制冷系統(tǒng)控制電路的PLC改造

1、制冷系統(tǒng)控制電路的 PLC 改造市輕工職業(yè)學(xué)校光電本校實(shí)驗(yàn)室的中央空調(diào)，其制冷系統(tǒng)的控制電路屬于繼電器邏輯控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)使用了大量的交流接觸器、中間繼電器、時(shí)間繼電器等電器元件，由于控制觸點(diǎn)多，電控系統(tǒng)故障率高，檢修周期長(zhǎng)，空調(diào)使用年月久后，電氣控制系統(tǒng)老化，繼電器故障頻繁，檢修困難，給學(xué)校的教學(xué)帶來一定的影響。如今PLC 技術(shù)日臻成熟，價(jià)格不斷下降而功能卻不斷加強(qiáng)，因此我們可以利用 PLC 對(duì)繼電器邏輯控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，以提高中央空調(diào)的使用率。 一、制冷系統(tǒng)控制電路功能分析如圖 1 所示， 這是一個(gè)螺桿式冷水機(jī)組用冷水泵、 冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的控制電路，其工作原理如下：(1)啟動(dòng)。

2、由于本例冷卻水泵電動(dòng)機(jī)功率較大，采用抽頭式自耦變壓器T1,利用其55%檔降壓?jiǎn)?dòng)。按下冷卻水泵啟動(dòng)按鈕SBT1,交流接觸器KM13線圈得電，與SBT1并聯(lián)的常開輔助觸點(diǎn)閉合自鎖，另一常開輔助觸點(diǎn)閉合，使交流接 觸器KM12線圈及時(shí)間繼電器KT1線圈得電；主電路中 KM13與KM12的主觸 點(diǎn)閉合， 冷卻水泵經(jīng) T1 降壓?jiǎn)?dòng)， 此時(shí)， 冷卻水泵啟動(dòng)指示燈 HL12 亮， 而 HL13 滅。(2)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。從按下啟動(dòng)按鈕 SBT1起延時(shí)810秒后，時(shí)間繼電器KT1常開觸點(diǎn)閉合。中間繼電器KA1 線圈得電并自鎖，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開令 KM13 線圈失電，運(yùn)行接觸器KM11 線圈得電。 K

3、M13 線圈失電， KM13 常開觸點(diǎn)斷開使使KM12 線圈和 KT1 線圈失電。至此，主電路中啟動(dòng)接觸器，KM13 、 KM12 觸點(diǎn)斷開， 運(yùn)行接觸器KM11 常開觸點(diǎn)閉合， 使冷卻水泵電動(dòng)機(jī)獲得全壓而正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 此時(shí)冷卻水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈 HL11 亮， 而 HL13 和 HL12熄滅。（3）與冷水機(jī)組壓縮電動(dòng)機(jī)聯(lián)鎖控制。接觸器KM11 得電，冷卻水泵轉(zhuǎn)入運(yùn)行的同時(shí)， 與冷水機(jī)組壓縮電動(dòng)機(jī)作聯(lián)鎖控制的繼電器KA40 線圈得電， 則與控制冷水機(jī)組啟動(dòng)的中間繼電器KA3 線圈串接的 KA40 常開觸點(diǎn)閉合，冷水機(jī)組壓縮電動(dòng)機(jī)才有可能啟動(dòng)。（4）停機(jī)。按下冷卻水泵停止按鈕SBP1,冷卻水泵控制

4、回路便斷電，接觸器KM11 、 KM12 、 KM13 線圈全部失電，冷卻水泵電動(dòng)機(jī)斷電停機(jī)。（ 5）過載保護(hù)。熱繼電器FR1 起過載保護(hù)作用。冷水泵控制回路與冷水機(jī)組本身聯(lián)鎖， 冷水泵啟動(dòng)， 轉(zhuǎn)入運(yùn)行控制回路原理與前述基本相同，冷卻塔風(fēng)機(jī)電功率小于5KW,故利用啟動(dòng)按鈕SBT3通過接觸器 KM3 直接啟動(dòng)。二、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1 、 PLC 的機(jī)型選擇和 I/O 分配根據(jù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)我們把5 個(gè)按鈕開關(guān)SBP1、 SBT1、 SBP2、 SBT2、 SBP3分別輸入到PLC的X0-X4端口，熱繼電器FR1,FR2分別輸入至ij X5, X6端口，一共用了 7 個(gè)輸入端口。 KM11 、

