OMRON小型PLC在冷水機組控制系統(tǒng)中的應用

1 引言
隨著技術的進步，由可編程序控制器(簡稱PLC)組成的自動控制系統(tǒng)在很多行業(yè)和領域都得到了廣泛的應用，制冷空調行業(yè)也不例外。PLC和工業(yè)人機界面(HMI)被大量地 用于冷水機組上，例如在吸收式冷水機組上，OMRON的C200Hα、CS1、CJ1系列PLC就以運算、網(wǎng)絡通訊、開放的容易使用的通訊協(xié)議等優(yōu)異的性能獲得了企業(yè)和 用戶的贊同而得到了廣泛的使用。它的網(wǎng)絡功能讓企業(yè)能在自己的服務中心足不出戶就可以監(jiān)視在全球各地的用戶所使用的機組的運行全部狀態(tài)和數(shù)據(jù)，幫助客戶解決運行中碰到的問題，提醒客戶維護和保養(yǎng)機器，以及幫客戶重新恢復機組的控制程序和設定機組運行參數(shù)等等。這大大提高了服務的質量和效率，也為企業(yè)節(jié)省了大量的開支。但是由于成本的原因，這些系列的PLC無法在其他冷水機組如風冷冷水機組、水冷螺桿機、活塞機等產(chǎn)品上取得應用，為此OMRON推出了另一款機型CPM2AH，這種機器擴充能力強，性能價格比高，非常適合在水冷和風冷冷水機組中使用。
2 控制系統(tǒng)的配置方案
CPM2AH系列PLC是一款在小機殼內(nèi)匯聚了先進的功能和優(yōu)異的表現(xiàn)的產(chǎn)品。其基本單元有20、30、40、60 點四種，包含了數(shù)字量輸入和高速脈沖輸入、繼電器輸出功能，根據(jù)系統(tǒng)開發(fā)的需要，可以增加擴展模塊，擴展的模塊包括開關量輸入輸出模塊，Pt100溫度輸入模塊(TS101/TS102)，電流電壓輸入模塊(AD041)和模擬量輸出模塊(DA041)。
2.1 通 訊組網(wǎng)功能
(1) 通過Host link連接到計算機系統(tǒng);
(2) 通過1:1 Link與OMRON其他系列的PLC進行通訊;
(3) 通過Compobus/S和Device Net進行遠程模塊擴展，從而實現(xiàn)集散型控制。這些功能可以很好地滿足機組的控制要求。

