煙臺冰輪股份有限公司是以工業(yè)制冷成套設(shè)備、中央空調(diào)等為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的大型工業(yè)企業(yè)，公司是國內(nèi)最大的果蔬保鮮加工配套設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，自主研發(fā)新型高效螺桿壓縮機(jī)代表了國內(nèi)最高水平，在該領(lǐng)域市場占主導(dǎo)地位。魯林冰輪果蔬保鮮庫是冰輪股份有限公司的第一座氟工質(zhì)全自動化冷庫。由于冷庫系統(tǒng)比較復(fù)雜，專業(yè)性強(qiáng)，功能模式繁多，系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，因而對自控系統(tǒng)的要求非常嚴(yán)格，所以選擇可靠、先進(jìn)的系統(tǒng)是非常重要的。我們選用了國際知名電器品牌施耐德micro系列plc，其中包括一臺主plc，用于控制整個(gè)冷庫系統(tǒng)及四臺冷凝壓縮機(jī)的plc通訊。

2 工藝控制流程

　　控制過程分為兩個(gè)部分：制冷和沖霜。制冷是為了實(shí)現(xiàn)冷庫的冷藏功能；沖霜是為了增加制冷效率，因?yàn)橹评湟欢螘r(shí)間后，空氣中水蒸氣會在制冷管路上形成霜，嚴(yán)重時(shí)可能結(jié)冰，因此我們應(yīng)當(dāng)適時(shí)的將霜融掉，增加熱交換效率。

　　2.1 制冷

　　當(dāng)系統(tǒng)處于制冷狀態(tài)時(shí)，可以選擇自動或手動運(yùn)行。手動運(yùn)行時(shí)，先要選擇要制冷的冷庫房間號，再設(shè)定所需要的溫度上下限值即可開機(jī)。開機(jī)指令發(fā)出后，系統(tǒng)運(yùn)行。首先，開啟冷卻水泵；然后，開啟冷卻塔風(fēng)機(jī)；接著，開啟需制冷的壓縮冷凝機(jī)組和庫房冷風(fēng)機(jī)電機(jī)；啟動確認(rèn)后，開啟制冷庫房相應(yīng)的供液電磁閥；最后壓縮機(jī)將根據(jù)蒸發(fā)壓力進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)降溫過程。自動運(yùn)行時(shí)，只需選擇要制冷的冷庫房間號，再設(shè)定所需要的溫度上下限值即可，系統(tǒng)將根據(jù)溫度上下限值自動開停機(jī)。

　　2.2 沖霜

　　自動沖霜根據(jù)每間庫的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行。當(dāng)本間庫的運(yùn)行時(shí)間到達(dá)設(shè)定值時(shí)，發(fā)出沖霜指令，系統(tǒng)自動沖霜。其過程為：首先，本間庫的供液電磁閥關(guān)閉；然后，關(guān)閉冷風(fēng)機(jī)電機(jī)；接著，開啟本間庫沖霜水電磁閥和開啟沖霜水泵；延時(shí)20分鐘后，關(guān)閉沖霜水電磁閥，沖霜過程完畢。

3 系統(tǒng)構(gòu)成及配置

　　3.1 控制系統(tǒng)描述

　　控制系統(tǒng)采用了集中監(jiān)控、分散控制的模式，根據(jù)這一原則將整個(gè)冷庫控制系統(tǒng)分為三個(gè)層次，即監(jiān)控層、控制層、設(shè)備層。系統(tǒng)構(gòu)成如下：

　?。?）監(jiān)控層：通過采用主plc上的rs-485通訊接口經(jīng)編程電纜轉(zhuǎn)換為rs-232，然后可直接與上位機(jī)通訊。主plc實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，對庫間內(nèi)的各個(gè)受控設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行集中監(jiān)測，動態(tài)的顯示各個(gè)控制監(jiān)測點(diǎn)的變化。裝有組態(tài)王軟件的上位機(jī)并對冷庫的重要數(shù)據(jù)自動生成表格，定時(shí)輸出到打印機(jī)打印，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制及控制設(shè)置點(diǎn)的數(shù)據(jù)設(shè)置。原則上計(jì)算機(jī)只參與系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，與控制整個(gè)冷庫的人機(jī)界面（與主plc通訊）并列控制，克服了以往由于計(jì)算機(jī)故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的可怕后果。硬件配置：上位機(jī)、上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接卡、打印機(jī)、plc通訊電纜等。軟件配置：操作系統(tǒng)軟件為windows xp，監(jiān)控組態(tài)軟件為組態(tài)王kingview6.02。

