OMRON 小型 PLC 在冷水機(jī)組控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

概述

隨著技術(shù)的進(jìn)步，由可編程序控制器（簡(jiǎn)稱 PLC）組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)在很多行業(yè)和領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，制冷空調(diào)行業(yè)也不例外。PLC和工業(yè)人機(jī)界面（HMI）被大量地 用于冷水機(jī)組上，例如在吸收式冷水機(jī)組上，OMRON 的 C200Hα、CS1、CJ1 系列 PLC就以 其優(yōu)異的性能（運(yùn)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)中心足不出戶就可 以監(jiān)視在全球各地的用戶所使用的機(jī)組的運(yùn)行全部狀態(tài)和數(shù)據(jù)，幫助客戶解決運(yùn)行中碰到 的問(wèn)題，提醒客戶維護(hù)和保養(yǎng)機(jī)器，以及幫客戶重新恢復(fù)機(jī)組的控制程序和設(shè)定機(jī)組運(yùn)行 參數(shù)等等。這大大提高了服務(wù)的質(zhì)量和效率，也為企業(yè)節(jié)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(jī)組如風(fēng)冷冷水機(jī)組、水冷螺桿機(jī)、活塞機(jī)等產(chǎn) 品上取得應(yīng)用，為此OMRON 推出了另一款機(jī)型 CPM2AH，這種機(jī)器擴(kuò)充能力強(qiáng)，性能價(jià)格比 高，非常適合在水冷和風(fēng)冷冷水機(jī)組中使用。

一、控制系統(tǒng)的配置方案

CPM2AH 系列 PLC 是一款在小機(jī)殼內(nèi)匯聚了先進(jìn)的功能和優(yōu)異的表現(xiàn)的產(chǎn)品。其基本單 元有 20、30、40、60 點(diǎn)四種，包含了數(shù)字量輸入和高速脈沖輸入、繼電器輸出功能，根據(jù) 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的需要，可以增加擴(kuò)展模塊，擴(kuò)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)；
（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(yuǎn)程模塊擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)集散型控制。 這些功能可以很好地滿足機(jī)組的控制要求。滿足水冷和風(fēng)冷冷水機(jī)組配置要求的控制系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)下表：

表一：各類冷水機(jī)組所需要的系統(tǒng)配置

述配置表為一般通用型配置，其中風(fēng)冷機(jī)組中，由于涉及到壓力測(cè)量，所以模擬量 輸入采用電流/電壓型輸入模塊；對(duì)于水冷冷水機(jī)組，一般考慮 2 路溫度輸入，如果需要增 加溫度測(cè)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(yuǎn) 程計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
由于 OMRON 的 PLC 產(chǎn)品通用性很強(qiáng)，很多公司的觸摸屏都可以和它通訊連接，因此可 以根據(jù)價(jià)格、功能和技術(shù)特點(diǎn)來(lái)選擇相應(yīng)的觸摸屏產(chǎn)品與 PLC 配套使用。對(duì)于其他有特殊要求，或設(shè)計(jì)中需要增加模擬量和數(shù)字量的情況，還可以酌情增加其 他相應(yīng)的擴(kuò)充模塊以滿足要求。

二、控制系統(tǒng)功能

控制系統(tǒng)的功能包括：設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)控制，運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視，能量自動(dòng)調(diào)節(jié)，故障報(bào)警記錄 和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定等功能。

1．設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)控制 可以以三種形式啟動(dòng)機(jī)組，本地啟動(dòng)、遠(yuǎn)程信號(hào)啟動(dòng)、定時(shí)啟動(dòng)， 具體為：

