PLC在组合式恒温恒湿空调控制系统中的应用

　　1 引言

　　恒温恒湿空调广泛应用在对环境要求较高的博物馆、实验室以及精密仪器生产线等场合。本文讨论组合式恒温恒湿空调控制系统。组合式恒温恒湿空调是对一体式恒温恒湿空调的改进主要体现在空调的结构形式上。所谓组合式空调，是指将空调机组拆分成两个部分，一部分为室内机，一部分为室外机。这样，不仅能够节省机组的安装空间，而且还可以使机组的运输和安装等工作更加方便。本系统的另一项改进是在室内机与室外机上各采用一个控制器，两个控制器通过通讯的方式交换信息，通讯只需要一根2芯的屏蔽通讯电缆。与单控制器系统相比，本系统能够将减少大量的远距离接线，不仅符合节约环保的设计思想，而且大大提高了系统的可靠性，节省了安装时间，减少了系统维护的工作量。

　　2 组合式恒温恒湿空调控制系统设计

　　组合式恒温恒湿空调系统分为室内机与室外机两个部分。室外机的主要部件包括压缩机、冷凝器、冷凝风机、四通阀和冷凝压力开关等。室内机的主要部件包括送风机、表冷器、热水盘管、电加热、加湿器和过滤段等。室外机包括4个涡旋式压缩机、2个冷凝风机和4个四通阀。每两个压缩机对应一个冷凝风机，每个压缩机对应一个四通阀。切换四通阀能够完成空调机组从制冷工况到制热工况的切换。室内机主要完成空调机组送风和调湿过程。为了减少室内机和室外机之间的连接电缆，本系统在室内机与室外机上分别采用一个LM控制器LM3109，两个控制器通过自带的RS485接口连接，并把室内机作为主机，向从机发送控制指令和状态查询指令。主机上的RS232接口连接一个5.6英寸的彩色触摸屏HT6000，用于空调工况监视、用户参数和厂家参数的设置。组合式恒温恒湿空调控制系统结构图如图1所示。



　　图1组合式恒温恒湿空调控制系统结构图

3 控制器的通讯处理

　　为了采用两个LM3109控制器实现室内机与室外机的数据交换，需要在控制器中进行通讯配置和程序编写。控制器的程序开发软件带有通讯功能库，并且完全支持IEC61131-3的六种语言，可以使比较复杂的通讯过程能够在控制器中方便地实现。室外机的通讯程序流程图如图2所示，采用ModbusRTU通讯协议。在室外机，首先初始化RS485接口的波特率、数据位、校验位、停止位等参数，再初始化其为Modbus从站，并且设置Modbus从站地址。调用图3中的通讯初始化功能块即可完成Modbus从站的初始化工作。最后要做的就是把从机中的状态信息有规律的放到控制器的可寻址区M区中，以备主机读取。控制器的编程软件支持ST语言，可以方便的处理需要交换的数据。图4位采用ST语言编写的程序，作用是把压缩机和四通阀的状态信息赋值给数据位%MX1300.0~%MX1300.7，主机通过读取这些地址内的数值就可以获得室外机的状态信息。从图4可见，数据处理很方便，程序的可读性也很高，在调试时各个数据的状态一目了然。



　　图2室外机的通讯程序流程图



　　图3控制器通讯初始化功能块



　　图4控制器通讯数据处理

　　图5为室内机通讯程序流程图。室内机控制器为Modbus主站。在没有控制命令时，室内机向室外机发送Modbus查询指令，查询室外机的运行状态。当有开机、停机或加降载等需求时，室内机向室外机发送控制指令。室内机还对室外机返回的数据做CRC校验，校验成功后才进行下一次控制命令的发送，从而避免了外界干扰对室外机的误操作，保证了系统具有较高的可靠性。CRC校验只需要调用一个功能块即可，如图6所示。



　　图5室内机通讯程序流程图[page]



　　图6控制器CRC校验功能块

　　4 压缩机保护及故障处理

　　组合式恒温恒湿空调机组的控制功能主要包括系统启动、能量调节、温度湿度控制、除霜、压缩机保护以及故障处理等。其中系统启动、能量调节、温度湿度控制除霜等功能与其他的空调系统基本相同，这里不再赘述。由于此系统是分成室外机与室内机两个部分的，所以压缩机保护及故障处理与常规的空调系统有所不同。在本系统中，室外机和室内机都具有保护功能。例如，压缩机不满足最小运行时间时，室内机不会向室外机发送停机指令。而当压缩机出现高压、过载等故障时，室外机会自行停机保护，而无需等待室内机的停机指令。在故障处理方面，室外机也可以对一些故障自行处理，例如低压故障，在60分钟连续出现3次才上报给室内机，否则室外机自行处理。当通讯出现故障时，室外机也会自动停止压缩机运行，并且发出报警信号。这样使室内机和室外机既独立又统一，避免因通讯延时或通讯故障对压缩机造成损害。

　　5 系统操作界面

　　本系统的操作界面采用和利时HT6600系列触摸屏制作。这款触摸屏为5.6英寸彩色触摸屏。操作界面可以完成厂家参数以及用户参数的设置、记录系统报警信息、监视系统的运行工况等功能。设置厂家参数需要拥有最高级得权限，设置用户参数也需要具有操作员权限，避免其它人员的误操作。图7为系统主界面，操作员可以进行目标温度、湿度设置，选择运行工况，进行开机停机等操作，操作人员需要具有操作员权限。图8为参数设定选择界面，厂家可以选择相应的选项进行参数设置，这些参数都是厂家参数，不开放给空调用户，设置这些参数需要具有最高权限。图9为系统运行监控界面，这里可以监视系统中各个设备的运行状况。当系统报警时，系统会自动切换到报警界面上。



　　图7系统主界面



　　图8参数设定选择界面



　　图9系统运行监控界面

6 应用特点

　　基于和利时LM系列PLC的组合式恒温恒湿空调控制系统具有如下特点：

　　（1）可靠性

　　和利时LM系列PLC自带的RS485串口具有很强的抗干扰能力。虽然此系统中有一个37KW的变频器，但是系统通讯完全不受影响。从现场的使用情况看，压缩机、风机等通过通讯控制的设备均可以快速响应室内机的指令。

　　（1）易用性

　　和利时LM系列PLC功能库中的通讯功能块使得两个控制器通讯更加方便。除了支持梯形图语言外，编程软件还支持ST语言，适于通讯程序的批量处理，也使通讯程序的调试和监控更加方便。

　　（1）智能性

　　和利时LM系列PLC中的温度采集模块均为智能型。本系统采用4通道热电阻采集模块，每个通道均能进行短路和断线检测。当通道故障或传感器接线出现短路或断线等问题时，系统能够及时进行机组保护，避免机组收到损害。

　　参考文献

　　[1]梁志国，基于PLC的中央空调控制系统设计[J]，承德石油高等专科学校学报

　　[2]李援英，中央空调操作与维护[M]，机械工业出版社

　　[3]和利时公司，Modbus通讯协议简化，2008

　　[4]冯玉琪、王强、刘旭等，《中央空调选型、调试、控制和维修》，人民邮电出版社

　　[5]和利时公司，HOLLiASLM小型可编程控制器硬件手册，2008