1引言

本項目制冷機(jī)組控制系統(tǒng)主要用于對印刷行業(yè)及其他工業(yè)場所發(fā)熱設(shè)備進(jìn)行冷卻，以滿足這些設(shè)備能夠正常運(yùn)行。本制冷系統(tǒng)采用的是循環(huán)冷水對印刷機(jī)uv燈進(jìn)行冷卻，自動調(diào)節(jié)冷水流量、自動調(diào)度制冷機(jī)運(yùn)行臺數(shù)以及對水泵的變頻控制。項目應(yīng)用西門子s7-300系列plc以及西門子公司的觸摸屏、變頻器來設(shè)計的制冷機(jī)組自動控制系統(tǒng)。

2制冷機(jī)組集控原理

2.1工藝原理

制冷系統(tǒng)水循環(huán)流程如圖1所示，將10臺制冷機(jī)組集中安置，其中有一臺制冷機(jī)組功率為30kw，其余9臺為相同的制冷機(jī)組。我們新增了一個水箱用于循環(huán)水的熱交換，水箱的水可以通過外來補(bǔ)水管進(jìn)行補(bǔ)給以保證水箱的正常水位，水箱還有一排污管用于污水的排放。被制冷機(jī)組制冷的水全部由我們水箱的水供給，并且制冷完后的冷水又全部送回水箱以存儲。10臺制冷機(jī)組之間的水流支管道并聯(lián)連接通過一總水流管道與水箱之間進(jìn)行水交換。因此，水箱的水是一定溫度的冷水。接下來，我們用一輸水總管通過水泵的變頻控制來將水箱的冷水引出來通過支路水管的連接來對我們的8臺印刷機(jī)的uv燈進(jìn)行循環(huán)水冷冷卻。然后各支路冷卻完的水又由一總水管輸回到水箱。這樣我們就完成了制冷機(jī)組水循環(huán)流程圖。很顯然，這其中就涉及到一個所謂的出水(冷水輸出)、出水溫度；回水(熱水輸回)、回水溫度。要檢測他們的溫度我們就在出水和回水處分別安裝有一溫度傳感器來檢測出水溫度和回水溫度。變頻水泵可以用來控制水管水流量和水管管壓。

2.2電控原理

制冷機(jī)系統(tǒng)主要調(diào)節(jié)控制的物理參數(shù)分別為循環(huán)水的溫度和水管水流量。循環(huán)水溫度的調(diào)控主要通過開啟制冷機(jī)組的臺數(shù)來實現(xiàn)，從而使其溫度到達(dá)設(shè)定溫度。而水管的水流管壓根據(jù)所開啟的印刷機(jī)的臺數(shù)通過水泵的變頻控制來達(dá)到所需的水流量。循環(huán)水溫度、流量調(diào)控過程如下所示。

水溫調(diào)控過程：10臺制冷機(jī)組在水溫的制冷調(diào)控過程中，我們?nèi)藶榈胤譃樗臋n，如圖2所示。在制冷機(jī)組控制系統(tǒng)中我們先設(shè)定一個合適的出水溫度，然后根據(jù)傳感器檢測的回水溫度與出水溫度差值進(jìn)行比較，確定哪一檔制冷機(jī)組的開啟。

在10臺制冷機(jī)組中，有一臺大功率的美國進(jìn)口的制冷機(jī)組(30kw)本臺制冷機(jī)組能夠提供所需制冷量的大部分，因此，在每一檔中該臺制冷機(jī)組必須處于開啟狀態(tài)。另外9臺制冷機(jī)組屬于附屬的國產(chǎn)小功率制冷機(jī)組，我們可以有選擇的開啟以滿足制冷量的需要。與此同時，這9臺制冷機(jī)組中即使有某臺或者某幾臺制冷機(jī)組發(fā)生故障了我們可以選擇其他的正常的制冷機(jī)組運(yùn)行以保證系統(tǒng)制冷的正常進(jìn)行。但是，30kw的美國進(jìn)口制冷機(jī)組發(fā)生故障了，我們必須使整個系統(tǒng)停止下來。因為該臺制冷機(jī)組故障了我們所需的制冷量就不能達(dá)到，即使另外9臺制冷機(jī)組全開也枉然。

水管流量的水泵變頻控制過程：在該過程中，我們根據(jù)所開啟的印刷機(jī)的的臺數(shù)來估算所需冷水管流量以滿足各臺印刷機(jī)所需的冷水冷卻量。一般情況下，如果印刷機(jī)全部開啟，那么我們的水泵工頻50hz運(yùn)行，因為在該情況下我們所需的冷水流量較大；如果印刷機(jī)部分開啟，在該情況下所需冷水流量相對較小，因此我們考慮用水泵的變頻運(yùn)行(低于工頻50hz運(yùn)行)，根據(jù)印刷機(jī)開啟的不同數(shù)目我們針對地設(shè)置不同的頻率來進(jìn)行變頻運(yùn)行。很顯然，在變頻(低于工頻)控制的模式下，我們可以大大地節(jié)約電能，因此達(dá)到了我們設(shè)計初衷的節(jié)能目標(biāo)。

