OMRON 小型 PLC 在冷水機組控制系統中的應用

概述

隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，由可編程序控制器（簡(jiǎn)稱(chēng) PLC）組成的自動(dòng)控制系統在很多行業(yè)和領(lǐng)域都得到了廣泛的應用，制冷空調行業(yè)也不例外。PLC和工業(yè)人機界面（HMI）被大量地 用于冷水機組上，例如在吸收式冷水機組上，OMRON 的 C200Hα、CS1、CJ1 系列 PLC就以 其優(yōu)異的性能（運算功能、網(wǎng)絡(luò )通訊功能、開(kāi)放的容易使用的通訊協(xié)議等）獲得了企業(yè)和 用戶(hù)的贊同而得到了廣泛的使用。它的網(wǎng)絡(luò )功能讓企業(yè)能在自己的服務(wù)中心足不出戶(hù)就可 以監視在全球各地的用戶(hù)所使用的機組的運行全部狀態(tài)和數據，幫助客戶(hù)解決運行中碰到 的問(wèn)題，提醒客戶(hù)維護和保養機器，以及幫客戶(hù)重新恢復機組的控制程序和設定機組運行 參數等等。這大大提高了服務(wù)的質(zhì)量和效率，也為企業(yè)節省了大量的開(kāi)支。但是由于成本 的原因，這些系列的 PLC 無(wú)法在其他冷水機組如風(fēng)冷冷水機組、水冷螺桿機、活塞機等產(chǎn) 品上取得應用，為此OMRON 推出了另一款機型 CPM2AH，這種機器擴充能力強，性能價(jià)格比 高，非常適合在水冷和風(fēng)冷冷水機組中使用。

一、控制系統的配置方案

CPM2AH 系列 PLC 是一款在小機殼內匯聚了先進(jìn)的功能和優(yōu)異的表現的產(chǎn)品。其基本單 元有 20、30、40、60 點(diǎn)四種，包含了數字量輸入和高速脈沖輸入、繼電器輸出功能，根據 系統開(kāi)發(fā)的需要，可以增加擴展模塊，擴展的模塊包括開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊，Pt100 溫度 輸入模塊（TS101/TS102），電流電壓輸入模塊（AD041）和模擬量輸出模塊（DA041）。在通 訊功能上可以：

（1） 通過(guò) Host link 連接到計算機系統；
（2） 通過(guò) 1：1 Link 與 OMRON 其他系列的 PLC 進(jìn)行通訊；
（3） 通過(guò) Compobus/S 和 Device Net 進(jìn)行遠程模塊擴展，從而實(shí)現集散型控制。 這些功能可以很好地滿(mǎn)足機組的控制要求。滿(mǎn)足水冷和風(fēng)冷冷水機組配置要求的控制系統構成見(jiàn)下表：

表一：各類(lèi)冷水機組所需要的系統配置

述配置表為一般通用型配置，其中風(fēng)冷機組中，由于涉及到壓力測量，所以模擬量 輸入采用電流/電壓型輸入模塊；對于水冷冷水機組，一般考慮 2 路溫度輸入，如果需要增 加溫度測點(diǎn)，可以將 TS101 模塊換成 TS102 模塊，這樣可以將溫度輸入點(diǎn)增加到 4 路。每 套 PLC 的 CPU 單元上有兩個(gè)通訊接口，一個(gè)供與觸摸屏進(jìn)行連接，另外一個(gè)可以連接到遠 程計算機實(shí)現遠程監控。
由于 OMRON 的 PLC 產(chǎn)品通用性很強，很多公司的觸摸屏都可以和它通訊連接，因此可 以根據價(jià)格、功能和技術(shù)特點(diǎn)來(lái)選擇相應的觸摸屏產(chǎn)品與 PLC 配套使用。對于其他有特殊要求，或設計中需要增加模擬量和數字量的情況，還可以酌情增加其 他相應的擴充模塊以滿(mǎn)足要求。