5、KM12 、 KM13 、 KM21 、 KM22、 KM23 、 KM3共七個(gè)交流接觸器的線圈分別和 PLC的Y0-Y6端口相連接，指示燈HL11 ,HL12, HL13， HL21 ， HL22， HL23， HL31 分別和 PLC 的 Y7-YD 端口相連接。在如圖所示的舊電氣系統(tǒng)控制線路圖本來還有中間繼電器和時(shí)間繼電器等元器件，在I/O 分配中卻不必對(duì)它們進(jìn)行分配，它們將作為 PLC 的部繼電器，其功能可由軟件加以解決，這也是PLC 控制的優(yōu)勢(shì)所在。由表1 可見，本次設(shè)計(jì)總共需要Word 資料用到5個(gè)輸入端，15個(gè)輸出端，因此可以選用松下電器公司生產(chǎn)的 FP1-C40型 號(hào)的主控單元

6、(1/0=24/16 )，其I/O 口比設(shè)計(jì)要求要多，可以供系統(tǒng)增加功能 時(shí)使用；控制水泵的交流接觸器線圈通過的電流較大，F(xiàn)P1型PLC主機(jī)屬于繼電器輸出型，有觸點(diǎn)輸出方式，適用于低速、大功率的負(fù)載，可以滿足控制系統(tǒng) 交流接觸器線圈對(duì)電流的要求。FP1型PLC的掃描速度為1.6必/步，這樣的掃 描速度不算很快，但是考慮到本控制系統(tǒng)的主要控制對(duì)象是交流接觸器，屬于機(jī)械動(dòng)作型的元器件，對(duì)控制時(shí)間的要求不是很嚴(yán)格，較慢的掃描速度不但不會(huì)對(duì) 控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響，反而會(huì)提高系統(tǒng)的抗干擾能力，本次PLC改造的電氣線路不 是很復(fù)雜，PLC主機(jī)的容量也完全可以滿足要求。FP1型PLC主機(jī)不但可以通 過適配器和計(jì)

7、算機(jī)進(jìn)行通訊，還可以通過手編程器對(duì)其進(jìn)行操作， 方便技術(shù)人員 隨時(shí)對(duì)中央空調(diào)的電氣系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，F(xiàn)P1系列的PLC其I/O端子板采用可拆卸的結(jié)構(gòu)，可將整個(gè)端子板拆下，這主要方便于更換PLC控制單元時(shí)，只要拆換端子板，而不必將接到端子板上的所有電線都重新接一遍，非常方便技術(shù)人員對(duì)電氣控制系統(tǒng)的維護(hù)，綜上所述，本次螺桿式冷水機(jī)組用冷水泵、 冷卻水泵和 冷卻塔風(fēng)機(jī)控制電路的改造決定采用 FP1型PLC主機(jī)。表一控制電路PLC的I/O分配表輸入輸出X0按鈕開關(guān)SBP1Y0交流接觸器KM11Y8指示燈HL11X1按鈕開關(guān)SBT1Y1交流接觸器KM12Y9指示燈HL12X2按鈕開關(guān)SBP2Y2交流接觸器K

8、M13YA指示燈HL13X3按鈕開關(guān)SBT2Y3交流接觸器KM21YB指示燈HL21X4按鈕開關(guān)SBP3Y4交流接觸器KM22YC指示燈HL22X5按鈕開關(guān)SBT3Y5交流接觸器KM23YDY6交流接觸器KM3YEYF指示燈HL23指示燈HL31指示燈HL32由于我們的輸出端接的負(fù)載有交流 380V的交流接觸器線圈，在PLC主機(jī)輸出端子開關(guān)接通或斷開時(shí)，電感負(fù)載L上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，會(huì)引起開關(guān)處產(chǎn)生火 花或電弧，降低開關(guān)接點(diǎn)的使用壽命，所以必須采取措施，考慮接入相應(yīng)的保護(hù)電路，加以保護(hù)?？梢栽诟行载?fù)載兩端（即交流接觸器線圈兩端）并聯(lián)一個(gè)RC吸收電路（經(jīng)過實(shí)踐，電阻和電容的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是：R: 5112

