摘要： 冰儲冷中央空調控制系統是以可編程控制器為核心，配以各種傳感器、電動調節閥門、變頻器等，實現對系統自動化控制，能確保空調末端的供水溫度，降低系統的運行費用。它必將日趨成熟，并在樓宇設備控制中大顯身手。



關鍵詞： PLC 冰儲冷空調 樓宇設備控制



1 引言

冰蓄冷中央空調是將電網夜間谷荷多余電力以冰的冷量形式儲存起來，在白天用電高峰時將冰融化提供空調服務。由于我國大部分地區夜間電價比白天低得多，所以采用冰儲冷中央空調能大大減少用戶的運行費用。 冰蓄冷中央空調系統配置的設備比常規空調系統要增加一些，自動化程度要求較高，但它能自動實現在滿足建筑物全天空調要求的條件下將每天所蓄的能量全部用完，最大限度地節省運行費用。



2 控制系統結構

控制系統由下位機（現場控制工作站）與上位機（中央管理工作站）組成，下位機采用可編程序控制器（PLC）與觸摸屏，上位機采用工業級計算機與打印機，系統配置必要的附件如通信設備接口、網卡、調制解調器等，實現蓄冷系統的參數化與全自動智能化運行。 下位機和觸摸屏在現場可以進行系統控制、參數設置和數據顯示。上位機進行遠程管理和打印，它包含下位機和觸摸屏的所有功能。整個系統以下位機的工業級可編程序控制器為核心，實現自動化控制。控制設備與器件包括：傳感檢測元件、電動閥、變頻器等。

2.1 下位機系統（區域工作站）

2.1.1 TP21觸摸屏 采用TP27彩色觸摸屏作為操作面板，完全取代常規的開關按鈕、指示燈等器件，使控制柜面談得更整潔。并且，TP27觸摸屏在現場可實現狀態顯示、系統設置、模式選擇、參數設置、故障記錄、負荷記錄、時間日期、實時數據顯示、負荷曲線與報表統計等功能，中文操作界面直觀友好。

2.1.2 SIEMENS可編程序控制器 SIMATIC S7-300系列PLC適用于各行各業、各種場合中的檢測、監測及控制的自動化，其強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。 該產品具有光電隔離，高電磁兼容；具有很高的工業適用性，允許的環境溫度達60℃；具有很強的抗干擾、抗振動與抗沖擊性能，因此在嚴酷的工作環境中得到了廣泛的應用。 自由通訊口方式也是S7-300型PLC的一個很有特色的功能，它使S7-300型PLC可以與任何通訊協議公開的其它設備、控制器進行通訊，即S7-300型PLC可以由用戶自己定義通訊協議（例ASCII協議），波特率為1.5Mbit/s（可調整）。因此使可通訊的范圍大大增加，使控制系統配置更加靈活、方便。任何具有串行接口的外設，例如：打印機或條形碼閱讀器、變頻器、調制解調器（Modem）、上位PC機等都可連接使用。用戶可通過編程來編制通訊協議、交換數據（例如：ASCII碼字符），具有RS232接口的設備也可用PC/PPI電纜連接起來進行自由通訊方式通訊。 當上位機脫機時，在下位機控制下，整個系統能正常運行。



2.2 上位機系統（中央管理工作站）

2.2.1 上位機 上位機即圖文控制中心，主要由PC機和激光打印機組成，采用SIMATIC WINCC軟件平臺，采用全中文操作界面，人機對話友好。管理人員和操作者，可以通過觀察PC機所顯示的各種信息來了解當前和以往整個冰蓄冷自控系統的運行情況和所有參數，并且通過鼠標進行設備管理和執行打印任務。

2.2.2 WINCC軟件平臺 WINCC軟件在自動化領域中可用于所有的操作員控制和監控任務。可將過程控制中發生的事件清楚地顯示出來，可顯示當前狀態并按順序記錄，所記錄的數據可以全部顯示或選擇簡要形式顯示，可連續或按要求編輯，并可輸出打印報表和趨勢圖。 WINCC能夠在控制過程中危急情況的初發階段進行報告，發出的信號既可以在屏幕上顯示出來，也可以用聲音表現出來。它支持用在線幫助和操作指南來消除故障。某一WINCC工作站可專門用于過程控制以使那些重要的過程信息不被屏蔽。軟件輔助操作策略保證過程不被非法訪問，并提供用于工業環境中的無錯操作。 WINCC是MICRSOFT WINDOWS98或WINDOWS NT4.0操作系統下，在PC機上運行的面向對象的一流32位應用軟件，通過OLE和ODBC視窗標準機制，作為理想的通訊伙伴進入WINDOWS世界，因此WINCC可容易地結合到全公司的數據處理系統中。
3 冰蓄冷系統的控制

3.1 控制目的、范圍及主要受控設備 蓄冷控制系統控制目的：通過對制冷主機、儲冰裝置、板式熱交換器、系統水泵、冷卻塔、系統管路調節閥進行控制，調整儲冰系統各應用工況的運行模式，在最經濟的情況下給末端提供一穩定的供水溫度。同時，提高系統的自動化水平，提高系統的管理效率和降低管理勞動強度。 控制范圍包括整個冰蓄冷系統的參數狀態顯示、設備狀態及控制，主要控制設備有：雙工況主機、電動閥、冷卻塔、冷卻水泵、蓄冰裝置、初級乙二醇泵、板式換熱器、次級乙二醇泵等。

