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果蔬机械/调味品设备 |
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PLC在自动化冷库中的应用 |
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1 引言
烟台冰轮股份有限公司是以工业制冷成套设备、中央空调等为主导产业的大型工业企业，公司是国内最大的果蔬保鲜加工配套设备生产企业，自主研发新型高效螺杆压缩机代表了国内最高水平，在该领域市场占主导地位。鲁林冰轮果蔬保鲜库是冰轮股份有限公司的第一座氟工质全自动化冷库。由于冷库系统比较复杂，专业性强，功能模式繁多，系统关联性强，因而对自控系统的要求非常严格，所以选择可靠、先进的系统是非常重要的。我们选用了国际知名电器品牌施耐德micro系列plc，其中包括一台主plc，用于控制整个冷库系统及四台冷凝压缩机的plc通讯。
2 工艺控制流程
控制过程分为两个部分：制冷和冲霜。制冷是为了实现冷库的冷藏功能；冲霜是为了增加制冷效率，因为制冷一段时间后，空气中水蒸气会在制冷管路上形成霜，严重时可能结冰，因此我们应当适时的将霜融掉，增加热交换效率。
2.1 制冷
当系统处于制冷状态时，可以选择自动或手动运行。手动运行时，先要选择要制冷的冷库房间号，再设定所需要的温度上下限值即可开机。开机指令发出后，系统运行。首先，开启冷却水泵；然后，开启冷却塔风机；接着，开启需制冷的压缩冷凝机组和库房冷风机电机；启动确认后，开启制冷库房相应的供液电磁阀；最后压缩机将根据蒸发压力进行能量调节，进行正常运转降温过程。自动运行时，只需选择要制冷的冷库房间号，再设定所需要的温度上下限值即可，系统将根据温度上下限值自动开停机。
2.2 冲霜
自动冲霜根据每间库的累计运行时间进行。当本间库的运行时间到达设定值时，发出冲霜指令，系统自动冲霜。其过程为：首先，本间库的供液电磁阀关闭；然后，关闭冷风机电机；接着，开启本间库冲霜水电磁阀和开启冲霜水泵；延时20分钟后，关闭冲霜水电磁阀，冲霜过程完毕。
3 系统构成及配置
3.1 控制系统描述
控制系统采用了集中监控、分散控制的模式，根据这一原则将整个冷库控制系统分为三个层次，即监控层、控制层、设备层。系统构成如下：
（1）监控层：通过采用主plc上的rs-485通讯接口经编程电缆转换为rs-232，然后可直接与上位机通讯。主plc实现数据采集，对库间内的各个受控设备的运行情况进行集中监测，动态的显示各个控制监测点的变化。装有组态王软件的上位机并对冷库的重要数据自动生成表格，定时输出到打印机打印，并可进行远程控制及控制设置点的数据设置。原则上计算机只参与系统的监控和管理，与控制整个冷库的人机界面（与主plc通讯）并列控制，克服了以往由于计算机故障而导致整个系统瘫痪的可怕后果。硬件配置：上位机、上位机网络连接卡、打印机、plc通讯电缆等。软件配置：操作系统软件为windows xp，监控组态软件为组态王kingview6.02。
（2）控制层：控制层是整个控制系统的核心，在整个控制系统中起着“承上启下”的作用，plc控制是非常成熟的工业控制技术，本系统采用tsx3721001系列plc及其网络系统接受现场发来的数据信息（数字量或模拟量输入信号），经过其本身cpu中所储存的控制程序的运算与处理后，发出相应的指令，对现场设备进行控制。同时通过plc网络使得层内各个plc之间可方便的进行数据交流，并由主plc通过网络将所有相关的数据上传给上位监控机。主要硬件设备：plc控制器tsx3721001、通讯卡tsxscp114、人机界面、接口模块、通讯电缆等。软件：plc编程软件pl7、人机界面组态软件、microsoft office应用软件等。
图1 控制系统架构
（3）设备层：设备层在整个控制系统的金字塔结构中处于底层，是整个控制系统的关键环节，主要包括库间的温度传感器、采集各个电动机工作电流的电流变送器、管路上的各种电磁阀、控制各个电动机和风机的接触器等等，直接与plc（控制层）相联系。
3.2 制冷系统描述
