【正文】 、更舒適、更環(huán)保的特點。 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 ％，銷量已占空調(diào)總銷量的 ％。據(jù)有關專家預測 ， 2021 年變頻空調(diào)市場份額有望達 25％。 據(jù)統(tǒng)計 ， 我國電動機裝機總?cè)萘考s 4億 KW，其用電量占當年全國發(fā)電量的 60%～70%，而風機、水泵設備裝機總功率達 億 KW，年耗電量 ，約占當年全國電力消耗總量的 1/3。而應用變頻器節(jié)電率一般在 20%～ 60%，投資回收期 1～ 3 年，經(jīng)濟效益相當可觀。所以大力推廣應用變頻調(diào)速技術不僅是當前推進企業(yè)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量重要手段，而且也是實現(xiàn)經(jīng)濟增長 方式轉(zhuǎn)變的必然要求。 本設計的主要研究工作包括： （ 1）設計基于 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)水泵水溫數(shù)據(jù)， PLC 通過 RS485 與工控機通信； （ 3）編寫 PLC 程序，控制中央空調(diào)系統(tǒng)硬件設備，實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的無人值守； （ 4）在工控機上采用組態(tài)王開發(fā)人機界面，實現(xiàn)水溫數(shù)據(jù)的實時顯示，監(jiān)測并控制中央空調(diào)系統(tǒng)運行狀況。 2 系統(tǒng)簡介 所謂 “ 中央空調(diào) ” 是由一臺主機通過風道過風或冷熱水管或管線連接多個末端的方式來控制不同的 房間以達到室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)目的的空調(diào)。 一般酒店，大型商場用的是風管式的中央空調(diào)，它的原理是主機通過通往各個空基于 PLC 的醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)設計 6 間區(qū)域的通風管道將處理后的冷熱空氣輸送到位。它的優(yōu)點是成本低、操控簡便、噪音低，最主要的缺點是：各個區(qū)域（房間）控溫不準確。 中央空調(diào)的工作原理與家用一樣，都是利用冷媒（運輸熱量的媒質(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、冷卻水循 環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、風機盤管系統(tǒng)、風機和冷卻塔等組成。 工作原理：冷凍主機是中央空調(diào)的致冷源，從冷凍主機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提供冷卻水，冷卻水經(jīng)管道盤旋流過冷凍主機后，將帶走冷凍主機所產(chǎn)生的熱量，使冷凍主機降溫。 基于 PLC 的醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)設計 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)復雜、功耗高等明 顯的缺點已逐漸被人們淘汰； 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分步式結構的局限性限制了其應用范圍； PLC 控制系統(tǒng)以其運行可靠、使用與維護方便、抗干擾能力強、適合新型高速網(wǎng)絡結構等顯著優(yōu)點而逐步得到廣泛的應用。 本次設計的中央空調(diào)系統(tǒng)由 3 臺冷卻水泵、 3 臺冷凍水泵、 1 臺冷卻塔風機、 2 臺冷水機組等主要設備組成。如圖 22 所示，其中，冷水機組由壓縮機、冷凝器與蒸發(fā)器組成，由微處理器自動控制。 P L C冷 凍 水 泵 控 制 柜 冷 卻 水 泵 控 制 柜 風 機 塔 + 補 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 機壓 縮 機冷 凝 器冷 卻 塔風 機 盤 管風 機 盤 管風 機 盤 管風 機 盤 管風 機 盤 管補 水 泵冷 凍 水 循 環(huán) 泵冷 卻 水 循 環(huán) 泵圖 22 系統(tǒng)原理 圖 冷水機組壓縮機把制冷劑壓縮，壓縮后的制冷劑進入冷凝器，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入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收熱量，使冷凍水降溫，然后冷凍水進入冷風機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)設計 8 控制系統(tǒng)的基本操作功能設置為手動和自動兩種選擇，手動功能主要是對設備單機試運轉(zhuǎn)和維護保養(yǎng)時所選用，而自動功能是由車間內(nèi)的各組空調(diào)處理機組或新風機組的啟停來控制泵組工作的。在手動或自動的啟停 操作時，冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵、制冷機組在設定的時間內(nèi)，按照順逆程序進行啟動和停止，并且在任何功能中有操作錯誤時均為無效，以確保各組設備保持正常的操作狀態(tài)。主要的控制要求有以下幾點： （ 1）測量冷凍水供回水溫度及流量，從而計算空調(diào)實際的冷負荷，根據(jù)實際的冷負荷來決定冷水機組的開啟臺數(shù)，達到最佳節(jié)能狀態(tài)。 （ 2）各設備的程序聯(lián)動。啟動：冷卻塔風機 — 冷卻水泵 — 冷凍水泵 — 冷水機組；停止：冷水機組 — 冷凍水泵 — 冷卻水泵 — 冷卻塔風機。當其中一臺冷卻水泵 /冷凍水泵出現(xiàn)故障時，備用冷卻水泵 /冷凍水泵會自動投入工作。 （ 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)設計 （ 1）最大限度地滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計 PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關先進的國內(nèi)、國外資料。同基于 PLC 的醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)設計 9 時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設計中的重點問題 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)定運行，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設計者在系統(tǒng)設計、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：應該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。 （ 3）力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便 一個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)濟效益和社會效益，但新工程的投 入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。 （ 4）適應發(fā)展的需要 由于技術的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設計時要適當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 點數(shù)和內(nèi)存容量 時，要適當留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進。 硬件電路主要實現(xiàn)：信號采集，控制信號輸出，水泵控制，故障報警等功能。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)設計 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、速度快、擴 展靈活，具有模塊化、緊湊的結構。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測、自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括電力設施、民用設施、機械、機床等領域。 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、實時特性，強勁的通訊能力、豐富的擴展模塊。S7200 系列的強大功能使其無論是在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡都能實現(xiàn)復雜控制功能。所以它具有極高的性價比。 CPU 模塊不斷地采集輸入信號，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。通過一臺安裝有STEP7Micro/WIN32 編程軟件的計算機、一根連接計算機和 PLC 的 PC/PPI通訊電纜，即可對 S7200 進行用戶編程。 為了滿足以上所介紹的空調(diào)控制工藝要求，整個控制系統(tǒng)需要的 I/O 點分別是18 點和 15 點。為了便于今后系統(tǒng)的改造或者升級留出一定的 I/O 點以做擴展時使用。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：CPU226 為