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    基于PLC的节能制冷系统设计
    时间:2018-05-02 20:51:21
     随着世界经济逐步回升和结构调整加快,能源日趋匮乏,我国经济也进入了快速成长期,但能源的匮乏与经济增长的矛盾日益突出,国家也提出了节能型社会。冷库制冷系统的耗电量相当的大,研发和推广应用节能的冷库制冷系统已经迫在眉睫。
    制冷系统的自动控制是节能和提高制冷品质的最有效手段之一。本文使用三菱的PLC实现冷库制冷系统的自动控制,并结合使用触摸屏与变频器,监控冷库制冷系统以及实现压缩机、冷凝风机、蒸发风机的变频调速。
    冷库制冷系统结构组成与原理
    1、结构组成
    冷库制冷系统有速冻、升温、冷藏、除霜等主要功能。冷库制冷系统主要有变频压缩机、变频蒸发风机、夜视镜、高效过冷器、变频冷凝风机、干燥过滤器、各种电磁阀和其他阀等组成。为了使冷库制冷系统安全运行,在变频压缩机上设置了高压报警、高温报警、低压报警、相序报警,并分别通过高压继电器、高温开关、低压继电器、相序指示器来实现。
    2、冷库制冷系统原理
    冷库制冷系统的PLC主机与变频器结合使用,通过改变变频器的输出频率改变制冷压缩机、冷凝风机、蒸发风机的转速,从而改变制冷剂流量的大小,控制制冷功率,调节冷库内的温度。选用实际温度作为反馈信号参数,使冷库内的温度稳定维持在设定温度,可以避免压缩机、冷凝风机、蒸发风机的频繁起动,延长使用寿命,并使冷库制冷系统的运行状态达到最佳效果,达到了安全可靠运行和高效节能的目的。
    冷库制冷系统硬件设计
    冷库制冷系统的主机使用三菱的FX2N-48MR-001,主要是由CPU、电源、存储器、I/O接口等组成。由于冷库冷藏系统需要控制较多的温度、压力等模拟量信号,因此,可以使用FX2N-8AD的模拟量输入模块。触摸屏选用三菱的GT1155系列,触摸屏控制主要功能有监视、报警、通信和控制。触摸屏通过多种通信方式可与多种设备直接连接,以以太网的形式组成网络化控制,通过RS-485/RS-422或者网线与小型PLC通信以监视PLC的运行。触摸屏实现了冷库制冷系统的启停控制、设置冷藏集装箱箱内的温度、监控并及时显示报警。变频器选用三菱的FR-F740,变频器有过流、缺相和短路等保护功能。
    1、PLC主机与各个模块接线图
    PLC主机FX2N-48MR-001通过RS-485串行通信接口把变频器、触摸屏进行连接。PLC主机与各个模块接线图如图1所示。
    图1 PLC主机与各个模块接线图
    2、主电路图
    主电路图2中相序指示器可以用来监控主电路的相序,对电压失衡、逆序和缺相进行保护,切断主电路电源,对用电负载进行有效保护。当检测到相序为正确时,接触器KM1就会闭合接通,1#变频器FR-F740启动,1#变频器FR-F740得电运行,压缩机低频软启动,随着频率的不断升高,以工频正常运行;当采集的温度达到系统设定的温度时,温度控制信号就会改变变频器频率,变频器将频率降低,压缩机低速运行,避免了压缩机的频繁启动;变频器自身带有过流、过载、缺相、接地、短路等保护功能。当检测到相序为正确时,接触器KM2就会闭合接通,2#变频器FR-F740启动,2#变频器FR-F740得电运行,冷凝风机低频软启动,随着频率的不断升高,以工频正常运行;当采集的温度达到系统设定的温度时,温度控制信号就会改变变频器频率,变频器将频率降低,冷凝风机低速运行,避免了冷凝风机的频繁启动。当检测到相序为正确时,接触器KM3就会闭合接通,3#变频器FR-F740启动,3#变频器FR-F740得电运行,蒸发风机低频软启动,随着频率的不断升高,以工频正常运行;当采集的温度达到系统设定的温度时,温度控制信号就会改变变频器频率,变频器将频率降低,蒸发风机低速运行,避免了蒸发风机的频繁启动。当检测到相序为正确时,接触器KM4就会闭合接通,电热融霜加热器就会启动加热,热继电器FR1可以对电热融霜加热器实现过电流保护。
    图2 主电路图
    3、PLC输入输出的接线图
    三菱的FX2N-48MR-001与FX2N-8AD的模拟量输入模块连接起来,PLC通过FX2N-8AD的模拟量输入模块里的缓冲存储器对数据进行交换、运算以及控制。PLC输入输出的接线图如图3所示。
    图3 PLC输入输出的接线图
    冷库制冷系统软件设计
    1、冷库制冷系统的流程图
    如图4所示,系统开始,先设定温度值T1,设定温度值T1与回风温度值T2进行比较,当设定温度值T1小于等于回风温度值T2时,进入降温模式,否则,就进入升温模式。在降温模式中,当设定温度值T1大于-18℃时,进入冷藏模式,否则,就进入速冻模式。系统开始后,计数器C0计6个数与6进行比较,当计数器C0大于6时,定时器就会定时20min,每经过20min,计数器C0加1,当计数器C0小于等于6时,开始除霜。
    2、PLC程序设计
    根据冷库制冷系统的控制要求,使用三菱的PLC编程软件GX Developer对制冷控制系统进行编程。
    在融霜模式中,当计数器(C0)计6个数与6比较大小,当计数器大于6时,通用辅助继电器(M52、M53)就会闭合接通,定时器(T7)定时20min,每经过20min,计数器加1,当计数器小于等于6时,开始除霜,通用辅助继电器(M51)和融霜启动(X13)就会闭合接通,电热融霜加热器接触器(Y3)得电,定时器(T8)定时2S后,热气电磁阀(Y6)得电,电热融霜加热器启动,进行融霜。融霜模式程序图如图5所示。
    图4 冷库制冷系统的流程图 图5 融霜模式程序图
    3、触摸屏界面设计
    打开触摸屏上的制冷系统启动界面、监视界面与报警界面,可以看到制冷系统的控制、监视、报警面板,工作人员可以通过界面对制冷系统进行启动、停止、监控与报警。监视界面可以实时监控并显示系统的压力、温度的数值。报警界面可以对系统故障实时报警,提醒工作人员及时处理系统故障。
    结语
    采用PLC控制技术提高了系统的自动化水平,并使其使用和维护更加简便,保证了系统的长时间安全无故障运行。系统采用触摸屏与变频技术,实现了对冷库制冷系统的监控,解决了压缩机、冷凝风机、蒸发风机的频繁启动,缩短了控制系统的滞后时间,延长了使用寿命,减少了系统控制误差,提高了系统的控制精度,使冷库的温度达到最佳控制效果,提高了系统的节能效果。
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