（1）在遠(yuǎn)程信號(hào)和定時(shí)信號(hào)都屏蔽的情況下以本地方式啟停（2）在定時(shí)屏蔽、遠(yuǎn) 程信號(hào)允許的情況下以遠(yuǎn)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(tǒng)無(wú)全 局故障情況下，以任何一種方式啟動(dòng)后，輔機(jī)設(shè)備先開(kāi)啟，然后開(kāi)啟主機(jī)。當(dāng)機(jī)組中有多 臺(tái)壓縮機(jī)時(shí)，控制系統(tǒng)將根據(jù)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間來(lái)確定開(kāi)啟的壓縮機(jī)編號(hào)，以使得機(jī)組中 各臺(tái)壓縮機(jī)保持相對(duì)平均的運(yùn)行時(shí)間。停機(jī)也有三種形式，與機(jī)組的啟動(dòng)方式相對(duì)應(yīng)。停機(jī)時(shí)，先將壓縮機(jī)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(jī)均擁有最高的操作優(yōu)先權(quán)。

2．運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視 控制系統(tǒng)可以監(jiān)視機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，顯 示各重要參數(shù)的變化趨勢(shì)曲線。如冷水出口溫度、壓縮機(jī)的負(fù)載情況等。

3．能量自動(dòng)調(diào)節(jié) 在機(jī)組輔機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，主機(jī)啟動(dòng)完成后即進(jìn)入能量調(diào)節(jié)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(jī)組是根據(jù)入口溫度還是出口溫度 來(lái)實(shí)現(xiàn)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(shè)定溫度值，決定機(jī)組的上下 載。實(shí)際溫度值大于設(shè)定溫度值時(shí)，機(jī)組上載；小于設(shè)定溫度值時(shí)，機(jī)組下載?？梢愿鶕?jù) 兩者間的溫差值來(lái)決定上下載的周期長(zhǎng)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(yīng)增長(zhǎng)，溫差在 0.5℃之間可以停止上下載。

4．故障報(bào)警記錄 控制系統(tǒng)可以對(duì)下列情況進(jìn)行報(bào)警和記錄。如果是風(fēng)冷冷水機(jī)組控 制系統(tǒng)，則沒(méi)有冷卻水和冷卻塔風(fēng)機(jī)的相應(yīng)報(bào)警功能，但會(huì)增加融霜和制熱運(yùn)行的故障報(bào) 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(hào)仍未到，冷水泵故 障報(bào)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(hào)未到， 水?dāng)嗔鲌?bào)警。防凍開(kāi)關(guān)：防凍延時(shí)時(shí)間到，防凍開(kāi)關(guān)信號(hào)未到，防凍報(bào)警。 冷水低溫報(bào)警：延時(shí)時(shí)間后，如冷水出口溫度小于 3℃，冷水低溫報(bào)警。 外部連鎖故障：延時(shí)時(shí)間后，用戶外部連鎖未到，外部連鎖故障。 壓縮機(jī)過(guò)載：延時(shí)時(shí)間后，熱保信號(hào)未到，壓機(jī)熱過(guò)載報(bào)警。 高壓報(bào)警：延時(shí)時(shí)間后，高壓保護(hù)未到，壓機(jī)高壓報(bào)警。 低壓報(bào)警：延時(shí)時(shí)間后，低壓保護(hù)未到，壓機(jī)低壓報(bào)警。 油壓報(bào)警：延時(shí)時(shí)間后，油壓保護(hù)未到，壓機(jī)油壓報(bào)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(bào)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(bào)警。 冷卻塔風(fēng)機(jī)過(guò)流：風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，延時(shí)時(shí)間后，過(guò)流保護(hù)信號(hào)未到，風(fēng)機(jī)過(guò)流報(bào)警。有任何一故障發(fā)生，開(kāi)關(guān)量故障輸出，系統(tǒng)聲光報(bào)警。故障排除后，需手動(dòng)復(fù)位。

