PLC在中央空调中的应用

摘 要 随着人们的生活质量的提高，提高中央空调的舒适性、经济性、可靠性十分重要。采用先进、实用、可靠的可编程控制器（PLC）来进行控制是当前中央空调控制系统的主流。我们将以本公司生产的风冷式螺杆式冷水热泵商用中央空调系统为例，介绍西门子S7-200系列高性能小型PLC及其文本显示器TD-200在中央空调中的应用实例。

【关键词】PLC 全自动 可视化监控 节能 稳定

1 中央空调机组制冷系统简介

风冷螺杆式冷水热泵机组主要由三大系统组成：以PLC为核心的电气控制系统、以压缩机、膨胀阀、蒸发器和冷凝器组成的制冷系统以及外型结构系统。PLC根据用户的开关指令来控制整个中央空调系统是运行或是停机。在机组的运行过程中，PLC又根据用户的温度设定要求来控制中央空调的压缩机和风机是运行或是停止，以达到既满足用户需求，又节能的目的。中央空调机组运行所产生的冷量和热量，由大楼中央空调的水系统送入各个楼层的房间里安装好的末端风机盘管内，再由末端风机盘管把冷热量送入房间。

2 电气控制系统介绍

本产品的电气控制系统的核心采用西门子S7-200可编程序控制器（PLC），显示器及操作部分采用西门子TD-200文本显示器，在有效保证整个系统运行可靠性和稳定性的基础上，增加了现代化通信功能。说明：本案为单压缩机制冷系统。

硬件配置说明：

中央处理器：选用CPU222，输入开关量8个，输出开关量6个；

模拟量输入模块：选用EM235，该模块为标准模拟量输入输出模块，具备4路标准模拟量输入和1路标准模拟量输出；

显示器：选用西门子TD-200文本显示器，可及时显示中央空调水系统中的各个水温和冷凝器各点的温度，还能及时的用中文显示各种故障名称，大大方便了维护工作。

开关量输入点配置说明（4点）：

（1）中央空调水系统的靶式流量开关1点，确保水系统中的水流量不会低于某个设定值，防止因水流量过小，导致中央空调蒸发器内水结冰而被冻裂。

（2）中央空调制冷剂系统的高压力开关1点，当制冷剂系统的压力达到或超过某个设定值时，高压力开关断开。

（3）中央空调制冷剂系统的低压力开关1点，当制冷剂系统的压力达到或低于某 个设定值时，低压力开关断开。

（4）蒸发器出水口的防冻开关1点，当某种问题引起蒸发器出水口的水温太低时，为防止蒸发器内的水结冰而损坏蒸发器，防冻开关会断开。

注意点：所有开关量输入点，要以常闭形式接入PLC为正常状态。

开关量输出配置说明（6点）：

（1）控制中央空调水系统水泵开停的开关量信号1点；

注意点：当中央空调首次开机时，需要对水系统进行完全排空气处理，以防止水系统内水量不足而损坏中央空调机组的制冷系统。

（2）控制中央空调机组制冷或制热运行的四通换向阀开关量信号1点；

（3）室外冷凝器散热风机开停的开关量信号1点；

（4）大型螺杆压缩机一般采用双星形起动方式，需要有2点开关量分别进行控制两只接触器动作，前后动作时间间隔为1秒；

（5）大型螺杆压缩机一般本身都带有能量调节的电磁阀，需要1点输出；

注意点：因为所有开关量输出点驱动的都是继电器或接触器的线圈等感性电路，所以需要继电器或接触器线圈的两端并接一个阻容吸收装置，以延长PLC输出继电器触点的寿命。

模拟量输入配置说明（3点）：

（1）中央空调水系统的出水温度1点；

（2）中央空调水系统的入水温度1点；

（3）中央空调机组的室外冷凝器的温度1点；

注意：如果有多余的模拟量输入点，为以防万一，需要进行防干扰处理。

模拟量输出配置说明（1点）：

西门子EM235模块只有1路标准模拟量输出，我们通过编程，把它作为一个2mA的恒流源输出使用。

图1为本公司生产的风冷螺杆式冷水热泵机组电控系统示意图

3 S7-200PLC及TD200文本显示器在中央空调控制中的运行说明

模拟量的采集和运用：

本公司生产的风冷螺杆式冷水热泵机组（本案例）需要采集的三个模拟量均是温度，我们为了节省成本，直接选用普通的Pt100热敏电阻作为温度传感器，与西门子EM235模拟量采集模块直接配合使用。这样，我们又可以省掉温度变送器而大幅降低成本。具体方法分以下几步：

