PLC在自動化冷庫中的應用

分類：技術教程日期：2011-11-15 00:00:00 來源：西部工控網

1 引言

　煙臺冰輪股份有限公司是以工業制冷成套設備、中央空調等為主導產業的大型工業企業，公司是國內最大的果蔬保鮮加工配套設備生產企業，自主研發新型高效螺桿壓縮機代表了國內最高水平，在該領域市場占主導地位。魯林冰輪果蔬保鮮庫是冰輪股份有限公司的第一座氟工質全自動化冷庫。由于冷庫系統比較復雜，專業性強，功能模式繁多，系統關聯性強，因而對自控系統的要求非常嚴格，所以選擇可靠、先進的系統是非常重要的。我們選用了國際知名電器品牌施耐德micro系列plc，其中包括一臺主plc，用于控制整個冷庫系統及四臺冷凝壓縮機的plc通訊。

2 工藝控制流程

　控制過程分為兩個部分：制冷和沖霜。制冷是為了實現冷庫的冷藏功能；沖霜是為了增加制冷效率，因為制冷一段時間后，空氣中水蒸氣會在制冷管路上形成霜，嚴重時可能結冰，因此我們應當適時的將霜融掉，增加熱交換效率。

　 2.1 制冷

　當系統處于制冷狀態時，可以選擇自動或手動運行。手動運行時，先要選擇要制冷的冷庫房間號，再設定所需要的溫度上下限值即可開機。開機指令發出后，系統運行。首先，開啟冷卻水泵；然后，開啟冷卻塔風機；接著，開啟需制冷的壓縮冷凝機組和庫房冷風機電機；啟動確認后，開啟制冷庫房相應的供液電磁閥；最后壓縮機將根據蒸發壓力進行能量調節，進行正常運轉降溫過程。自動運行時，只需選擇要制冷的冷庫房間號，再設定所需要的溫度上下限值即可，系統將根據溫度上下限值自動開停機。

　2.2 沖霜

　自動沖霜根據每間庫的累計運行時間進行。當本間庫的運行時間到達設定值時，發出沖霜指令，系統自動沖霜。其過程為：首先，本間庫的供液電磁閥關閉；然后，關閉冷風機電機；接著，開啟本間庫沖霜水電磁閥和開啟沖霜水泵；延時20分鐘后，關閉沖霜水電磁閥，沖霜過程完畢。

3 系統構成及配置

　3.1 控制系統描述

　控制系統采用了集中監控、分散控制的模式，根據這一原則將整個冷庫控制系統分為三個層次，即監控層、控制層、設備層。系統構成如下：

　（1）監控層：通過采用主plc上的rs-485通訊接口經編程電纜轉換為rs-232，然后可直接與上位機通訊。主plc實現數據采集，對庫間內的各個受控設備的運行情況進行集中監測，動態的顯示各個控制監測點的變化。裝有組態王軟件的上位機并對冷庫的重要數據自動生成表格，定時輸出到打印機打印，并可進行遠程控制及控制設置點的數據設置。原則上計算機只參與系統的監控和管理，與控制整個冷庫的人機界面（與主plc通訊）并列控制，克服了以往由于計算機故障而導致整個系統癱瘓的可怕后果。硬件配置：上位機、上位機網絡連接卡、打印機、plc通訊電纜等。軟件配置：操作系統軟件為windows xp，監控組態軟件為組態王kingview6.02。

（2）控制層：控制層是整個控制系統的核心，在整個控制系統中起著“承上啟下”的作用，plc控制是非常成熟的工業控制技術，本系統采用tsx3721001系列plc及其網絡系統接受現場發來的數據信息（數字量或模擬量輸入信號），經過其本身cpu中所儲存的控制程序的運算與處理后，發出相應的指令，對現場設備進行控制。同時通過plc網絡使得層內各個plc之間可方便的進行數據交流，并由主plc通過網絡將所有相關的數據上傳給上位監控機。主要硬件設備：plc控制器tsx3721001、通訊卡tsxscp114、人機界面、接口模塊、通訊電纜等。軟件：plc編程軟件pl7、人機界面組態軟件、microsoft office應用軟件等。

圖1 控制系統架構

　（3）設備層：設備層在整個控制系統的金字塔結構中處于底層，是整個控制系統的關鍵環節，主要包括庫間的溫度傳感器、采集各個電動機工作電流的電流變送器、管路上的各種電磁閥、控制各個電動機和風機的接觸器等等，直接與plc（控制層）相聯系。