2.2 配置方案
滿足水冷和風冷冷水機組配置要求的控制系統(tǒng)構成見表1。
述配置表為一般通用型配置，其中風冷機組中，由于涉及到壓力測量，所以模擬量 輸入采用電流/電壓型輸入模塊;對于水冷冷水機組，一般考慮2路溫度輸入，如果需要增 加溫度測點，可以將TS101模塊換成TS102模塊，這樣可以將溫度輸入點增加到4路。每套PLC的CPU 單元上有兩個通訊接口，一個供與觸摸屏進行連接，另外一個可以連接到遠程計算機實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
由于OMRON的PLC產(chǎn)品通用性很強，很多公司的觸摸屏都可以和它通訊連接，因此可以根據(jù)價格、功能和技術特點來選擇相應的觸摸屏產(chǎn)品與PLC配套使用。
對于其他有特殊要求，或設計中需要增加模擬量和數(shù)字量的情況，還可以酌情增加其 他相應的擴充模塊以滿足要求。
3 控制系統(tǒng)功能
控制系統(tǒng)的功能包括:設備運轉控制，運行參數(shù)監(jiān)視，能量自動調節(jié)，故障報警記錄和系統(tǒng)參數(shù)設定等功能。
3.1 設備運轉控制
可以以三種形式啟動機組，本地啟動、遠程信號啟動、定時啟動，具體為:(1)在遠程信號和定時信號都屏蔽的情況下以本地方式啟停;(2)在定時屏蔽、遠程信號允許的情況下以遠程方式啟停;(3)定時允許的情況下以定時方式啟停。在系統(tǒng)無全局故障情況下，以任何一種方式啟動后，輔機設備先開啟，然后開啟主機。當機組中有多臺壓縮機時，控制系統(tǒng)將根據(jù)壓縮機運轉的時間來確定開啟的壓縮機編號,以使得機組中各臺壓縮機保持相對平均的運行時間。
停機也有三種形式，與機組的啟動方式相對應。停機時，先將壓縮機卸載，然后停止運行。但無論在何種啟動的模式下，本地停機均擁有最高的操作優(yōu)先權。
3.2 運行參數(shù)監(jiān)視
控制系統(tǒng)可以監(jiān)視機組運行過程中的運行參數(shù)和設備運行狀態(tài)，顯示各重要參數(shù)的變化趨勢曲線。如冷水出口溫度、壓縮機的負載情況等。
3.3 能量自動調節(jié)
在機組輔機運轉正常，主機啟動完成后即進入能量調節(jié)過程。可以通過選擇冷水入口溫度控制或冷水出口溫度控制來決定機組是根據(jù)入口溫度還是出口溫度來實現(xiàn)控制。
在入口溫度控制或出口溫度控制下，比較實際溫度和設定溫度值，決定機組的上下載。實際溫度值大于設定溫度值時，機組上載小于設定溫度值時，機組下載。可以根據(jù)兩者間的溫差值來決定上下載的周期長短，溫差大則上載或下載周期短，溫差小則上載或下載周期相應增長，溫差在 0.5℃之間可以停止上下載。
3.4 故障報警記錄
控制系統(tǒng)可以對下列情況進行報警和記錄。如果是風冷冷水機組控制系統(tǒng)，則沒有冷卻水和冷卻塔風機的相應報警功能，但會增加融霜和制熱運行的故障報警。
(1) 冷水泵故障:冷水泵啟動，經(jīng)過延時時間后，如冷水泵連鎖信號仍未到，冷水泵故障報警;
(2) 斷流故障:冷水泵或冷卻水泵都啟動后，水流延時時間到后，水流開關信號未到，水斷流報警;
(3) 防凍開關:防凍延時時間到，防凍開關信號未到，防凍報警;
(4) 冷水低溫報警:延時時間后，如冷水出口溫度小于 3℃，冷水低溫報警;
(5) 外部連鎖故障:延時時間后，用戶外部連鎖未到，外部連鎖故障。壓縮機過載:延時間后，熱保信號未到，壓機熱過載報警;
(6) 高壓報警:延時時間后，高壓保護未到，壓機高壓報警;
(7) 低壓報警:延時時間后，低壓保護未到，壓機低壓報警。油壓報警:延時時間后，油壓保護未到，壓機油壓報警;
(8) 傳感器故障:延時時間后，如傳感器顯示溫度值大于200℃，傳感器故障報警;
(9) 冷卻水泵故障:冷卻水泵啟動，延時時間后，冷卻水泵連鎖未到，冷卻水泵故障報警;
(10) 冷卻塔風機過流:風機啟動，延時時間后，過流保護信號未到，風機過流報警。有任何一故障發(fā)生，開關量故障輸出，系統(tǒng)聲光報警。故障排除后，需手動復位。
3.5 系統(tǒng)參數(shù)設定
控制系統(tǒng)可以對下列參數(shù)進行設定:溫度修正值，修正傳感器采集的實際溫度值，默認下修正值為0;水流開關延時時間(默認為3s，最小為0.5s);低壓延時時間(默認為5s，最小0.5s);油壓延時時間(默認為50s，最小0.5s);關機延時時間(默認為120s);壓縮機最少運行時間(默認為120s);允許壓縮機啟動的停機延時時間(默認為 480s，最小為300s);冷卻塔風機開溫度(默認為28℃，最小25℃，最大30℃);冷卻塔風機關溫度(默認為23℃，最小為20℃，最大25℃);冷水入口溫度(默認為12℃，最小為10℃);冷水出口溫度(默認為7℃，最小為5℃)。對風冷熱泵機組還有強制除霜運行時間，除霜起始條件和結束條件，制熱運行參數(shù)等。此外系統(tǒng)還可以修改控制器內(nèi)置時鐘，從而有效地通過定時功能實現(xiàn)控制，可以通過設定開關機時間，自動定時開啟和關閉機組。可以通過分別設定一周每天的開關機時間，經(jīng)過與內(nèi)置的時鐘比較自動運行機組。

4 技術特點
OMRON小型CPM2AH系列PLC具有優(yōu)異的性能價格比，所組成的控制系統(tǒng)具有如下技術特點:
(1) 穩(wěn)定的性能
CPM2AH系列PLC外型小巧結構緊湊，OMRON公司長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗和嚴格的技術標準保證了其可靠穩(wěn)定的性能，即使在惡劣工業(yè)環(huán)境下仍然能正常運行。更經(jīng)過高低溫的考驗，使得該PLC可以適用在特殊的場合。
(2) 模擬量功能
CPM2AH使用專用的TS101/TS102溫度控制模塊，直接連接PT100溫度傳感器，提升溫度測量的精度和可靠性。
(3) 通訊功能增強
CPM2AH提供內(nèi)置RS-232C端口和RS-422端口。OMRON完全開放的通訊 協(xié)議可以方便實現(xiàn)上位機遠程監(jiān)控功能，用戶可以隨心所欲自己定制開發(fā)通訊監(jiān)控系統(tǒng)。
(4) 高速的程序執(zhí)行速度
更快的程序指令執(zhí)行速度，使得控制過程精確無誤。
(5) 很強的擴充能力
模擬量可以增加到12路;系統(tǒng)支持Device Net協(xié)議，具有強大的 擴充能力，通過遠程端子，可以擴充到256點，方便組成集散控制系統(tǒng)。命令識別見表2。

5 計算機監(jiān)控
CPM2AH系統(tǒng)可以提供RS-232和RS-422通訊接口，用戶計算機可以根據(jù)實際情況直接與PLC相聯(lián)，構筑自己的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，也可以通過調制解調器實現(xiàn)遠程監(jiān)控。在通訊協(xié)議上，OMRON的PLC產(chǎn)品采用統(tǒng)一開放的通訊協(xié)議，便于用戶開發(fā)自己的監(jiān)控軟件。通訊 協(xié)議主要有運行狀態(tài)控制，存儲區(qū)讀寫等功能。通訊協(xié)議格式為:
通過使用這些命令，用戶可以很好地在計算機上完成對PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)控。
6 結束語
本套控制系統(tǒng)從2005年初推出后，得到了很多用戶的認可。目前已經(jīng)開始在部分用戶投入使用，使用情況表明，本系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。尤其是其開放的通訊協(xié)議，使得用戶可以定制自己的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，這就為用戶管理機組的運行提供了方便，受到了用戶的好評。