（1）把EM235的输出模拟量设定为2mA的恒流源。注意点：因为电流通过电阻时会产生热量，使Pt100的阻值发生变化而导致测温不准，所以恒流源的输出电流不能太大，但如果电流太小，容易受到干扰。经过实验验证，2mA为比较理想的电流值。

（2）把3个Pt100电阻进行串联接入恒流源中，再从每个Pt100的两端取出电压接入EM235的模拟量输入点（0～5VDC）。注意点：因为Pt100本身的电阻值比较小，而中央空调机组较大，所以Pt100的引线也较长，导致引线的电阻值较大，从而影响测温的准确性。为了解决这个问题，我们采用四线制的Pt100，即在Pt100的两端分别引出两根引线，其中一根用于把Pt100进行串联，另一根用于取出两端电压值送入EM235的模拟量输入口。这样，就有效补偿掉了Pt100引线上的电阻值，使测得的温度值与实际一致。

（3）因为PLC实测到了每个Pt100两端的电压，也知道流过Pt100的电流是2mA，所以能够计算出当前的Pt100的实际电阻值，再通过计算公式得出实测温度，提供给PLC的主程序使用。

显示器的运用：

TD200文本显示器有以下几个功能：（1）显示中央空调机组目前的运行状态；（2）显示PLC采集到的多路实测温度值，并可以多个显示面切换；（3）对中央空调机组的入水温度控制值进行设定；（4）由操作人员对中央空调机组进行开停、制冷或制热的指令操作；（5）对事先编辑好的故障名称，根据机组实际发生情况进行显示；比如：当中央空调水系统中的靶式流量开关断开一定的时间后，PLC会停止整个中央空调的运行，并在TD200中显示：“中央空调水系统的水流量不足”。

本公司开发的风冷螺杆式冷水热泵机组采用S7-200可编程序控制器及TD200文本显示器控制系统的特点：

（1）PLC系统经过多年的发展，其稳定性、可靠性已经达到了相当的高度，相对普通的单片机系统，有其很大的优越性；特别是运用在室外的夏冬温度差很大的环境中。

（2）采用EM235标准模拟量模块与Pt100温度传感器直接配合使用，省掉了温度变送器，不仅提高了产品运行的稳定性，也大大降低了生产生本。这个设计是其他公司没有的。

（3）在大容量的中央空调中，模拟量和开关量的采集量会增加，而EM235只有4个标准模拟量输入点，为了降低成本，我们采用了中间继电器定时切换功能，把多个Pt100两端的电压通过中间断电器的切换，分开送入同一个EM235的输入通道存入不同的存贮器，用于程序中不同的功能模块，从而不会使成本大幅度增加。

（4）CPU对采集到的各种开关量、模拟量进行判断分析，从而发出各种指令对整个中央空调机组的实际运行状态进行调整，使其发挥最大的工作效率。

（5）西门子公司的CPU2XX系列可编程序控制器，能通过公开的通信协议进行多机组组网群控运行，并接入现代化大楼的楼宇自控系统。实例：武汉轻轨指挥中心。即使在单机组运行时，也可以通过安装运行在计算机上的人机界面（比如：组态王、MCGS等）非常直观地对中央空调机组进行开停、设定等操作，还可以对机组的实时动态状况进行监控。

（6）TD200的使用，不但可以对中央空调机组的各个控制参数进行设定，还能够直接把中央空调机组的运行的状态或发生故障的信息非常直观的显示出来，大大提高了维护效率。TD200可以安装在离机组1200米以内的任何方便的地方，大大方便了客户的使用。

（7）如果客户需要，可以增加一个电话模块，安装电话后，如果中央空调机组出现了故障，PLC可以把事先编辑好的故障名称以短消息的方式，发送到公司售后服务指定手机上，使产品售后服务提高到一个新的高度。还可以通过打电话的方式对中央空调机组进行远程控制。

作者单位

浙江省湖州市安吉县亿凯尔景观照明工程有限公司 浙江省湖州市 313000

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