【正文】 、更舒適、更環(huán)保的特點(diǎn)。 變頻空調(diào)在日本的市場占有率已超過 90%以上，在歐美等發(fā)達(dá)國家的市場占有率也超過 50%。 2021 年以來，變頻空 調(diào)在我國國內(nèi)市場的發(fā)展更是日新月異，銷售增速達(dá) ％，銷量已占空調(diào)總銷量的 ％。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測 ， 2021 年變頻空調(diào)市場份額有望達(dá) 25％。 據(jù)統(tǒng)計(jì) ， 我國電動(dòng)機(jī)裝機(jī)總?cè)萘考s 4億 KW，其用電量占當(dāng)年全國發(fā)電量的 60%～70%，而風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備裝機(jī)總功率達(dá) 億 KW，年耗電量 ，約占當(dāng)年全國電力消耗總量的 1/3。而應(yīng)用變頻器節(jié)電率一般在 20%～ 60%，投資回收期 1～ 3 年，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。所以大力推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)不僅是當(dāng)前推進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量重要手段，而且也是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長 方式轉(zhuǎn)變的必然要求。 本設(shè)計(jì)的主要研究工作包括： （ 1）設(shè)計(jì)基于 PLC 的醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)； （ 2）采用 PLC 模擬量輸入單元采集中央空調(diào)水泵水溫?cái)?shù)據(jù)， PLC 通過 RS485 與工控機(jī)通信； （ 3）編寫 PLC 程序，控制中央空調(diào)系統(tǒng)硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的無人值守； （ 4）在工控機(jī)上采用組態(tài)王開發(fā)人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)水溫?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，監(jiān)測并控制中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況。 2 系統(tǒng)簡介 所謂 “ 中央空調(diào) ” 是由一臺(tái)主機(jī)通過風(fēng)道過風(fēng)或冷熱水管或管線連接多個(gè)末端的方式來控制不同的 房間以達(dá)到室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)目的的空調(diào)。 一般酒店，大型商場用的是風(fēng)管式的中央空調(diào)，它的原理是主機(jī)通過通往各個(gè)空基于 PLC 的醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 間區(qū)域的通風(fēng)管道將處理后的冷熱空氣輸送到位。它的優(yōu)點(diǎn)是成本低、操控簡便、噪音低，最主要的缺點(diǎn)是：各個(gè)區(qū)域（房間）控溫不準(zhǔn)確。 中央空調(diào)的工作原理與家用一樣，都是利用冷媒（運(yùn)輸熱量的媒質(zhì)叫冷媒）的物理原理把室內(nèi)的熱量帶到室外去達(dá)到制冷的效果。 中央空調(diào)工作過程如圖 21 所示。 冷冷冷冷 冷 冷 冷冷 冷 冷 冷冷 冷 冷 冷冷 冷 冷 冷 冷 冷冷 冷 冷 冷冷冷 冷 冷 冷冷冷 冷 冷冷 冷 冷冷 冷 冷 冷 冷冷 冷 冷 冷 冷冷 冷 圖 21 中央空調(diào)工作過程 中央空調(diào)系統(tǒng)主要由冷凍主機(jī)、冷卻水循 環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)和冷卻塔等組成。 工作原理：冷凍主機(jī)是中央空調(diào)的致冷源，從冷凍主機(jī)流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，通過各房間的盤管，帶走房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi)的溫度下降。冷卻水塔為冷凍主機(jī)提供冷卻水，冷卻水經(jīng)管道盤旋流過冷凍主機(jī)后，將帶走冷凍主機(jī)所產(chǎn)生的熱量，使冷凍主機(jī)降溫。 基于 PLC 的醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 中央空調(diào)冷凍系統(tǒng)有 3 種控制方式：早期的繼電器控制系統(tǒng)、直接數(shù)字式控制器（ Direct Digital Controller， DDC） 和 PLC 控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、系統(tǒng)復(fù)雜、功耗高等明 顯的缺點(diǎn)已逐漸被人們淘汰； DDC 雖然在智能化方面有了很大的發(fā)展，但由于 DDC 本身的抗干擾能力問題和分級(jí)分步式結(jié)構(gòu)的局限性限制了其應(yīng)用范圍； PLC 控制系統(tǒng)以其運(yùn)行可靠、使用與維護(hù)方便、抗干擾能力強(qiáng)、適合新型高速網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等顯著優(yōu)點(diǎn)而逐步得到廣泛的應(yīng)用。 本次設(shè)計(jì)的中央空調(diào)系統(tǒng)由 3 臺(tái)冷卻水泵、 3 臺(tái)冷凍水泵、 1 臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)、 2 臺(tái)冷水機(jī)組等主要設(shè)備組成。如圖 22 所示，其中，冷水機(jī)組由壓縮機(jī)、冷凝器與蒸發(fā)器組成，由微處理器自動(dòng)控制。 P L C冷 凍 水 泵 控 制 柜 冷 卻 水 泵 控 制 柜 風(fēng) 機(jī) 塔 + 補(bǔ) 水 泵 控 制 柜中 央 空 調(diào) 控 制 系 統(tǒng)蒸 發(fā) 器來 自 軟 化 水 箱壓 縮 機(jī)壓 縮 機(jī)冷 凝 器冷 卻 塔風(fēng) 機(jī) 盤 管風(fēng) 機(jī) 盤 管風(fēng) 機(jī) 盤 管風(fēng) 機(jī) 盤 管風(fēng) 機(jī) 盤 管補(bǔ) 水 泵冷 凍 水 循 環(huán) 泵冷 卻 水 循 環(huán) 泵圖 22 系統(tǒng)原理 圖 冷水機(jī)組壓縮機(jī)把制冷劑壓縮，壓縮后的制冷劑進(jìn)入冷凝器，被冷卻水冷卻后變成液體，析出的熱量由冷卻水帶走，并在冷卻塔里排入大氣。