摘 要 恒溫恒濕空調(diào)廣泛應用在對環(huán)境要求較高的博物館、實驗室以及精密儀器生產(chǎn)線等場合。本文討論的為組合式恒溫恒濕空調(diào)控制系統(tǒng)，所謂組合式是將空調(diào)機組拆分成兩個部分，一部分為室內(nèi)機一部分為室外機。室內(nèi)機、室外機分別配有一個控制器，兩個控制器通過串口通訊的方式傳遞控制信息以及機組狀態(tài)信息。這樣做不僅能夠節(jié)省機組的安裝空間，而且可以使機組的運輸、接線等工作更加方便。本系統(tǒng)采用和利時公司的LM系列PLC，利用CPU上自帶的串口組成通訊網(wǎng)絡，并采用軟件自帶的功能庫完成了通訊程序的編寫，方便、可靠的實現(xiàn)了系統(tǒng)功能。
關鍵詞 LM PLC；恒溫恒濕空調(diào)；組合式；室內(nèi)機室外機
1 引言
組合式恒溫恒濕空調(diào)是對一體式恒溫恒濕空調(diào)的改進，主要體現(xiàn)在空調(diào)的結構形式。組合式空調(diào)機組分類兩個部分，一部分為室內(nèi)機、一部分為室外機，這樣做不僅能夠節(jié)省空調(diào)機組的安裝空間，而且空調(diào)的運輸、安裝也更加方便。本系統(tǒng)另一項改進是在室內(nèi)機與室外機上各采用一個控制器，兩個控制器通過通訊的方式交換信息，通訊只需要一根2芯的屏蔽通訊電纜。與單控制器系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)能夠將減少大量遠距離接線，不僅符合節(jié)約環(huán)保的設計思想，而且大大提高了系統(tǒng)的可靠性、節(jié)省安裝時間、減少系統(tǒng)維護的工作量。
2 控制系統(tǒng)設計
組合式恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)分為室內(nèi)機與室外機兩個部分。室外機的主要部件包括：壓縮機，冷凝器，冷凝風機，四通閥，冷凝壓力開關等；室內(nèi)機的主要部件包括：送風機，表冷器，熱水盤管，電加熱，加濕器，過濾段等。室外機共包括4個渦旋式壓縮機，2個冷凝風機、4個四通閥。每兩個壓縮機對應一個冷凝風機，每個壓縮機對應一個四通閥，切換四通閥能夠完成空調(diào)機組從制冷工況到制熱工況的切換。室內(nèi)機主要完成空調(diào)機組送風調(diào)濕等過程。為了減少室內(nèi)外機之間的連接電纜，此系統(tǒng)在室內(nèi)機與室外機上分別采用一個LM控制器LM3109，兩個控制器通過自帶的RS485接口連接，并把室內(nèi)機作為主機向從機發(fā)送控制指令以及狀態(tài)查詢指令。主機上的RS232接口連接一個5.6英寸的彩色觸摸屏HT6000，用于空調(diào)工況監(jiān)視、用戶參數(shù)以及廠家參數(shù)的設置。系統(tǒng)結構圖如下所示：
圖 2-1 恒溫恒濕空調(diào)控制系統(tǒng)結構圖
3 調(diào)通訊處理
采用兩個LM3109實現(xiàn)室內(nèi)機與室外機的數(shù)據(jù)交換需要進行通訊方面的配置以及程序編寫，PowerPro2.1.4帶有通訊功能庫，并且完全支持IEC61131-3的六種語言，使得這種比較復雜的通訊過程，能夠在PLC中方便的實現(xiàn)。通訊程序的流程圖如下所示，這里采用Modbus RTU通訊協(xié)議，在室外機首先初始化RS485接口的波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位等參數(shù)，再初始化其為Modbus從站，并且設置Modbus從站地址。調(diào)用圖3-2中的通訊初始化功能塊即可完成Modbus從站的初始化工作。最后要做的就是把從機中的狀態(tài)信息有規(guī)律的放到LM的可尋址區(qū)M區(qū)中，以備主機讀取。LM的編程軟件PowerPro支持ST語言，可以方便的處理需要交換的數(shù)據(jù)。在圖3-3中程序采用ST語言編寫，作用是把壓縮機、四通閥的狀態(tài)信息賦值給了%MX1300.0~%MX1300.7這些數(shù)據(jù)位，主機通過讀取這些地址內(nèi)的數(shù)值就可以獲得室外機的狀態(tài)信息，可以看到數(shù)據(jù)處理很方便，程序的可讀性也很高，在調(diào)試的時候各個數(shù)據(jù)的狀態(tài)一目了然。
