摘  要         恒溫恒濕空調(diào)廣泛應(yīng)用在對(duì)環(huán)境要求較高的博物館、實(shí)驗(yàn)室以及精密儀器生產(chǎn)線等場(chǎng)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(jī)組拆分成兩個(gè)部分，一部分為室內(nèi)機(jī)一部分為室外機(jī)。室內(nèi)機(jī)、室外機(jī)分別配有一個(gè)控制器，兩個(gè)控制器通過串口通訊的方式傳遞控制信息以及機(jī)組狀態(tài)信息。這樣做不僅能夠節(jié)省機(jī)組的安裝空間，而且可以使機(jī)組的運(yùn)輸、接線等工作更加方便。本系統(tǒng)采用和利時(shí)公司的LM系列PLC，利用CPU上自帶的串口組成通訊網(wǎng)絡(luò)，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(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能。

關(guān)鍵詞       LM PLC；恒溫恒濕空調(diào)；組合式；室內(nèi)機(jī)室外機(jī)

組合式恒溫恒濕空調(diào)是對(duì)一體式恒溫恒濕空調(diào)的改進(jìn)，主要體現(xiàn)在空調(diào)的結(jié)構(gòu)形式。組合式空調(diào)機(jī)組分類兩個(gè)部分，一部分為室內(nèi)機(jī)、一部分為室外機(jī)，這樣做不僅能夠節(jié)省空調(diào)機(jī)組的安裝空間，而且空調(diào)的運(yùn)輸、安裝也更加方便。本系統(tǒng)另一項(xiàng)改進(jìn)是在室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)上各采用一個(gè)控制器，兩個(gè)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?qū)�減少大量遠(yuǎn)距離接線，不僅符合節(jié)約環(huán)保的設(shè)計(jì)思想，而且大大提高了系統(tǒng)的可靠性、節(jié)省安裝時(shí)間、減少系統(tǒng)維護(hù)的工作量。

2         控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

組合式恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)分為室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)兩個(gè)部分。室外機(jī)的主要部件包括：壓縮機(jī)，冷凝器，冷凝風(fēng)機(jī)，四通閥，冷凝壓力開關(guān)等；室內(nèi)機(jī)的主要部件包括：送風(fēng)機(jī)，表冷器，熱水盤管，電加熱，加濕器，過濾段等。室外機(jī)共包括4個(gè)渦旋式壓縮機(jī)，2個(gè)冷凝風(fēng)機(jī)、4個(gè)四通閥。每?jī)蓚�(gè)壓縮機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)冷凝風(fēng)機(jī)，每個(gè)壓縮機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)四通閥，切換四通閥能夠完成空調(diào)機(jī)組從制冷工況到制熱工況的切換。室內(nèi)機(jī)主要完成空調(diào)機(jī)組送風(fēng)調(diào)濕等過程。為了減少室內(nèi)外機(jī)之間的連接電纜，此系統(tǒng)在室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)上分別采用一個(gè)LM控制器LM3109，兩個(gè)控制器通過自帶的RS485接口連接，并把室內(nèi)機(jī)作為主機(jī)向從機(jī)發(fā)送控制指令以及狀態(tài)查詢指令。主機(jī)上的RS232接口連接一個(gè)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(shè)置。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下所示：

圖        2-1 恒溫恒濕空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

 

3         調(diào)通訊處理

采用兩個(gè)LM3109實(shí)現(xiàn)室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)的數(shù)據(jù)交換需要進(jìn)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(fù)雜的通訊過程，能夠在PLC中方便的實(shí)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(jī)首先初始化RS485接口的波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位等參數(shù)，再初始化其為Modbus從站，并且設(shè)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(jī)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(jī)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(jī)、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(jī)通過讀取這些地址內(nèi)的數(shù)值就可以獲得室外機(jī)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(shí)候各個(gè)數(shù)據(jù)的狀態(tài)一目了然。

 

圖        3-1 室外機(jī)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(jī)通訊程序流程圖

圖3-4為室內(nèi)機(jī)通訊程序流程圖

 

在室內(nèi)機(jī)中的LM PLC作為Modbus主站，在沒有控制命令的時(shí)候室內(nèi)機(jī)向室外機(jī)發(fā)送Modbus查詢指令，查詢室外機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)有開機(jī)、停機(jī)以及加降載等需求的時(shí)候，室內(nèi)機(jī)向室外機(jī)發(fā)送控制指令，室內(nèi)機(jī)還會(huì)對(duì)室外機(jī)返回的數(shù)據(jù)做CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)成功后才會(huì)進(jìn)行下一次控制命令的發(fā)送。避免由于外界的干擾造成對(duì)室外機(jī)的誤操作，保證了系統(tǒng)看高可靠性。CRC校驗(yàn)只需要調(diào)用一個(gè)功能塊即可，如下圖所示。