液體制冷劑由冷凝器進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收熱量，使冷凍水降溫，然后冷凍水進(jìn)入冷風(fēng)機(jī)盤管吸收空氣中的熱量。如此循環(huán)不已，把室內(nèi)的熱量帶出，達(dá)到降低環(huán)境溫度的目的 [3]。 基于 PLC 的醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 控制系統(tǒng)的基本操作功能設(shè)置為手動(dòng)和自動(dòng)兩種選擇，手動(dòng)功能主要是對(duì)設(shè)備單機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)保養(yǎng)時(shí)所選用，而自動(dòng)功能是由車間內(nèi)的各組空調(diào)處理機(jī)組或新風(fēng)機(jī)組的啟停來控制泵組工作的。在手動(dòng)或自動(dòng)的啟停 操作時(shí)，冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵、制冷機(jī)組在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，按照順逆程序進(jìn)行啟動(dòng)和停止，并且在任何功能中有操作錯(cuò)誤時(shí)均為無效，以確保各組設(shè)備保持正常的操作狀態(tài)。主要的控制要求有以下幾點(diǎn)： （ 1）測量冷凍水供回水溫度及流量，從而計(jì)算空調(diào)實(shí)際的冷負(fù)荷，根據(jù)實(shí)際的冷負(fù)荷來決定冷水機(jī)組的開啟臺(tái)數(shù)，達(dá)到最佳節(jié)能狀態(tài)。 （ 2）各設(shè)備的程序聯(lián)動(dòng)。啟動(dòng)：冷卻塔風(fēng)機(jī) — 冷卻水泵 — 冷凍水泵 — 冷水機(jī)組；停止：冷水機(jī)組 — 冷凍水泵 — 冷卻水泵 — 冷卻塔風(fēng)機(jī)。當(dāng)其中一臺(tái)冷卻水泵 /冷凍水泵出現(xiàn)故障時(shí)，備用冷卻水泵 /冷凍水泵會(huì)自動(dòng)投入工作。 （ 3）測量冷凍水系統(tǒng)供回水管的壓差 △ P=P1 P2 控制其旁通閥（ TV）的開口度，使其維持壓差。 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì) （ 1）最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求 充分發(fā)揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)、國外資料。同基于 PLC 的醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 時(shí)要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問題 和疑難問題。 （ 2）保證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠 保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作。 （ 3）力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投 入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。 （ 4）適應(yīng)發(fā)展的需要 由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會(huì)不斷地提高，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇 PLC、輸入 /輸出模塊、 I/O 點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量 時(shí)，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。 硬件電路主要實(shí)現(xiàn)：信號(hào)采集，控制信號(hào)輸出，水泵控制，故障報(bào)警等功能。其系統(tǒng)邏輯框圖如圖 31 所示。 PLC 選型 空調(diào)變頻控制系統(tǒng)選配的 SIMATIC S7200 PLC 主要由 CPU226 模塊(24DI/16DO)、模擬量輸入 EM231 模塊 (4AI)和模擬量輸出 EM232 模塊 (2AO)三部分組成。 基于 PLC 的醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 P L C冷 冷 冷 冷 冷 冷 冷 冷 冷冷 冷 冷 冷 冷V V V F冷 冷 冷 圖 31 系統(tǒng)邏輯框圖 S7200 系列 PLC 功能強(qiáng)、速度快、擴(kuò) 展靈活，具有模塊化、緊湊的結(jié)構(gòu)。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測、自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括電力設(shè)施、民用設(shè)施、機(jī)械、機(jī)床等領(lǐng)域。 S7200 系列 PLC 具有極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、操作便捷、內(nèi)置豐富的集成功能、實(shí)時(shí)特性，強(qiáng)勁的通訊能力、豐富的擴(kuò)展模塊。S7200 系列的強(qiáng)大功能使其無論是在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。所以它具有極高的性價(jià)比。 CPU 模塊不斷地采集輸入信號(hào)，通過執(zhí)行用戶程序，去刷新系統(tǒng)的輸 出。輸入和輸出模塊，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和 CPU 模塊的橋梁。通過一臺(tái)安裝有STEP7Micro/WIN32 編程軟件的計(jì)算機(jī)、一根連接計(jì)算機(jī)和 PLC 的 PC/PPI通訊電纜，即可對(duì) S7200 進(jìn)行用戶編程。 為了滿足以上所介紹的空調(diào)控制工藝要求，整個(gè)控制系統(tǒng)需要的 I/O 點(diǎn)分別是18 點(diǎn)和 15 點(diǎn)。為了便于今后系統(tǒng)的改造或者升級(jí)留出一定的 I/O 點(diǎn)以做擴(kuò)展時(shí)使用。根據(jù)以上具體要求，我們選用西門子的 S7200PLC 作為核心控制器。其中主機(jī)：CPU226 為