9、0 Q ,功率12W; C:0.10.47肝，電容耐壓大于400V!吸喉吸收浪涌電流，如圖2 4所示。要注意PLC或有關(guān)設(shè)備。圖2交流感性負(fù)載保護(hù)電路2、PLC控制系統(tǒng)外部電路設(shè)計(jì)此次的電氣系統(tǒng)改造只改造螺桿式冷水機(jī)組用冷水泵、冷卻水泵及冷卻塔風(fēng) 機(jī)控制電路，主電路保持不變。硬件部分的設(shè)計(jì)、配置包括外部電路的設(shè)計(jì)、繪 制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖和總接線圖、 設(shè)計(jì)組件的裝配圖和接線圖，并在此基 礎(chǔ)上設(shè)計(jì)與制作電氣控制柜并進(jìn)行 PLC的安裝與配線。此次的電氣系統(tǒng)改造，Word資料并不需要調(diào)整按鈕開關(guān)的位置，可以達(dá)到原先的操作者和原先一樣操作的感覺，察覺不到部的電氣控制系統(tǒng)實(shí)際已由 PLC 控制，所以

10、我們的硬件部分設(shè)計(jì)關(guān)鍵要解決 PLC 的安裝及部接線等問題。 PLC 的外圍電路包括I/O 接口電路、電源電路和接地電路、電動(dòng)機(jī)的主電路和一些不進(jìn)入 PLC 的控制、保護(hù)電路等。不進(jìn)入 PLC 的控制、保護(hù)電路包括為了提高控制可靠性的原繼電器接觸器控制系統(tǒng)的一些短路、過載等保護(hù)環(huán)節(jié)。在采用 PLC 控制后，原繼電器接觸器電路的大部分連鎖環(huán)節(jié)都已編入 PLC 的程序之中，但從保證系統(tǒng)工作可靠的角度考慮，在外圍電路還應(yīng)保持一些必要的環(huán)節(jié)?；ユi觸點(diǎn)除設(shè)計(jì)入 PLC 的程序中之外，還應(yīng)該保留在外圍電路中，防止PLC 輸出電路發(fā)生故障時(shí)，可能使輸出端同時(shí)出現(xiàn)“ ON ”，而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)生事故。在設(shè)計(jì)的時(shí)

11、候，還可保留電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)的熱繼電器FR 的常閉觸點(diǎn)，這樣做的目的是將可能發(fā)生的故障限制在最小圍，提高系統(tǒng)工作的可靠性。為了保護(hù) PLC ，我們也應(yīng)在電源電路上安裝適當(dāng)?shù)谋ｋU(xiǎn)絲。由此可見，我們?cè)谠O(shè)計(jì)PLC 控制線路的時(shí)候，沒有必要把所有的外部條件都全部納入 PLC 之中，特別是一些重要的保護(hù)環(huán)節(jié)，仍可保留在與 PLC 無關(guān)的外圍電路中，當(dāng)發(fā)生事故的時(shí)候，可以及時(shí)切斷PLC 主機(jī)的電源，確保電動(dòng)機(jī)停下來，保護(hù)操作者的人身安全。按照上面的分析， 設(shè)計(jì)出如圖 3 所示的螺桿式冷水機(jī)組用冷水泵、 冷卻水泵及冷卻塔風(fēng)機(jī)PLC 控制電路圖。三、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的同時(shí)， 可同步進(jìn)行程序設(shè)計(jì)工

12、作。 程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求， 把繼電器邏輯控制線路圖轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的梯形圖， 我們應(yīng)該采用正確的方法， 合理地利用 PLC 指令的功能， 最大限度地發(fā)揮PLC 控制的優(yōu)越性。PLC 所使用的梯形圖沿用了繼電器邏輯控制電路的結(jié)構(gòu)，元件符號(hào)也大致相近，但是，由于，由于PLC 的結(jié)構(gòu)、工作原理與繼電器邏輯控制系統(tǒng)有很大不同，梯形圖和繼電器控制線路圖有著本質(zhì)的區(qū)別。 在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)， 我們特別要注意將所用到的“軟繼電器”，列表標(biāo)明其用途，作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的資料之一，便于以后進(jìn)行程序調(diào)試、 系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)、 檢修時(shí)查閱。 我們?cè)诰幊虝r(shí)可以采用模塊化設(shè)計(jì)的方法， 把如圖所示的電氣原理圖設(shè)計(jì)成三大模塊