圖 3-1 室外機通訊程序流程圖
圖 3-2 LM PLC通訊初始化功能塊
圖 3-3 LM PLC通訊數(shù)據(jù)處理
圖 3-4室內(nèi)機通訊程序流程圖
圖3-4為室內(nèi)機通訊程序流程圖，在室內(nèi)機中的LM PLC作為Modbus主站，在沒有控制命令的時候室內(nèi)機向室外機發(fā)送Modbus查詢指令，查詢室外機的運行狀態(tài)，當有開機、停機以及加降載等需求的時候，室內(nèi)機向室外機發(fā)送控制指令，室內(nèi)機還會對室外機返回的數(shù)據(jù)做CRC校驗，校驗成功后才會進行下一次控制命令的發(fā)送。避免由于外界的干擾造成對室外機的誤操作，保證了系統(tǒng)看高可靠性。CRC校驗只需要調(diào)用一個功能塊即可，如下圖所示。
圖 3-4 LM PLC CRC校驗功能塊
4 壓縮機保護及故障處理
組合式恒溫恒濕空調(diào)機組的控制主要包括以下幾個方面，系統(tǒng)啟動、能量調(diào)節(jié)、溫度濕度控制、除霜、壓縮機保護以及故障處理等功能。其中系統(tǒng)啟動、能量調(diào)節(jié)、溫度濕度控制除霜等功能與其他的空調(diào)系統(tǒng)基本相同，這里不再贅述。由于此系統(tǒng)是分成室外機與室內(nèi)機兩個部分的，所以壓縮機保護及故障處理與常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)有所不同。在這個系統(tǒng)里，我們在室外機以及室內(nèi)機都做了保護功能，例如壓縮機不滿足最小運行時間時，室內(nèi)機不會向室外機發(fā)送停機指令，當壓縮機出現(xiàn)高壓、過載等故障時，室外機會自行停機保護，而無需等待室內(nèi)機的停機指令。故障處理方面，室外機也可以對一些故障自行處理，例如低壓故障，在60分鐘連續(xù)出現(xiàn)3次才上報給室內(nèi)機，否則室外機自行處理。當通訊出現(xiàn)故障時，室外機也會自動停止壓縮機運行，并且發(fā)出報警信號。這樣使室內(nèi)機、室外機既獨立又統(tǒng)一，避免因通訊延時或通訊故障對壓縮機造成損害。
5 系統(tǒng)操作界面
此系統(tǒng)的操作界面采用和利時HT6600系列觸摸屏制作，這款觸摸屏為5.6英寸彩色觸摸屏。操作界面可以完成廠家參數(shù)以及用戶參數(shù)的設置、記錄系統(tǒng)報警信息、監(jiān)視系統(tǒng)的運行工況等功能。設置廠家參數(shù)需要擁有最高級得權限，設置用戶參數(shù)也需要具有操作員權限，避免其它人員的誤操作。系統(tǒng)操作畫面如下圖所示。圖5-1為系統(tǒng)主界面，操作員可以進行目標溫度、濕度設置，選擇運行工況，進行開機停機等操作，操作人員需要具有操作員權限。圖5-2為參數(shù)設定選擇界面，廠家可以選擇相應的選項進行參數(shù)設置，這些參數(shù)都是廠家參數(shù)，不開放給空調(diào)用戶，設置這些參數(shù)需要具有最高權限。圖5-3為系統(tǒng)運行監(jiān)控界面，這里可以監(jiān)視系統(tǒng)中各個設備的運行狀況。當系統(tǒng)報警時，系統(tǒng)會自動切換到報警界面上。
圖 5-1 系統(tǒng)主界面
圖 5-2 參數(shù)設定選擇界面
圖 5-3 系統(tǒng)運行監(jiān)控界面
6 應用特點
基于LM系列PLC的組合式恒溫恒濕空調(diào)控制系統(tǒng)具有如下特點：
ì 可靠性
LM CPU自帶的RS485串口具有很強的抗干擾能力，雖然此系統(tǒng)中有一個37KW的變頻器，但是系統(tǒng)通訊完全不受影響，從現(xiàn)場的使用情況看，壓縮機、風機等通過通訊控制的設備均可以快速響應室內(nèi)機的指令。
ì 易用性
LM功能庫中的通訊功能塊讓實現(xiàn)兩個PLC通訊更加方便，除了支持梯形圖語言外，編程軟件還支持ST語言，適于通訊程序的批量處理，也使通訊程序的調(diào)試、監(jiān)控更加方便。
ì 智能性
LM PLC中的溫度采集模塊均為智能型，本系統(tǒng)采用的4通道熱電阻采集模塊每個通道均能進行短路、斷線檢測，在通道故障或傳感器接線出現(xiàn)短路、斷線等問題的時候，系統(tǒng)能夠及時進行機組保護，避免機組收到損害。
參考文獻
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