圖1制冷機(jī)組水循環(huán)流程圖

圖2制冷調(diào)控過程

圖3制冷機(jī)組控制系統(tǒng)簡圖

圖4mpi網(wǎng)絡(luò)圖

3plc控制系統(tǒng)

3.1控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件主要由1個西門子cpu313c模塊、1個sm321輸入模塊、2個sm322輸出模塊、2個cpu226、2個觸摸屏(tp170和mp277)和幾十個(施耐德和歐姆龍)繼電器構(gòu)成。由于整個控制系統(tǒng)分散性和能更好方便操作，對控制系統(tǒng)實行mpi網(wǎng)絡(luò)控制，整個mpi網(wǎng)絡(luò)由西門子4個s7-300模塊、2個s7-200模塊和2個觸摸屏組成，可以實現(xiàn)在印刷生產(chǎn)線車間自由控制頂棚里面制冷機(jī)組，并且可以監(jiān)視整個控制系統(tǒng)狀態(tài)。如圖3、4所示。

3.2程序設(shè)計

控制系統(tǒng)plc程序設(shè)計流程圖如圖5所示。

主要步驟包括：①程序初始化：有關(guān)中間寄存器，寄存器的清零。②plc接受觸摸屏的指令信號，完成對制冷機(jī)組循環(huán)水路水溫的設(shè)定。③plc根據(jù)印刷機(jī)的開啟數(shù)量，決定變頻或者工頻的運(yùn)行狀態(tài)。④根據(jù)制冷機(jī)組循環(huán)水路冷水和回水溫度，控制制冷機(jī)組的啟停。⑤機(jī)械故障的報警。

當(dāng)plc因故無法運(yùn)行時，恢復(fù)制冷機(jī)組的原來的手操方式，根據(jù)uv燈開啟數(shù)量，手動啟動制冷機(jī)組運(yùn)行，保證在制冷機(jī)組循環(huán)水路中有冷水流動。而在uv燈冷卻水循環(huán)水路，使所有uv燈進(jìn)水電磁閥打開，水泵取消變頻控制，直接運(yùn)轉(zhuǎn)，給uv燈提供冷卻水，保證安全生產(chǎn)的需要，提高系統(tǒng)的可靠性。

圖5plc程序設(shè)計流程圖

6觸摸屏主界面圖

4界面設(shè)計

如圖6所示為觸摸屏主界面圖。該界面形象地展示了整個系統(tǒng)的控制過程，10臺制冷機(jī)組的開啟狀態(tài)以及印刷機(jī)的開啟狀態(tài)都可以如實地加以顯示。有自動、手動切換的按鈕，有參數(shù)設(shè)定區(qū)，有用戶管理區(qū)域包括報警查詢以及用戶權(quán)限的密碼設(shè)置。整個界面簡單明了易于現(xiàn)場操作。

在操作柜上觸摸屏主界面上(如圖6)單擊手動按鍵，輸入系統(tǒng)密碼，即可進(jìn)入手動界面如圖7所示。

在手動界面下可以進(jìn)一步進(jìn)入各個制冷機(jī)組啟動停止操作界面，以及啟動停止水泵等，并且可以監(jiān)視印刷機(jī)生產(chǎn)線的狀態(tài)。

報警查詢子界面如圖8所示。①系統(tǒng)運(yùn)行時，出現(xiàn)系統(tǒng)局部故障(如制冷機(jī)故障，水泵故障等)，操作柜上有聲光報警器報警，并可到觸摸屏上主界面圖7上按報警查詢可以查看報警故障類型如圖九所示，進(jìn)行相應(yīng)的故障處理。處理完后，把操作柜和控制柜上任意復(fù)位報警按鈕打向右邊，清除聲光報警故障報警，故障消除后確保操作柜和控制柜上復(fù)位報警按鈕都打向左邊。②變頻器故障時修好后必須按控制柜上復(fù)位按鈕令其復(fù)位，不然會一直保持故障顯示。③非正常系統(tǒng)關(guān)機(jī)：系統(tǒng)在突然斷電等非正常關(guān)機(jī)情況，系統(tǒng)重啟后，請仔細(xì)檢查觸摸屏上各個按鍵的狀態(tài)和水泵的轉(zhuǎn)速值，并確認(rèn)當(dāng)前正在工作的印刷機(jī)其旁邊的開冷水開關(guān)是否開啟。

圖7觸摸屏手動界面

圖8報警查詢界面

5結(jié)束語

該控制系統(tǒng)已連續(xù)運(yùn)行一年多，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠、節(jié)能效果好、自動化程度高、操作方便、直觀；減輕了工人的勞動強(qiáng)度，充分發(fā)揮了plc運(yùn)算速度快、功能強(qiáng)、程序設(shè)計簡單、修改程序方便、接線少、故障率低、維護(hù)保養(yǎng)容易、使用靈活、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢和觸摸屏友好的人機(jī)界面功能，獲得了用戶滿意的使用效果，值得推廣。