　 3.2 制冷系統描述

　整個制冷系統共配置4臺半封冷凝壓縮機組。冷凝壓縮機組是整個系統的最關鍵部件，機組采用自控領域最先進的plc微電腦控制，通過模擬量和數字量的輸入輸出，對機組的運行進行精確控制和可靠保護。各種標準控制功能令機組在啟動和整個運行過程中具有高效節能的特點，壓力傳感器可檢測機組的吸氣和排氣壓力，通過plc控制保證壓縮機無級調節增減載。可靠先進的滑閥機構可通過控制系統使機組的負荷自動調節，降低了機組的能耗，工作高效。通過溫度傳感器和壓力傳感器進行數據采集，可配合熱負荷的實際情況，進行復雜的控制運算和pid調節功能，自動控制壓縮機的加載和卸載，保持系統的冷量提供，保證庫溫的穩定，避免了壓縮機的頻繁開啟。微電腦具有超前控制功能能及時預測故障的發生，并在故障發生前及時采取正確的措施，如在排氣壓力接近限定值時，控制系統將使壓縮機自動卸載并發出故障報警信號，這些與傳統采用壓力開關的簡單位式控制相比，不僅可以自我診斷傳感器的好壞，更可以超前預診斷整個機組的運行情況，大大減少了故障停機的次數，增加了機組運行的可靠性。通過人機界面對話，可讀到下列所有重要參數：

表1 機組運行參數表

　微電腦能記錄最后8次故障的情況，包括發生的時間、記錄的數據，這有助于維修人員及時排除故障。機組具有下列自動保護功能：

表2 機組自動保護功能

　（1）冷風機控制：考慮到冷庫面積較大，溫度波動較大且分布不均勻，故每間冷庫設四只溫度傳感器，取庫溫平均溫度控制冷風機，采用日本理化或丹佛斯數顯溫控器進行控制、報警。并將溫度值輸送到系統控制主plc，進行除霜控制及判斷。

　（2）冷卻塔控制：根據機組運行信號開循環水泵，根據冷凝壓力控制器控制冷卻風機的開停，水池自動補水。并具有缺水保護、冷凝壓力超高報警功能。運行時遵守均衡磨損和備用自動投入原則。

　（3）冷風機除霜控制：除霜控制設有手動和自動定時除霜兩種選擇，（采用實時時鐘控制或定時時鐘控制，除霜時間及除霜間隔時間可根據實際情況自由設定。）由于熱氨除霜存在一定的危險性，而且除霜對庫溫的影響較大，故每個除霜系統都采用丹佛斯的evra電磁閥和pmlx主閥進行精確控制，為保證系統的可靠性，過濾器、單向閥、卸壓閥均采用丹佛斯原裝進口產品，電氣方面加設可靠的電氣互鎖和庫溫過高保護，確保系統運行的穩定性和可靠性。另外，由于系統蒸發溫度的不同，在荷捌室冷風機回氣管pmlx主閥設丹佛斯cvp壓力控制導閥調節系統的蒸發溫度，確保整個系統運行的穩定性。

　（4）熱回收裝置控制：根據水池水溫控制水泵的開停，同時控制輔助電加熱器的投入和切除。

4 軟件設計

　 4.1 plc軟件設計

　 plc軟件共分為兩部分：一部分是整個控制系統除壓縮機控制系統的軟件；另一部分是四臺壓縮機各自的程序軟件。

　其中軟件設計考慮到系統重起后對設備和重要參數的保護，充分利用了micro系列plc編程軟件提供的冷啟動%s0，熱啟動%s1，首次掃描%s13對系統進行初始化，即復位所有設備狀態，為下次開機作好準備。對需要保護的內部字進行保護，如設備運行時間，停機前設定好的參數等等。

　由于tsx3721001有兩個rs485通訊口，因此我們分別用來連接人機界面和上位機。但是鑒于modbus通信協議的限制，要想同時使用兩個接口，我們只能在編制程序時，組態unitelway協議。

　4.2 上位機軟件設計

　根據系統流程圖，用簡單線條勾勒出整個制冷系統圖并配合kingview上位機軟件中自帶圖庫使監控畫面生動形象，并且大大節約設計畫面時間，把寶貴的時間用到編制程序和畫面的組態中去。在制冷流程圖里我們可以縱觀全局，全面掌握整個冷庫的運行情況。然后分別做每個各個冷庫房間和壓縮機流程的分畫面，并通過制冷流程圖里相應按鈕實現切換功能。畫面完成之后，我們將要連接plc設備。即在組態王軟件中設備目錄下，將com1連接到plc。組態完成畫面如圖2所示。