13、， 分別是冷卻水泵的控制，冷水泵的控制和冷卻塔風(fēng)機(jī)的控制， 根據(jù)控制要求把電氣控制的邏輯電路轉(zhuǎn)換為梯形圖， 一個(gè)模塊一個(gè)模塊的編寫， 每一個(gè)模塊調(diào)試成功后， 都有自己獨(dú)立的功Word 資料1TBS一 一-TBSEx24V(-)24V(+ )COMX0X1X2X3X4X5X6X7COMX8X9XAXBXCXDXEXFFP1-C40 PLC 主機(jī)FGACACCOM1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7COM2Y8Y9YAYBYCYDYEYFAC 220VKM11KM12 KM13FU0FR1FU1KM21KM22KM23 Km3LFR2FU2FU3FU46.3V HL11 HL12 HL13 HL21

14、HL22HL23HL31HL32Word資料圖3螺桿式冷水機(jī)組用冷水泵、冷卻水泵及冷卻塔風(fēng)機(jī)PLC控制電路圖能，按照相應(yīng)的規(guī)則組裝在一起， 再集中聯(lián)機(jī)總調(diào)試。 這樣做的好處是使每一個(gè) 模塊都成為功能單一、結(jié)構(gòu)清晰、 容易理解的小程序， 使梯形圖程序設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率得到提高。 在電氣控制原理圖中，中間繼電器和交流接觸器得電后，其常閉觸頭先斷開然后常開觸頭才接通，但在PLC 的電氣控制線路中，軟繼電器沒有這一特性，它們沒有時(shí)間差， 是同時(shí)動(dòng)作的， 從而造成電路存在工作不可靠甚至產(chǎn)生誤動(dòng)作的隱患，因此我們?cè)诰幊痰臅r(shí)候可以另外加多一個(gè)短延時(shí)定時(shí)器（ PLC 主機(jī)部的定時(shí)器）來解決時(shí)間差的問題，使電路更

15、加穩(wěn)定的工作。至此，螺桿式冷水機(jī)組用冷水泵、冷卻水泵及冷卻塔風(fēng)機(jī)控制電路的 PLC 改造軟件部分全部完成，經(jīng)過調(diào)試驗(yàn)證的梯形圖和助記符見附錄 1 和附錄 2 。四、控制系統(tǒng)的調(diào)試將梯形圖通過適配器從計(jì)算機(jī)輸入到 PLC 主機(jī)中，并將梯形圖和指令表打印出來，進(jìn)行檢查比較。我們還應(yīng)把PLC 主機(jī) I/O 端口所對(duì)應(yīng)的開關(guān)和本次編程中所使用到的部繼電器和定時(shí)器列表，標(biāo)明其用途，打印出來， 作為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料之一，便于以后進(jìn)行程序調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)維護(hù)，檢修時(shí)查閱。1 、輸入點(diǎn)的調(diào)試合上可編程控制器的供電電源（ 220V ） ，把 PLC 主機(jī)的工作方式選擇開關(guān)撥到“ PROG ”擋。用手動(dòng)的方法，使輸

16、入的各開關(guān)（按鈕和限位開關(guān)）動(dòng)作，作為模擬量輸入信號(hào)，觀察可編程控制器的相應(yīng)輸入指示燈（LED）是否點(diǎn)亮，若不亮，檢查接線是否正確。2、輸出點(diǎn)調(diào)試使用可編程控制器的強(qiáng)迫輸出功能進(jìn)行檢查，檢查 Y0 Y8 每一個(gè)輸出指示燈（LED）是否正常。然后把T68鍵床程序輸入到PLC主機(jī)里，把PLC主機(jī)的工作方式選擇開關(guān)撥到“ RUN”擋。按其工藝流程，按下相應(yīng)的按鈕開關(guān)，觀察名稱功能名稱功能R1代表KA1TM2代表KT2R2代表TM3KM13常開觸頭的PLC主機(jī)的輸出指示燈指示時(shí)暫時(shí)不要接是否正常。（此入交流接觸器）3、PLC主機(jī)帶負(fù)載調(diào)試在輸出點(diǎn)接入交流接觸 器，暫不要接入 電動(dòng)機(jī)，按工藝 流程按下相