整个制冷系统共配置4台半封冷凝压缩机组。冷凝压缩机组是整个系统的最关键部件，机组采用自控领域最先进的plc微电脑控制，通过模拟量和数字量的输入输出，对机组的运行进行精确控制和可靠保护。各种标准控制功能令机组在启动和整个运行过程中具有高效节能的特点，压力传感器可检测机组的吸气和排气压力，通过plc控制保证压缩机无级调节增减载。可靠先进的滑阀机构可通过控制系统使机组的负荷自动调节，降低了机组的能耗，工作高效。通过温度传感器和压力传感器进行数据采集，可配合热负荷的实际情况，进行复杂的控制运算和pid调节功能，自动控制压缩机的加载和卸载，保持系统的冷量提供，保证库温的稳定，避免了压缩机的频繁开启。微电脑具有超前控制功能能及时预测故障的发生，并在故障发生前及时采取正确的措施，如在排气压力接近限定值时，控制系统将使压缩机自动卸载并发出故障报警信号，这些与传统采用压力开关的简单位式控制相比，不仅可以自我诊断传感器的好坏，更可以超前预诊断整个机组的运行情况，大大减少了故障停机的次数，增加了机组运行的可靠性。通过人机界面对话，可读到下列所有重要参数：表1 机组运行参数表
 微电脑能记录最后8次故障的情况，包括发生的时间、记录的数据，这有助于维修人员及时排除故障。机组具有下列自动保护功能：表2 机组自动保护功能
 （1）冷风机控制：考虑到冷库面积较大，温度波动较大且分布不均匀，故每间冷库设四只温度传感器，取库温平均温度控制冷风机，采用日本理化或丹佛斯数显温控器进行控制、报警。并将温度值输送到系统控制主plc，进行除霜控制及判断。
（2）冷却塔控制：根据机组运行信号开循环水泵，根据冷凝压力控制器控制冷却风机的开停，水池自动补水。并具有缺水保护、冷凝压力超高报警功能。运行时遵守均衡磨损和备用自动投入原则。
（3）冷风机除霜控制：除霜控制设有手动和自动定时除霜两种选择，（采用实时时钟控制或定时时钟控制，除霜时间及除霜间隔时间可根据实际情况自由设定。）由于热氨除霜存在一定的危险性，而且除霜对库温的影响较大，故每个除霜系统都采用丹佛斯的evra电磁阀和pmlx主阀进行精确控制，为保证系统的可靠性，过滤器、单向阀、卸压阀均采用丹佛斯原装进口产品，电气方面加设可靠的电气互锁和库温过高保护，确保系统运行的稳定性和可靠性。另外，由于系统蒸发温度的不同，在荷捌室冷风机回气管pmlx主阀设丹佛斯cvp压力控制导阀调节系统的蒸发温度，确保整个系统运行的稳定性。
（4）热回收装置控制：根据水池水温控制水泵的开停，同时控制辅助电加热器的投入和切除。
4 软件设计
4.1 plc软件设计
plc软件共分为两部分：一部分是整个控制系统除压缩机控制系统的软件；另一部分是四台压缩机各自的程序软件。
其中软件设计考虑到系统重起后对设备和重要参数的保护，充分利用了micro系列plc编程软件提供的冷启动%s0，热启动%s1，首次扫描%s13对系统进行初始化，即复位所有设备状态，为下次开机作好准备。对需要保护的内部字进行保护，如设备运行时间，停机前设定好的参数等等。
由于tsx3721001有两个rs485通讯口，因此我们分别用来连接人机界面和上位机。但是鉴于modbus通信协议的限制，要想同时使用两个接口，我们只能在编制程序时，组态unitelway协议。
4.2 上位机软件设计
根据系统流程图，用简单线条勾勒出整个制冷系统图并配合kingview上位机软件中自带图库使监控画面生动形象，并且大大节约设计画面时间，把宝贵的时间用到编制程序和画面的组态中去。在制冷流程图里我们可以纵观全局，全面掌握整个冷库的运行情况。然后分别做每个各个冷库房间和压缩机流程的分画面，并通过制冷流程图里相应按钮实现切换功能。画面完成之后，我们将要连接plc设备。即在组态王软件中设备目录下，将com1连接到plc。组态完成画面如图2所示。
最后，在组态王中建立变量，与将plc中的i/o点相对应，然后连接到画面中相应设备，实现系统的监控功能。
5 结束语
该自控系统集中体现了法国schneider公司的plc控制技术和网络通讯技术以及组态王画面监控技术的优势，使整个自动化冷库的控制系统设计、调试时间大大缩短。
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(11/14/2011) |
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