浙大中自SunyPCC500E集成控制器在中央空调中的应用

• 关键词：电机,流量计,工控,步进电机
• 作者：浙大中自

随着我国经济的不断发展，社会高度信息化，高新技术不断应用到建筑中，中央空调应用的不断推广就是一个有力的佐证。
早期的中央空调控制系统是由继电器或DDC控制器完成的。继电器控制系统由于故障率高、系统复杂、功耗高等缺点已逐渐被淘汰，而DDC控制器虽然在智能化方面有了很大的发展，但由于其本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。目前，PLC控制系统以其运行可靠、使用与维护方便、抗干扰能力强、适合网络结构等特点，在智能建筑中得到广泛的应用。
1.概述
建筑的中央空调系统设备由冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、制冷机等组成。其中制冷机是中央空调的核心设备，一般由设备生产厂成套供应。该设备的控制一般由随机的微处理器或PLC完成。由于各设备相互独立，特别是除制冷机组之外的设备自动化成都较低，使整个中央空调系统不能很好地协调工作。
浙江正泰中自控制工程有限公司的技术人员在认真分析、领会中央空调工艺、设备及控制的基础上，成功地将SunyPCC500E集成控制器应用于西北某超市的中央空调系统。
2.硬件配置
SunyPCC500E集成控制器很好地吸收了DCS的部分特点，硬件模块化、智能化，支持电源、通讯冗余，万能输入、光电隔离，自定义按键。单机配置规模为AIO：64或DIO：128/32个调节回路，扩展的情况下规模可达AO：208或DIO：416/104个调节回路，系统具有较好的开放性和伸缩性。系统集成了连续控制、逻辑控制和顺序控制等多种功能，是真正的新一代开放型模块化混合控制器。
在前述超市中央空调系统中，设计I/O点数为，AI：12，AO：5，DI：38，DO：18（以上I/O点不包括与PLC通讯点）。据此，对SunyPCC500E配置如下：

制冷机组为广东某厂生产的LCU-L42FJ型，控制器为SLC5可编程逻辑控制器。通过ModbusRTU协议，SunyPCC500E可以与SLC5进行数据交互。系统结构如下图所示：

3. 控制方案
SunyPCC500E控制组态软件提供了符合IEC61131-3标准的五种控制语言，包括FBD、SFC、LD、ST和IL，可根据组态需要和个人习惯选择适合自己的编程手段。中央空调的监控方案主要包括以下子系统：
 顺序控制（SCS）
用SFC语言设计，用于规定整个中央空调系统正常启动、正常或异常停止的设备启停顺序。启动顺序：冷却塔风机→冷却水泵→冷冻水泵→制冷机。停止顺序：制冷机→冷冻水泵→冷却水泵→冷却塔风机。在异常停止时，无论哪台设备因故障停机，都要从停止顺序的第一步开始执行。下图为启动程序编辑界面：

 逻辑控制（LCS）
本子系统主要实现设备联锁保护和两台设备之间的互为备用联锁，可用LD语言编写。每台设备均设有自动、手动、备用三种运行状态，自动用于联锁控制，手动用于调试或检修，备用状态用于热备用。下图示出了互为备用的两台设备之间的逻辑关系（B为默认主机）。

 模拟控制（MCS）
模拟控制主要包括冷气温湿度控制、冷冻水差压控制、节能控制。
中央空调的能耗一般占整个建筑能耗的30～50％，因此，如果将中央空调的节能控制设计得合理，无疑将大大降低建筑消耗。正泰中自控制工程有限公司对此有独到的见解，他们采用变频（VRV）、 变水量（VWV）、变风量（VAV）技术，根据中央空调主机和辅机运行工况和末端负荷的变化，由多种变化参数（如温度、流量、压力等）计算负荷随动，自动对水泵、风机等设备进行实时优化控制，并使中央空调主机运行环境得以优化，使得主机工质和辅机系统各种流体流量跟随末端负荷变化而同步变化，确保中央空调系统在满足舒适的前提下大幅度的降低系统能源消耗。下表列出了传统机电控制与SunyPCC500E控制两者之间的区别。

 数据采集（DAS）
数据采集是用于将中央空调系统的一些测量点信息采集到SunyPCC500E系统中（包括通过ModbusRTU从PLC采集的部分制冷机参数）实时地显示在屏幕上，供操作员参考、监视和管理。
4.人机界面
SunyPCC500E控制组态软件完全按照中国国情设计，操作简单、功能丰富，用户可以根据需要制作漂亮的操作画面。下图为系统总貌流程图。

5.结束语
中央空调系统设计首先是根据室外气象参数和室内空调设计参数计算冷负荷，按分区结构特点选择相应的设备，组合成一个系统。但空调系统绝大部分时间是在部分负荷的情况下工作，如果部分负荷工作的控制方式不合理，系统能效比会大大降低。
制冷机PLC在运行调节方式上是利用卸荷方式完成的，而这种方式是牺牲了阻力能耗来适应末端负荷要求，造成运行成本居高不下。因此，有必要对PLC控制方案进行改进。