5．系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定 控制系統(tǒng)可以對(duì)下列參數(shù)進(jìn)行設(shè)定： 溫度修正值，修正傳感器采集的實(shí)際溫度值，默認(rèn)下修正值為 0；水流開(kāi)關(guān)延時(shí)時(shí)間（默認(rèn)為 3 秒，最小為 0.5 秒）； 低壓延時(shí)時(shí)間（默認(rèn)為 5 秒,最小 0.5 秒）； 油壓延時(shí)時(shí)間（默認(rèn)為 50秒,最小 0.5 秒）； 關(guān)機(jī)延時(shí)時(shí)間（默認(rèn)為 120 秒）；壓縮機(jī)最少運(yùn)行時(shí)間（默認(rèn)為 120 秒）； 允許壓縮機(jī)啟動(dòng)的停機(jī)延時(shí)時(shí)間（默認(rèn)為 480 秒，最小為 300 秒）； 冷卻塔風(fēng)機(jī)開(kāi)溫度（默認(rèn)為 28℃,最小 25℃,最大 30℃）； 冷卻塔風(fēng)機(jī)關(guān)溫度（默認(rèn)為 23℃,最小 20℃,最大 25℃）； 冷水入口溫度（默認(rèn)為 12℃，最小為 10℃）； 冷水出口溫度（默認(rèn)為 7℃，最小為 5℃）。

對(duì)風(fēng)冷熱泵機(jī)組還有強(qiáng)制除霜運(yùn)行時(shí)間，除霜起始條件和結(jié)束條件，制熱運(yùn)行參數(shù) 等。此外系統(tǒng)還可以修改控制器內(nèi)置時(shí)鐘，從而有效地通過(guò)定時(shí)功能實(shí)現(xiàn)控制，可以 通過(guò)設(shè)定開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間，自動(dòng)定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉機(jī)組?？梢酝ㄟ^(guò)分別設(shè)定一周每天的開(kāi)關(guān) 機(jī)時(shí)間，經(jīng)過(guò)與內(nèi)置的時(shí)鐘比較自動(dòng)運(yùn)行機(jī)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(tǒng)具有如下技術(shù) 特點(diǎn)：

1．穩(wěn)定的性能 CPM2AH系列PLC外型小巧結(jié)構(gòu)緊湊，OMRON公司長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng) 驗(yàn)和嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)保證了其可靠穩(wěn)定的性能，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下仍然能正常運(yùn)行。 更經(jīng)過(guò)高低溫的考驗(yàn)，使得該P(yáng)LC可以適用在特殊的場(chǎng)合。
2．模擬量功能 CPM2AH使用專用的TS101/TS102溫度控制模塊，直接連接PT100溫度傳 感器，提升溫度測(cè)量的精度和可靠性。
3．通訊功能增強(qiáng) CPM2AH 提供內(nèi)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(xiàn)上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，用戶可以隨心所欲自己定制開(kāi)發(fā)通訊監(jiān)控系統(tǒng)。
4．高速的程序執(zhí)行速度 更快的程序指令執(zhí)行速度，使得控制過(guò)程精確無(wú)誤。
5．很強(qiáng)的擴(kuò)充能力 模擬量可以增加到12路；系統(tǒng)支持Device Net協(xié)議，具有強(qiáng)大的 擴(kuò)充能力，通過(guò)遠(yuǎn)程端子，可以擴(kuò)充到256點(diǎn)，方便組成集散控制系統(tǒng)。

四、計(jì)算機(jī)監(jiān)控

CPM2AH 系統(tǒng)可以提供 RS232 和 RS422 通訊接口，用戶計(jì)算機(jī)可以根據(jù)實(shí)際情況直接與 PLC 相聯(lián)，構(gòu)筑自己的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，也可以通過(guò)調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。在通訊協(xié) 議上，OMRON 的 PLC 產(chǎn)品采用統(tǒng)一開(kāi)放的通訊協(xié)議，便于用戶開(kāi)發(fā)自己的監(jiān)控軟件。通訊 協(xié)議主要有運(yùn)行狀態(tài)控制，存儲(chǔ)區(qū)讀寫(xiě)等功能。通訊協(xié)議格式為：

結(jié)束語(yǔ)

控制系統(tǒng)從 2005 年初推出后，得到了很多用戶的認(rèn)可。目前已經(jīng)開(kāi)始在部分用戶 投入使用，使用情況表明，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。尤其是其開(kāi)放的通訊協(xié)議，使得用戶可 以定制自己的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，這就為用戶管理機(jī)組的運(yùn)行提供了方便，受到了用戶的好評(píng)。