二、控制系統功能

控制系統的功能包括：設備運轉控制，運行參數監視，能量自動(dòng)調節，故障報警記錄 和系統參數設定等功能。

1．設備運轉控制 可以以三種形式啟動(dòng)機組，本地啟動(dòng)、遠程信號啟動(dòng)、定時(shí)啟動(dòng)， 具體為：

（1）在遠程信號和定時(shí)信號都屏蔽的情況下以本地方式啟停（2）在定時(shí)屏蔽、遠 程信號允許的情況下以遠程方式啟停（3）定時(shí)允許的情況下以定時(shí)方式啟停。在系統無(wú)全 局故障情況下，以任何一種方式啟動(dòng)后，輔機設備先開(kāi)啟，然后開(kāi)啟主機。當機組中有多 臺壓縮機時(shí)，控制系統將根據壓縮機運轉的時(shí)間來(lái)確定開(kāi)啟的壓縮機編號，以使得機組中 各臺壓縮機保持相對平均的運行時(shí)間。停機也有三種形式，與機組的啟動(dòng)方式相對應。停機時(shí)，先將壓縮機卸載，然后停止 行。但無(wú)論在何種啟動(dòng)的模式下，本地停機均擁有最高的操作優(yōu)先權。

2．運行參數監視 控制系統可以監視機組運行過(guò)程中的運行參數和設備運行狀態(tài)，顯 示各重要參數的變化趨勢曲線(xiàn)。如冷水出口溫度、壓縮機的負載情況等。

3．能量自動(dòng)調節 在機組輔機運轉正常，主機啟動(dòng)完成后即進(jìn)入能量調節過(guò)程?？梢?通過(guò)選擇冷水入口溫度控制或冷水出口溫度控制來(lái)決定機組是根據入口溫度還是出口溫度 來(lái)實(shí)現控制。

在入口溫度控制或出口溫度控制下，比較實(shí)際溫度和設定溫度值，決定機組的上下 載。實(shí)際溫度值大于設定溫度值時(shí)，機組上載；小于設定溫度值時(shí)，機組下載?？梢愿鶕?兩者間的溫差值來(lái)決定上下載的周期長(cháng)短，溫差大則上載或下載周期短，溫差小則上載或 下載周期相應增長(cháng)，溫差在 0.5℃之間可以停止上下載。

4．故障報警記錄 控制系統可以對下列情況進(jìn)行報警和記錄。如果是風(fēng)冷冷水機組控 制系統，則沒(méi)有冷卻水和冷卻塔風(fēng)機的相應報警功能，但會(huì )增加融霜和制熱運行的故障報 警。冷水泵故障：冷水泵啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)延時(shí)時(shí)間后，如冷水泵連鎖信號仍未到，冷水泵故 障報警。斷流故障：冷水泵或冷卻水泵都啟動(dòng)后，水流延時(shí)時(shí)間到后，水流開(kāi)關(guān)信號未到， 水斷流報警。防凍開(kāi)關(guān)：防凍延時(shí)時(shí)間到，防凍開(kāi)關(guān)信號未到，防凍報警。 冷水低溫報警：延時(shí)時(shí)間后，如冷水出口溫度小于 3℃，冷水低溫報警。 外部連鎖故障：延時(shí)時(shí)間后，用戶(hù)外部連鎖未到，外部連鎖故障。 壓縮機過(guò)載：延時(shí)時(shí)間后，熱保信號未到，壓機熱過(guò)載報警。 高壓報警：延時(shí)時(shí)間后，高壓保護未到，壓機高壓報警。 低壓報警：延時(shí)時(shí)間后，低壓保護未到，壓機低壓報警。 油壓報警：延時(shí)時(shí)間后，油壓保護未到，壓機油壓報警。

傳感器故障：延時(shí)時(shí)間后，如傳感器顯示溫度值大于200℃，傳感器故障報警。 冷卻水泵故障：冷卻水泵啟動(dòng)，延時(shí)時(shí)間后，冷卻水泵連鎖未到，冷卻水泵故障報警。 冷卻塔風(fēng)機過(guò)流：風(fēng)機啟動(dòng)，延時(shí)時(shí)間后，過(guò)流保護信號未到，風(fēng)機過(guò)流報警。有任何一故障發(fā)生，開(kāi)關(guān)量故障輸出，系統聲光報警。故障排除后，需手動(dòng)復位。