圖        3-4 LM PLC CRC校驗(yàn)功能塊

4         壓縮機(jī)保護(hù)及故障處理

組合式恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組的控制主要包括以下幾個(gè)方面，系統(tǒng)啟動(dòng)、能量調(diào)節(jié)、溫度濕度控制、除霜、壓縮機(jī)保護(hù)以及故障處理等功能。其中系統(tǒng)啟動(dòng)、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(jī)與室內(nèi)機(jī)兩個(gè)部分的，所以壓縮機(jī)保護(hù)及故障處理與常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)有所不同。在這個(gè)系統(tǒng)里，我們?cè)谑彝鈾C(jī)以及室內(nèi)機(jī)都做了保護(hù)功能，例如壓縮機(jī)不滿足最小運(yùn)行時(shí)間時(shí)，室內(nèi)機(jī)不會(huì)向室外機(jī)發(fā)送停機(jī)指令，當(dāng)壓縮機(jī)出現(xiàn)高壓、過載等故障時(shí)，室外機(jī)會(huì)自行停機(jī)保護(hù)，而無需等待室內(nèi)機(jī)的停機(jī)指令。故障處理方面，室外機(jī)也可以對(duì)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(bào)給室內(nèi)機(jī)，否則室外機(jī)自行處理。當(dāng)通訊出現(xiàn)故障時(shí)，室外機(jī)也會(huì)自動(dòng)停止壓縮機(jī)運(yùn)行，并且發(fā)出報(bào)警信號(hào)。這樣使室內(nèi)機(jī)、室外機(jī)既獨(dú)立又統(tǒng)一，避免因通訊延時(shí)或通訊故障對(duì)壓縮機(jī)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(shí)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(shè)置、記錄系統(tǒng)報(bào)警信息、監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行工況等功能。設(shè)置廠家參數(shù)需要擁有最高級(jí)得權(quán)限，設(shè)置用戶參數(shù)也需要具有操作員權(quán)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(jìn)行目標(biāo)溫度、濕度設(shè)置，選擇運(yùn)行工況，進(jìn)行開機(jī)停機(jī)等操作，操作人員需要具有操作員權(quán)限。圖5-2為參數(shù)設(shè)定選擇界面，廠家可以選擇相應(yīng)的選項(xiàng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，這些參數(shù)都是廠家參數(shù)，不開放給空調(diào)用戶，設(shè)置這些參數(shù)需要具有最高權(quán)限。圖5-3為系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控界面，這里可以監(jiān)視系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀況。當(dāng)系統(tǒng)報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到報(bào)警界面上。

 

圖        5-1 系統(tǒng)主界面

圖        5-2 參數(shù)設(shè)定選擇界面

圖        5-3 系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控界面

 

 

6         應(yīng)用特點(diǎn)

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(diǎn)：

ì        可靠性

LM CPU自帶的RS485串口具有很強(qiáng)的抗干擾能力，雖然此系統(tǒng)中有一個(gè)37KW的變頻器，但是系統(tǒng)通訊完全不受影響，從現(xiàn)場(chǎng)的使用情況看，壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等通過通訊控制的設(shè)備均可以快速響應(yīng)室內(nèi)機(jī)的指令。

ì        易用性

LM功能庫中的通訊功能塊讓實(shí)現(xiàn)兩個(gè)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(gè)通道均能進(jìn)行短路、斷線檢測(cè)，在通道故障或傳感器接線出現(xiàn)短路、斷線等問題的時(shí)候，系統(tǒng)能夠及時(shí)進(jìn)行機(jī)組保護(hù)，避免機(jī)組收到損害。

 

參考文獻(xiàn)

[ 1 ]               梁志國(guó)，基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]，承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)

[ 2 ]               李援英，中央空調(diào)操作與維護(hù)[M]，機(jī)械工業(yè)出版社

[ 3 ]               和利時(shí)公司，Modbus通訊協(xié)議簡(jiǎn)化，2008

[ 4 ]               馮玉琪、王強(qiáng)、劉旭等，《中央空調(diào)選型、調(diào)試、控制和維修》，人民郵電出版社

[ 5 ]               和利時(shí)公司，HOLLiAS LM小型可編程控制器硬件手冊(cè)，2008