基于CTS7200系列PLC的中央空调控制应用

1  引言
    随着人们的生活质量的提高，提高中央空调的舒适性、经济性、可靠性十分重要。采用先进、实用、可靠的可编程控制器(PLC)来进行控制是当前中央空调控制系统的主流。中央空调是对建筑物内空气进行调节的专用系统，它通过对风机、阀门、泵等设备的开、关及连续调节来控制室内温度、湿度，使之满足一定要求，从而提高人体的舒适度。随着人们生活水平的不断提高，越来越多的大、中型建筑采用中央空调系统，以达到夏季致冷、冬季取暖的目的。
    为提高中央空调系统的经济性、可靠性及可维护性，需采用控制产品对中央空调系统的各个设备进行控制。早期的中央空调控制器多为就地式专用控制器和ddc控制器，它们具有控制功能简单、不易联网及信息集成度不高等缺点。随着计算机技术、控制技术和网络技术的发展，现在的中央空调系统都倾向于采用先进、实用、可靠的可编程控制器(plc)来进行控制。本文介绍用co-trust cts7200plc产品控制中央空调的实例。
    将co-trust公司cts7200可编程控制器应用于空调系统中，既克服了现有系统的不足，又提高了系统可靠性，降低了能耗，满足了工艺要求，保证了产品的质量，经实际使用表明该方案是合理的，并可以在同类场合使用，使用效果也优于同类控制产品。

2  系统设计
2.1 控制系统设计
    该空调系统为风管式系统，风冷风管式中央空调系统与其他中央空调相比有新风的引入提高的空气的质量、温度较均衡、噪音小、可调节、安装简单、运行可靠、效率高和运行费用低等显著特点。风管机中央空调系统以空气为输送介质，其原理与大型全空气中央空调系统的原理基本相同，是一个小型化的全空气中央空调系统。它利用室外主机集中产生冷/热量，将从室内引回的回风进行冷却/加热处理后，再送入室内消除其空调冷/热负荷。风管式机组系统简单，采用制冷剂和空气直接蒸发换热的制冷循环方式，无需中间传热媒体，减少了损耗，效率高。由于引入了新风，其空气品质能得到较大的改善。原理图如图1所示，图1中室外主机采用风冷方式。

图1  工艺原理
    基于co-trust公司cts7200可编程控制器的中央空调控制系统示意图2所示。

图2  控制系统
2.2 控制系统特点
    该系统有如下几个特点：
(1) 夏季，制冷机组运行，实现冷调节；冬季，冷机配合热源共同使用，可以实现冬季采暖。在春秋两季可以用新风直接送风，达到节能，舒适的效果。
    采用集中空调的设计方法，送风量大，送风温差小，房间温度均匀。送风方式多样化，能够具体情况制定不同的送风方案，增强人体的舒适性。
(2) 采用模块化主机，根据设置自动调节制冷量。室内及分区控制，各个室内及独立运行，分别调节各个区域内的空气。
(3) 维护非常方便，对发生的故障进行报警的同时在文本显示器上显示，维护人员可方便快捷地根据故障显示进行维护或修理。
(4)可单独控制，也可集中进行控制，运行更加经济、节能。

3  系统实现
    控制系统采用cts7-200 plc cpu226l及其文本显示器td2x。扩展模块采用em231 ntc混合型扩展模块。
3.1 兼容性
    cts7200 cpu226l是可以完全兼容西门子simatic s7-200 plc，原应用程序无需任何改动，系统切换简易，可选用step7-micro/win编程(版本v4.0)，位指令速度高达0.15μs，浮点运算速的高达8μs ，多达248点i/o和56路模拟量。
(1)快速、三个通信口、支持rs232编程 ；
(2)网络读写字节数扩大至200 bytes；
(3) 内嵌pid自整定算法；
(4) port0口内嵌modbus通信协议支持；
(5) 支持外接电池与存储卡(不支持程序上下载)；
(6) 支持co-trust的em277；
(7) 支持mpi主站。
3.2 监控功能
    plc文本显示器对新风机组监控：
(1) 可在文本显示器td2x上起停风机电机及查看其工作状态；
(2)测量风机出口空气温湿度参数，以了解机组是否将新风处理到要求的状态测量新风过滤器两侧压差，以了解过滤器是否需要更换；
(3) 检查新风阀状况，以确定其是否打开；
(4) 控制空气——水换热器水侧调节阀，以使风机出口空气温度达到设定值；
(5) 控制干蒸汽加湿器调节阀，使冬季风机出口空气相对湿度达到设定值；  
(6) 保护管网，冬天防冻，自动停止风机，同时关闭新风阀门。
    plc文本显示器对冷水机组的监控：  
(1) 压缩机启停控制及状态监视；  
(2) 冷热水泵起停；  
(3) 蒸发器进出口温度；  
(4) 冷凝器进出口温度；  
(5) 压缩机进排气压力温度；  
(6) 油泵出口压力；  
(7) 冷凝器水流开关控制；  
(8) 蒸发器水流开关控制。
3.3 混合型扩展模块应用
    cts7-200系列plc特有的ntc混合输入扩展模块型号em231 ntc，模块集成了四路模拟量采集通道，其中两路为温度传感器信号输入，用于直接连接ntc热敏电阻或pt100热电阻，另两路为电压电流型输入，用于连接压力传感器信号，模块还采用了先进的数字滤波技术和光电隔离技术，抗干扰能力强，测量结果更加稳定可靠。因此特别适合与单机头中央空调系统的控制需求，使用ntc混合输入扩展模块的中央空调控制系统不再需要额外的ntc变送器，采样更加准确、稳定，又大大节省整体方案成本。
3.4 td2x文本显示器应用
    系统上电后，td2x首先进入欢迎使用画面，操作菜单分级显示，菜单包括系统运行状态、系统运行控制、系统参数显示、pid参数修改、电动阀开度调节。室内机组有两种控制方式，可以单独控制，也可以群控。当故障发生时，故障报警信息也通过td2x来显示，直到故障得到确认和恢复。td2x是可编程控制器cts7-200小型plc系统的文本显示和操作界面，可在 cts7-200 plc的编程软件中进行组态，使用非常方便。td2x可根据cpu内部的逻辑条件显示信息。在信息中也可内嵌数据，数据既可以显示，也可以由操作人员进行设置。也可以使用td2x设置cpu实时时钟，访问cpu内存变量，或对开关量输入/输出进行强制。td2x可以设置密码，以限制对设备的操作。td2x还可以显示多达80条消息。

4  结束语
    在中央空调中使用cts7-200可编程控制器及其文本显示器td2x来做为小型中央空调监控系统的控制硬件，不仅降低空调成本，而且具有如下优异的系统功能：多种控制方式，可以通过文本显示器td2x实现多个室内机组群控或独立控制。监测各机组出回风温度及各机组运行状态。可通过td2x设置空调运行参数。自检反馈和报警功能。冷水自动控制温度调节，可随意调节各房间的温度。可根据日历表规划和时区设置自动启动。参数设置带有密码保护。ntc传感器直接接入控制系统，无需额外变送器，大大解决整体方案成本，且采样更准确、更稳定。这样企业在使用控制系统中使高性能、低成本的目的都可以达到。一举多得。

作者简介
    孙容瑞  男  工程师，工业自动化系统集成领域。  

参考文献(略)