5．系統參數設定 控制系統可以對下列參數進(jìn)行設定： 溫度修正值，修正傳感器采集的實(shí)際溫度值，默認下修正值為 0；水流開(kāi)關(guān)延時(shí)時(shí)間（默認為 3 秒，最小為 0.5 秒）； 低壓延時(shí)時(shí)間（默認為 5 秒,最小 0.5 秒）； 油壓延時(shí)時(shí)間（默認為 50秒,最小 0.5 秒）； 關(guān)機延時(shí)時(shí)間（默認為 120 秒）；壓縮機最少運行時(shí)間（默認為 120 秒）； 允許壓縮機啟動(dòng)的停機延時(shí)時(shí)間（默認為 480 秒，最小為 300 秒）； 冷卻塔風(fēng)機開(kāi)溫度（默認為 28℃,最小 25℃,最大 30℃）； 冷卻塔風(fēng)機關(guān)溫度（默認為 23℃,最小 20℃,最大 25℃）； 冷水入口溫度（默認為 12℃，最小為 10℃）； 冷水出口溫度（默認為 7℃，最小為 5℃）。

對風(fēng)冷熱泵機組還有強制除霜運行時(shí)間，除霜起始條件和結束條件，制熱運行參數 等。此外系統還可以修改控制器內置時(shí)鐘，從而有效地通過(guò)定時(shí)功能實(shí)現控制，可以 通過(guò)設定開(kāi)關(guān)機時(shí)間，自動(dòng)定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉機組?？梢酝ㄟ^(guò)分別設定一周每天的開(kāi)關(guān) 機時(shí)間，經(jīng)過(guò)與內置的時(shí)鐘比較自動(dòng)運行機組。

三、技術(shù)特點(diǎn)

OMRON 小型 CPM2AH 系列 PLC 具有優(yōu)異的性能價(jià)格比，所組成的控制系統具有如下技術(shù) 特點(diǎn)：

1．穩定的性能 CPM2AH系列PLC外型小巧結構緊湊，OMRON公司長(cháng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng) 驗和嚴格的技術(shù)標準保證了其可靠穩定的性能，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下仍然能正常運行。 更經(jīng)過(guò)高低溫的考驗，使得該PLC可以適用在特殊的場(chǎng)合。
2．模擬量功能 CPM2AH使用專(zhuān)用的TS101/TS102溫度控制模塊，直接連接PT100溫度傳 感器，提升溫度測量的精度和可靠性。
3．通訊功能增強 CPM2AH 提供內置的RS232C端口和RS422端口。OMRON完全開(kāi)放的通訊 協(xié)議可以方便的實(shí)現上位機遠程監控功能，用戶(hù)可以隨心所欲自己定制開(kāi)發(fā)通訊監控系統。
4．高速的程序執行速度 更快的程序指令執行速度，使得控制過(guò)程精確無(wú)誤。
5．很強的擴充能力 模擬量可以增加到12路；系統支持Device Net協(xié)議，具有強大的 擴充能力，通過(guò)遠程端子，可以擴充到256點(diǎn)，方便組成集散控制系統。

四、計算機監控

CPM2AH 系統可以提供 RS232 和 RS422 通訊接口，用戶(hù)計算機可以根據實(shí)際情況直接與 PLC 相聯(lián)，構筑自己的計算機監控系統，也可以通過(guò)調制解調器實(shí)現遠程監控。在通訊協(xié) 議上，OMRON 的 PLC 產(chǎn)品采用統一開(kāi)放的通訊協(xié)議，便于用戶(hù)開(kāi)發(fā)自己的監控軟件。通訊 協(xié)議主要有運行狀態(tài)控制，存儲區讀寫(xiě)等功能。通訊協(xié)議格式為：

結束語(yǔ)

控制系統從 2005 年初推出后，得到了很多用戶(hù)的認可。目前已經(jīng)開(kāi)始在部分用戶(hù) 投入使用，使用情況表明，本系統運行穩定可靠。尤其是其開(kāi)放的通訊協(xié)議，使得用戶(hù)可 以定制自己的計算機監控系統，這就為用戶(hù)管理機組的運行提供了方便，受到了用戶(hù)的好評。