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PLC制冷机组控制系统开发

1 引言

  本项目制冷机组控制系统主要用于对印刷行业及其他工业场所发热设备进行冷却,以满足这些设备能够正常运行。本制冷系统采用的是循环冷水对印刷机uv灯进行冷却,自动调节冷水流量、自动调度制冷机运行台数以及对水泵的变频控制。项目应用西门子s7-300系列plc以及西门子公司的触摸屏、变频器来设计的制冷机组自动控制系统。

2 制冷机组集控原理

  2.1 工艺原理

  制冷系统水循环流程如图1所示,将10台制冷机组集中安置,其中有一台制冷机组功率为30kw,其余9台为相同的制冷机组。我们新增了一个水箱用于循环水的热交换,水箱的水可以通过外来补水管进行补给以保证水箱的正常水位,水箱还有一排污管用于污水的排放。被制冷机组制冷的水全部由我们水箱的水供给,并且制冷完后的冷水又全部送回水箱以存储。10台制冷机组之间的水流支管道并联连接通过一总水流管道与水箱之间进行水交换。因此,水箱的水是一定温度的冷水。接下来,我们用一输水总管通过水泵的变频控制来将水箱的冷水引出来通过支路水管的连接来对我们的8台印刷机的uv灯进行循环水冷冷却。然后各支路冷却完的水又由一总水管输回到水箱。这样我们就完成了制冷机组水循环流程图。很显然,这其中就涉及到一个所谓的出水(冷水输出)、出水温度;回水(热水输回)、回水温度。要检测他们的温度我们就在出水和回水处分别安装有一温度传感器来检测出水温度和回水温度。变频水泵可以用来控制水管水流量和水管管压。

  2.2 电控原理

  制冷机系统主要调节控制的物理参数分别为循环水的温度和水管水流量。循环水温度的调控主要通过开启制冷机组的台数来实现,从而使其温度到达设定温度。而水管的水流管压根据所开启的印刷机的台数通过水泵的变频控制来达到所需的水流量。循环水温度、流量调控过程如下所示。

  水温调控过程:10台制冷机组在水温的制冷调控过程中,我们人为地分为四档,如图2所示。在制冷机组控制系统中我们先设定一个合适的出水温度,然后根据传感器检测的回水温度与出水温度差值进行比较,确定哪一档制冷机组的开启。

  在10台制冷机组中,有一台大功率的美国进口的制冷机组(30kw)本台制冷机组能够提供所需制冷量的大部分,因此,在每一档中该台制冷机组必须处于开启状态。另外9台制冷机组属于附属的国产小功率制冷机组,我们可以有选择的开启以满足制冷量的需要。与此同时,这9台制冷机组中即使有某台或者某几台制冷机组发生故障了我们可以选择其他的正常的制冷机组运行以保证系统制冷的正常进行。但是,30kw的美国进口制冷机组发生故障了,我们必须使整个系统停止下来。因为该台制冷机组故障了我们所需的制冷量就不能达到,即使另外9台制冷机组全开也枉然。



  水管流量的水泵变频控制过程:在该过程中,我们根据所开启的印刷机的的台数来估算所需冷水管流量以满足各台印刷机所需的冷水冷却量。一般情况下,如果印刷机全部开启,那么我们的水泵工频50hz运行,因为在该情况下我们所需的冷水流量较大;如果印刷机部分开启,在该情况下所需冷水流量相对较小,因此我们考虑用水泵的变频运行(低于工频50hz运行),根据印刷机开启的不同数目我们针对地设置不同的频率来进行变频运行。很显然,在变频(低于工频)控制的模式下,我们可以大大地节约电能,因此达到了我们设计初衷的节能目标。

图1 制冷机组水循环流程图

图2 制冷调控过程

图3 制冷机组控制系统简图

图4 mpi网络图


3 plc控制系统

  3.1 控制网络结构

  系统硬件主要由1个西门子cpu313c模块、1个sm321输入模块、2个sm322输出模块、2个cpu226、2个触摸屏(tp170和mp277)和几十个(施耐德和欧姆龙)继电器构成。由于整个控制系统分散性和能更好方便操作,对控制系统实行mpi网络控制,整个mpi网络由西门子4个s7-300模块、2个s7-200模块和2个触摸屏组成,可以实现在印刷生产线车间自由控制顶棚里面制冷机组,并且可以监视整个控制系统状态。如图3、4所示。



  3.2 程序设计

  控制系统plc程序设计流程图如图5所示。

  主要步骤包括:①程序初始化:有关中间寄存器,寄存器的清零。②plc接受触摸屏的指令信号,完成对制冷机组循环水路水温的设定。③plc根据印刷机的开启数量,决定变频或者工频的运行状态。④根据制冷机组循环水路冷水和回水温度,控制制冷机组的启停。⑤机械故障的报警。

  当plc因故无法运行时,恢复制冷机组的原来的手操方式,根据uv灯开启数量,手动启动制冷机组运行,保证在制冷机组循环水路中有冷水流动。而在uv灯冷却水循环水路,使所有uv灯进水电磁阀打开,水泵取消变频控制,直接运转,给uv灯提供冷却水,保证安全生产的需要,提高系统的可靠性。


图5 plc程序设计流程图

图6 触摸屏主界面图


4 界面设计

  如图6所示为触摸屏主界面图。该界面形象地展示了整个系统的控制过程,10台制冷机组的开启状态以及印刷机的开启状态都可以如实地加以显示。有自动、手动切换的按钮,有参数设定区,有用户管理区域包括报警查询以及用户权限的密码设置。整个界面简单明了易于现场操作。

  在操作柜上触摸屏主界面上(如图6)单击手动按键,输入系统密码,即可进入手动界面如图7所示。

  在手动界面下可以进一步进入各个制冷机组启动停止操作界面,以及启动停止水泵等,并且可以监视印刷机生产线的状态。



  报警查询子界面如图8所示。①系统运行时,出现系统局部故障(如制冷机故障,水泵故障等),操作柜上有声光报警器报警,并可到触摸屏上主界面图7上按报警查询可以查看报警故障类型如图九所示,进行相应的故障处理。处理完后,把操作柜和控制柜上任意复位报警按钮打向右边,清除声光报警故障报警,故障消除后确保操作柜和控制柜上复位报警按钮都打向左边。②变频器故障时修好后必须按控制柜上复位按钮令其复位,不然会一直保持故障显示。③非正常系统关机:系统在突然断电等非正常关机情况,系统重启后,请仔细检查触摸屏上各个按键的状态和水泵的转速值,并确认当前正在工作的印刷机其旁边的开冷水开关是否开启。

图7 触摸屏手动界面

图8 报警查询界面


5 结束语

  该控制系统已连续运行一年多,系统运行稳定、安全可靠、节能效果好、自动化程度高、操作方便、直观;减轻了工人的劳动强度,充分发挥了plc运算速度快、功能强、程序设计简单、修改程序方便、接线少、故障率低、维护保养容易、使用灵活、抗干扰能力强等优势和触摸屏友好的人机界面功能,获得了用户满意的使用效果,值得推广。

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