可编程控制器在工业空调中的运用

闫晓伟李利

河南中烟黄金叶生产制造中心河南郑州450000

摘要：社会经济的快速发展，对工业空调供电系统带来了新的机遇与挑战，有必要对其接地与接零展开深入研究与探讨，并采取最优化的实施措施，达到事半功倍的效果。本文概述了相关内容，分析了控制系统组成，研究了系统软件设计，望该课题的研究，对后续相关工作的实践能够起到借鉴与参考作用。

关键词：工业空调；供电系统；接地；接零

1前言

在工业空调供电系统应用中，其接地与接零是一项综合性较强的系统性工作，如何取得最为理想的效果，保证顺利进行，备受业内人士关注。本文从实际出发，结合相关先进理念，对该课题进行了深入研究，阐述了个人的几点认识。

2可编程控制器

可编程控制器（ProgrammableLogicController）简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司（DEC）为美国通用公司研制开发并应用汽车生产线上，取得了极佳的效果，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也不断朝着智能化方向发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。70年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型PLC。由于PLC是为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以成本迅速下降；加上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能；并且他的使用和维护都极为方便，实现了低水平的操作、高性能的控制，所以在机械制造业深受欢迎。小型PLC开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域，其成本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战，更有全面取代传统继电器控制屏的趋势。据国外资料介绍：1982年美国PLC用户中，有48%来自自动程序操作部门（如汽车、拖拉机工业、机械工业等）、13%来自石油化工业、9%来自食品饮料业、7%来自冶金工业、其余部分来自造纸、采矿、污水处理等部门。近年来，随着我国对外开放，日、美、西德等国生产的PLC已通过多种途径进入了我国，引起了各方面的重视并得到应用。

3控制系统组成

3.1系统特点

温湿度自动控制系统采用当今流行的自动控制方案，利用工控机极其方便地集中远距监控各空调机组的运行状态。下位机采用PLC，自动根据车间温湿度实现自适应和PID调节，控制阀门动作使车间平均温湿度保持在设定状态。利用TD200文本显示器，以良好的中文界面监视车间温湿度和各控制阀门状态并能实现目标温湿状态和PID等控制参数的设定。现场手动操作按钮方便地实现现场检修和调试。

3.2系统组成

整个空调系统采用分层控制模式，上位机采用研祥工控机实现对各空调机组温湿度集中监视，手动以及异常报警、报表查询打印和换班管理等操作。整个系统联机通讯采用西门子公司的CP5611通讯卡，RS485通讯方式实现上位机远程监控。下位机采用西门子S7系列CPU226微型PLC，模拟量输入输出扩展模块EM231和EM232实现对各路传感器数据采集、处理和对各执行器的控制；利用PLC两个PPI通讯口，实现与上位机通讯和现场TD200实时监控。

3.3单机组控制系统结构

本空调系统根据室内温湿度传感器T/H1和T/H2检测到室内温湿度状态，利用温湿焓值关系，调节蒸汽阀V1、冷却阀V2和加湿阀V3以控制风道T/H3的温湿度，达到室内温湿度保持在给定的状态精度范围内；根据室外温湿度T/H4控制新风挡板M1、回风挡板M2和出风挡板M3以调节新风比实现系统节能。

4系统软件设计

空调系统软件设计包括上位机和下位机两部分，上位机负责与远程5台空调机组联网通讯，实现各空调机组温湿度、阀门状态的实时监控；检测数据的处理、报表生成和异常报警等。本文着重介绍下位机PLC的软件设计，流程为PLC一个扫描周期。

PLC系统软件主要完成的任务是：（1）自动实现对各路传感器的温湿度信号采样、处理和对蒸汽阀、制冷阀、加湿阀和新风挡板的自动控制；（2）TD200對系统各路传感器温湿度的实时检测，各阀门当前状态和对目标温湿度状态设定；（3）现场手动操作；

（4）与上位机通讯，接受工控机远程监控。

4.1软件编程环境

采用西门子公司的STEP7-Mico/WIN32配套软件，该软件是基于Windows操作系统用于S7-200系列PLC的编程软件包，极其方便地实现PC机离线编程、程序编译、程序下载、实时监视和状态检测等。程序设计可采用语句表（STL），梯形图（LAD）。程序设计中可利用各自的优点方便地实现两者的转换。

4.2程序设计特点

本软件系统采用模块化设计，包含采样，TD200显示，制冷，制冷加湿，加热，加热加湿和恒温降湿等子程序模块，实现温湿度分区控制。程序采用两级控制，温湿控制外环实现每一延时时间内风口目标温湿度的设定；内环实现PID调节并输出到输出映像区，刷新后以驱动外设。

4.3系统难点及其解决途径

大空间大惯性大延时的工业空调中，用PID方式最大的问题是系统的稳定性和精度的保证。要防止系统产生振荡，系统采取了延时和引进稳态温湿差概念（即系统稳定时，风道温湿度与室内温湿度差值），在实验较好的延时时间下采用软件自适应方法，既保证了系统稳定性和精度，又防止了室内与风口温湿度差过大而凝露现象。系统采用了三个PID控制环节，即加热PID，制冷PID和加湿PID；设定PID控制容限避免了系统振荡。

在整个PLC控制系统设计过程中，如果某些问题处理不当，会影响整个控制系统的正常运行，进而影响到企业的安全生产和经济效益。为了提高系统的可靠性能，保证工业设备安全、高效运行，在系统的设计过程中，应注意以下几个问题：

1）使输出模块（接口）的负荷留有一定的余量。

输出模块是PLC装置本身最易受到损坏的部件。降低输出接口负荷的最简单方法就是给其加上功率放大环节，即使用吸合功率和保持功率都相对较小的小型中间继电器进行转换。

2）注意对输出模块的外电路保护。为了防止因外部电路短路等原因造成输出接口损坏，可在其输出接口设置短路保护装置。

3）联锁、互锁功能的硬件设置。单纯在PLC内部逻辑上的联锁和互锁，往往在外电路发生故障时就失去作用。将2个接触器的常开辅点引入PLC输人接口，在软件中将它们以常闭的方式串人对方输出点线圈，就可起到较完善的保护作用。

4）PLC电源的要求及系统的失压保护。在应用程序开发时要特别注意系统的失压保护，要考虑出现失压状态时系统初始状态的恢复和联锁。

5）采用一定的抗干扰措施。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装1台带屏蔽层的变比为l：l的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。另外还可以在电源输入端串接LC滤波电路。

6）安装与布线。动力线、控制线、PLC的电源线以及I/O线应分别配线，其中开关量与模拟量信号线也要分开敷设。

本系统通过离线编程、现场安装调试和一段时间的运行，达到了用户所需的控制要求，PLC自动控制和上位机监控增强了异常处理和减轻工人多车间不间断巡视负担。烟厂通过空调系统改造后，方便了操作，节省了人工，便于检修，对提高效益具有十分重大的意义。

在编程序控制器的设计过程中，在工业空调中可以更好的应用这项设计技术，本文探讨了编程序控制器如何应用在工业空调设计中，提供了一些比较可行的设计策略。

结语

总之，在当前各种条件下，工业空调供电系统接地与接零工作实践中依旧存在着多方面的问题，我们应该从这些问题的实际情况出发，深刻分析其产生的多方面原因，统筹并进，多措并举，克服该项工作中的诸多难点问题，进而获得最为优化可行的实施策略与效果。

参考文献：

[1]陈延奎.浅谈PLC控制系统的设计方法[J].中国科技信息，2016（21）：88-89.

[2]丁庆广.可编程序控制器原理及系统设[M].北京：清华大学出版社，2017.33.