17、應(yīng) 的按鈕開關(guān)，觀 察相應(yīng)的交流接觸器動(dòng)作是否正常，如果交流接觸器不動(dòng)作，檢查接線是否正確。表二軟繼電器一覽表KA2延時(shí)R3代表KA40TM4KM14常開觸頭的延時(shí)R4代表KA50TM5KM15常開觸頭的延時(shí)R5代表KA60TM6KM16常開觸頭的延時(shí)TM1代表KT14、聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)在軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、裝配、初調(diào)工作基本完成后，即可進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。 在調(diào)試之前，還需要對(duì) PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行一次全面的檢查，檢查的主要容和步 驟見表三。經(jīng)過檢查，在確認(rèn)各方面都正常的情況下，可接通電源，將 PLC主機(jī)的工 作方式開關(guān)置于“ RUN”擋，進(jìn)行試運(yùn)行，按照程序設(shè)計(jì)流程圖逐步調(diào)試。我們 特別要注意電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)

18、方向和原來圖紙所標(biāo)的正轉(zhuǎn)方向是否相同，如果不同， 要把三相線路的其中兩條調(diào)轉(zhuǎn)。對(duì)一些待定的參數(shù)（如各個(gè)定時(shí)器的預(yù)置值），應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整定，使其滿足控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。對(duì)調(diào)試中出現(xiàn)的問題，要對(duì)癥查找原因。硬件方面的問題，則改變配置，排除線路故障；軟件方面的問題， 則修改程序。試運(yùn)行的時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng)， 盡可能讓各種異常情況充分暴露， 以得到 解決，最后達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠地工作為止。五、控制系統(tǒng)的抗干擾措施可編程序控制器（PLC）本身的可靠性很高，PLC制造廠采取了許多抗干擾措施，但是外來干擾仍會(huì)通過電源線和傳輸線影響PLC的工作。因此在現(xiàn)場(chǎng)施工中，我們必須考慮以下幾個(gè)問題：1、PLC的配電問題（1

19、）供給PLC的交流電源要加接隔離變壓器。 變壓器的原邊和副邊之間要有接 地屏蔽層，最好采用三層屏蔽的方式。單層靜電屏蔽的隔離變壓器，副邊與屏表三PLC系統(tǒng)檢查項(xiàng)目表檢查項(xiàng)目檢查容外觀檢查1、檢查控制柜各電器安裝的質(zhì)量2、檢查接線端、插件板后龍松動(dòng)3、檢查接地線是否符合要求輸入、輸出配線1、檢查輸入端接線，可用輸入端旨示或I/O監(jiān)視功能檢查2、檢查輸出端接線，可用強(qiáng)制 ON/OFF功能進(jìn)行檢查（檢查前應(yīng)關(guān)閉動(dòng)力電源，以免電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，并確保不會(huì)造成設(shè)備損壞）連接電纜檢查各單元之間的連接電纜是否連接正確并鎖緊程序輸入檢查經(jīng)過初調(diào)的程序是否已輸入 PLC主機(jī)中蔽層有寄生電容存在，未能解決工頻干擾的影響

20、。雙層靜電屏蔽的隔離變壓器,Word資料能夠抑制工頻干擾。 三層靜電屏蔽的隔離變壓器還能抑制共模干擾， 必要時(shí)還要增加電源濾波裝置。（2）電源電壓波動(dòng)影響。一般 PLC允許電源電壓波動(dòng)是+ 15%-15%,若超過這個(gè)值，應(yīng)由檢測(cè)元件檢出該波動(dòng)信號(hào)，使PLC 系統(tǒng)停止運(yùn)行。（ 3）電源線的橫截面積足夠大，以避免產(chǎn)生過大的電壓降。2、控制過程中干擾的來源及對(duì)策中央空調(diào)電氣控制系統(tǒng)的 PLC 輸入設(shè)備主要是按鈕開關(guān) PLC 的輸出設(shè)備主要有接觸器線圈，壓縮機(jī)的啟動(dòng)和停機(jī)將會(huì)把大量的干擾信號(hào)帶入 PLC 主機(jī)?？垢蓴_的主要措施有：輸入信號(hào)電纜、輸出信號(hào)電纜和電力電纜都要分開敷設(shè)，不能扎在一起。必要時(shí)需選用帶有屏蔽層的輸入信號(hào)電纜和輸出信號(hào)電纜，并且注意一端接地。（3多心電纜中的備用心線也要一端接地，一則擴(kuò)大屏蔽作用，二則抑制心線之間的信號(hào)串?dāng)_