　　（2）控制層：控制層是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，在整個(gè)控制系統(tǒng)中起著“承上啟下”的作用，plc控制是非常成熟的工業(yè)控制技術(shù)，本系統(tǒng)采用tsx3721001系列plc及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接受現(xiàn)場發(fā)來的數(shù)據(jù)信息（數(shù)字量或模擬量輸入信號），經(jīng)過其本身cpu中所儲存的控制程序的運(yùn)算與處理后，發(fā)出相應(yīng)的指令，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。同時(shí)通過plc網(wǎng)絡(luò)使得層內(nèi)各個(gè)plc之間可方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，并由主plc通過網(wǎng)絡(luò)將所有相關(guān)的數(shù)據(jù)上傳給上位監(jiān)控機(jī)。主要硬件設(shè)備：plc控制器tsx3721001、通訊卡tsxscp114、人機(jī)界面、接口模塊、通訊電纜等。軟件：plc編程軟件pl7、人機(jī)界面組態(tài)軟件、microsoft office應(yīng)用軟件等。

圖1 控制系統(tǒng)架構(gòu)

　?。?）設(shè)備層：設(shè)備層在整個(gè)控制系統(tǒng)的金字塔結(jié)構(gòu)中處于底層，是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括庫間的溫度傳感器、采集各個(gè)電動機(jī)工作電流的電流變送器、管路上的各種電磁閥、控制各個(gè)電動機(jī)和風(fēng)機(jī)的接觸器等等，直接與plc（控制層）相聯(lián)系。

　　3.2 制冷系統(tǒng)描述

　　整個(gè)制冷系統(tǒng)共配置4臺半封冷凝壓縮機(jī)組。冷凝壓縮機(jī)組是整個(gè)系統(tǒng)的最關(guān)鍵部件，機(jī)組采用自控領(lǐng)域最先進(jìn)的plc微電腦控制，通過模擬量和數(shù)字量的輸入輸出，對機(jī)組的運(yùn)行進(jìn)行精確控制和可靠保護(hù)。各種標(biāo)準(zhǔn)控制功能令機(jī)組在啟動和整個(gè)運(yùn)行過程中具有高效節(jié)能的特點(diǎn)，壓力傳感器可檢測機(jī)組的吸氣和排氣壓力，通過plc控制保證壓縮機(jī)無級調(diào)節(jié)增減載?？煽肯冗M(jìn)的滑閥機(jī)構(gòu)可通過控制系統(tǒng)使機(jī)組的負(fù)荷自動調(diào)節(jié)，降低了機(jī)組的能耗，工作高效。通過溫度傳感器和壓力傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可配合熱負(fù)荷的實(shí)際情況，進(jìn)行復(fù)雜的控制運(yùn)算和pid調(diào)節(jié)功能，自動控制壓縮機(jī)的加載和卸載，保持系統(tǒng)的冷量提供，保證庫溫的穩(wěn)定，避免了壓縮機(jī)的頻繁開啟。微電腦具有超前控制功能能及時(shí)預(yù)測故障的發(fā)生，并在故障發(fā)生前及時(shí)采取正確的措施，如在排氣壓力接近限定值時(shí)，控制系統(tǒng)將使壓縮機(jī)自動卸載并發(fā)出故障報(bào)警信號，這些與傳統(tǒng)采用壓力開關(guān)的簡單位式控制相比，不僅可以自我診斷傳感器的好壞，更可以超前預(yù)診斷整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行情況，大大減少了故障停機(jī)的次數(shù)，增加了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。通過人機(jī)界面對話，可讀到下列所有重要參數(shù)：

表1 機(jī)組運(yùn)行參數(shù)表

　　微電腦能記錄最后8次故障的情況，包括發(fā)生的時(shí)間、記錄的數(shù)據(jù)，這有助于維修人員及時(shí)排除故障。機(jī)組具有下列自動保護(hù)功能：

