟動次數(shù)不要超過5次等。為了平衡壓縮機的運行時間,增加空調(diào)的使用壽命,傳統(tǒng)的程序設(shè)計采用先啟先停、先停先啟、開機過程中啟動次序輪換等控制方法,來協(xié)調(diào)壓縮機的運行時間。但是,如果本系統(tǒng)采用這種方法,則仍然存在某一臺壓縮機運行時間過長的問題。因此決定對傳統(tǒng)方法進(jìn)行改進(jìn),采用隨機啟停的控制方法代替先啟先停、先停先啟的控制方法,解決了壓縮機的運行時間不平衡的問題。

5 結(jié)論

  采用傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)來實現(xiàn)熱泵的控制,由于機械接觸點很多,接線復(fù)雜,參數(shù)調(diào)整不方便,而且機械接觸點的工作頻率低,容易損壞,可靠性差。采用直接數(shù)字式控制器(DDC)雖然可以減少接線,可靠性有所提高,但由于DDC其本身的抗干擾能力差、不易聯(lián)網(wǎng)、信息集成度不高和分級分步式結(jié)構(gòu)的局限性,因此,越來越不能滿足復(fù)雜多變的智能控制要求。

  采用PLC來控制熱泵系統(tǒng),不僅可以通過編程實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制,而且可以在很大程度上簡化硬件接線,提高控制系統(tǒng)可靠性,用戶操作界面友好,信息集程度高,便于實現(xiàn)智能控制。因此,在熱泵空調(diào)領(lǐng)域,PLC控制系統(tǒng)取代DDC控制系統(tǒng)是必然趨勢。

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