3.2 控制功能 控制功能包括整個冰蓄冷系統穩定、經濟運行所需的功能。

3.2.1 工況轉換功能 根據季節和機器運行情況，自控系統具備以下工況轉換功能：

a） 雙工況主機制冰同時供冷模式；

b） 雙工況主機單獨制冰模式；

c） 主機與蓄冰裝置聯合供冷模式；

d） 融冰單獨供冷模式；

e） 主機單獨供冷模式。



3.2.2 工況的啟停、顯示和故障報警功能 控制系統按編排的時間順序，結合負荷預測軟件，控制制冷主機及外圍設備的啟停數量及監視各設備之工作狀況與運行參數，如： -制冷主機啟停、狀態及故障報警；-制冷主機運行參數；-制冷主機缺水保護；-制冷主機供/回水溫度、壓力遙測和顯示;-冷凍水泵啟停、狀態及故障報警；-乙二醇泵啟停、狀態及故障報警；-冷卻水泵啟停、狀態及故障報警；-壓差旁通管的壓差測量與顯示；-冷卻塔風機啟停、狀態及故障報警； -冷卻塔供/回水溫度控制與顯示；-供/回水溫度、壓差遙測控制與顯示；-板式換熱器側進出口溫度控制與顯示；-蓄冰裝置進、出口溫度遙測控制與顯示；-冷凍水回水流量控制與顯示；-電動閥開關、調節與閥位控制與顯示；-室外溫濕度遙測控制與顯示；-蓄冰量測量與顯示；-末端冷負荷控制。　　

3.2.3 數據的記錄和打印功能 控制系統對一些需要的監測點進行整年趨勢記錄，控制系統可將整年的負荷情況（包括每天的最大負荷和全日總負荷）和設備運轉時間以表格和圖表記錄下來，供使用者使用。所有監測點和計算的數據均能自動定時打印。

3.2.4 手動/自動轉換功能 控制系統配置靈活的手動/自動轉換功能。

3.2.5 優化控制功能 根據室外溫度、天氣預報、天氣走勢、歷史記錄等數據自動選擇主機優先或融冰優先。在滿足末端負荷的前提下，每天使用完儲存的冷量，盡量少地運行主機。充分發揮冰儲冷系統優勢，節約運行費用。

3.2.6 全自動運行功能 系統可脫離上位機工作，根據時間表自動進行制冰和控制系統運行、工況轉換、對系統故障進行自動診斷，并向遠方報警。觸摸屏顯示系統運行狀態、流程、各節點參數、運行記錄、報警記錄等。

3.2.7 節假日設定功能 系統可根據時間表自動運行，同時也可預先設置節假日，控制儲冰量和儲冰時間，使系統在節假日時對不需要供應空調的場所停止供冷。

3.2.8 下位機操作功能 下位機彩色觸摸屏操作界面見圖1。 下位機操作功能如下：

a） 人機對話。操作人員可通過觸摸面板進行人機對話，操作界面完全中文化，具有提示、幫助、參數設置、密匙設置、故障查詢、歷史記錄等功能。

b） 系統設置。包括操作口令設置、運行設置、運行時間表設置、記錄溢出處理、自動/手動/測試選擇、節假日設置、系統參數設置（包括各節點溫度、壓力，各介質的流量，儲冰量，制冰速率，融冰速率，閥門開度，末端負荷等。）

c） 故障記錄、運行記錄、歷史記錄等。

3.3 遠程監控

控制系統通過電話線或寬帶網，與專家系統連接，對系統進行運行監控、參數修改、數據采集等，使系統不斷完善和軟件版本升級，讓用戶得到更好的服務。遠程監控的目的是用戶可以通過PSTN（公共交換傳輸網）對冷凍站進行異地遠程監控。同時也可以實現遠程調試、遠程適時監控和在線維護等，從而大大減輕工程人員的工作強度，降低工程成本. 3.4 系統擴展控制 控制系統設計界面友好，PLC和觸摸屏均可擴展，內容可擴展、參數也可修改，通過485通訊接口或通信協議實現BAS與冰儲冷自控系統一體化，節約投資、方便管理。系統集中控制，減少了動力柜占地面積，又使動力柜型號統一、式樣相同、大小一致。系統擴展控制如下：

a） 污水泵自動控制；

b） 風、排風控制；

c） 活水泵穩壓控制；

d） 防水泵定時運行、檢測、報警；

e） 淋水泵穩壓控制；

f） 筑物夜間輪廓照明自動控制；

g） 低配計量、開關狀態檢測、報警。



4 結語

通過PLC在冰蓄冷空調系統的推廣運用，驗證了PLC系統的可靠性特點，保證了系統的安全運行和有效節能，同時也為樓宇設備控制系統的控制器選型提供了新的思路。相信在不久的將來，越來越多的PLC系統在冰蓄冷空調系統的運用中日趨成熟，在樓宇設備控制系統中也將會大顯身手。