表2 機(jī)組自動保護(hù)功能

　?。?）冷風(fēng)機(jī)控制：考慮到冷庫面積較大，溫度波動較大且分布不均勻，故每間冷庫設(shè)四只溫度傳感器，取庫溫平均溫度控制冷風(fēng)機(jī)，采用日本理化或丹佛斯數(shù)顯溫控器進(jìn)行控制、報(bào)警。并將溫度值輸送到系統(tǒng)控制主plc，進(jìn)行除霜控制及判斷。

　?。?）冷卻塔控制：根據(jù)機(jī)組運(yùn)行信號開循環(huán)水泵，根據(jù)冷凝壓力控制器控制冷卻風(fēng)機(jī)的開停，水池自動補(bǔ)水。并具有缺水保護(hù)、冷凝壓力超高報(bào)警功能。運(yùn)行時(shí)遵守均衡磨損和備用自動投入原則。

　?。?）冷風(fēng)機(jī)除霜控制：除霜控制設(shè)有手動和自動定時(shí)除霜兩種選擇，（采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制或定時(shí)時(shí)鐘控制，除霜時(shí)間及除霜間隔時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況自由設(shè)定。）由于熱氨除霜存在一定的危險(xiǎn)性，而且除霜對庫溫的影響較大，故每個(gè)除霜系統(tǒng)都采用丹佛斯的evra電磁閥和pmlx主閥進(jìn)行精確控制，為保證系統(tǒng)的可靠性，過濾器、單向閥、卸壓閥均采用丹佛斯原裝進(jìn)口產(chǎn)品，電氣方面加設(shè)可靠的電氣互鎖和庫溫過高保護(hù)，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。另外，由于系統(tǒng)蒸發(fā)溫度的不同，在荷捌室冷風(fēng)機(jī)回氣管pmlx主閥設(shè)丹佛斯cvp壓力控制導(dǎo)閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度，確保整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

　?。?）熱回收裝置控制：根據(jù)水池水溫控制水泵的開停，同時(shí)控制輔助電加熱器的投入和切除。

4 軟件設(shè)計(jì)

　　4.1 plc軟件設(shè)計(jì)

　　plc軟件共分為兩部分：一部分是整個(gè)控制系統(tǒng)除壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的軟件；另一部分是四臺壓縮機(jī)各自的程序軟件。

　　其中軟件設(shè)計(jì)考慮到系統(tǒng)重起后對設(shè)備和重要參數(shù)的保護(hù)，充分利用了micro系列plc編程軟件提供的冷啟動%s0，熱啟動%s1，首次掃描%s13對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即復(fù)位所有設(shè)備狀態(tài)，為下次開機(jī)作好準(zhǔn)備。對需要保護(hù)的內(nèi)部字進(jìn)行保護(hù)，如設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，停機(jī)前設(shè)定好的參數(shù)等等。

　　由于tsx3721001有兩個(gè)rs485通訊口，因此我們分別用來連接人機(jī)界面和上位機(jī)。但是鑒于modbus通信協(xié)議的限制，要想同時(shí)使用兩個(gè)接口，我們只能在編制程序時(shí)，組態(tài)unitelway協(xié)議。

4.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　根據(jù)系統(tǒng)流程圖，用簡單線條勾勒出整個(gè)制冷系統(tǒng)圖并配合kingview上位機(jī)軟件中自帶圖庫使監(jiān)控畫面生動形象，并且大大節(jié)約設(shè)計(jì)畫面時(shí)間，把寶貴的時(shí)間用到編制程序和畫面的組態(tài)中去。在制冷流程圖里我們可以縱觀全局，全面掌握整個(gè)冷庫的運(yùn)行情況。然后分別做每個(gè)各個(gè)冷庫房間和壓縮機(jī)流程的分畫面，并通過制冷流程圖里相應(yīng)按鈕實(shí)現(xiàn)切換功能。畫面完成之后，我們將要連接plc設(shè)備。即在組態(tài)王軟件中設(shè)備目錄下，將com1連接到plc。組態(tài)完成畫面如圖2所示。

　　最后，在組態(tài)王中建立變量，與將plc中的i/o點(diǎn)相對應(yīng)，然后連接到畫面中相應(yīng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控功能。

5 結(jié)束語

　　該自控系統(tǒng)集中體現(xiàn)了法國schneider公司的plc控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以及組態(tài)王畫面監(jiān)控技術(shù)的優(yōu)勢，使整個(gè)自動化冷庫的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試時(shí)間大大縮短。