西門子S7-200PLC在螺桿式水源熱泵無級能量調節機組上的應用

隨著*空調行業的發展，對溫度的控制精度要求也在不斷提高，螺桿水源熱泵機組從開始的四段或三段控制方式，改為無級能量調節。我們選用S7-200PLC作為主控單元，完成了機組的試制工作，使公司的產品滿足了市場的需求。

控制系統的硬件配置

根據螺桿水源熱泵機組控制要求，經過多種選型方案比較，選用西門子S7-200PLC作為主控單元，結合適當的電氣系統設計，完夠滿足機組當時和以后系統軟件升級的要求，硬件配置及控制系統示意圖如下。

控制系統示意圖

主機模塊CPU226（繼電器型），模擬量模塊EM231，人機界面HITECH PSW6600S-S，開關電源各一只，熱電阻模塊EM231RTD三只。

系統控制要求

1、系統控制要求

• 根據當前出水溫度及設定值對系統采取加載、卸載和保持相應控制措施。
• 具有故障檢測與報警功能，能查詢當前故障和歷史故障記錄。
• 具有制冷/制熱模式選擇功能；定時控制功能，能自動開關機組。
• 根據實際運行時數兩臺壓機具有輪值功能。
• 系統和壓機的保護功能齊全。

2、觸摸屏HITECH要求

• 能查看系統輸入/輸出點狀態。
• 能查看當前報警和歷史報警。
• 顯示當前蒸發器、冷凝器的出水和進水溫度，各壓機的實際負荷和電流。
• 對溫度、時間、負荷等參數能進行設定。
• 能啟動/停止機組運行，并能進行定時設定。

程序設計及主要功能

1、程序設計

• 系統按照功能設計為主程序及13個子程序。
• 主程序由初始化，機組啟動，機組停機，壓機依運轉時數確定啟動順序，以及實時處理子程序組成。
• 子程序包括溫度和電流的采樣及模擬量計算，壓機啟動/停機，系統上載卸載控制，故障報警處理，控制周期處理及停機后防凍保護處理等子程序。

2、主要功能

• 空調用戶可通過人機界面設定制冷出水溫度和制熱出水溫度，查看機組實際運行狀態，包括壓機的實際負荷和電流，空調泵、冷卻泵運行狀態等。
• 維修人員可通過人機界面設定系統、壓機的保護參數。
• 通過EM231RTD實時監測實際的蒸發器出水/進水溫度，冷凝器出水/進水溫度，壓機的排氣溫度。通過EM231實時監測實際的壓機電流值。顯示在人機界面上。
• 程序根據實際的出水溫度和設定溫度，通過比較計算決定系統在加載區或卸載區和保持區。根據兩臺壓機的運行時數決定在加載區，哪臺壓機先啟動，在卸載區哪臺壓機先卸載停機。根據壓機的實際電流值，計算實際負荷，通過程序中比較適時監測壓機是否運行到目標負荷。
• 保護功能：程序適時監測各保護點的輸入狀態，空調泵、冷卻泵的過載保護和水流開關異常時，停止機組運行；壓機的高低壓、過載過熱、油位開關、電源保護異常時，停止相應的壓機運行；蒸發 器冷凝器溫度傳感器異常停止機組運行；壓機再次啟動時，具有防頻繁啟動功能，程序適時監測壓機的停機時間，與設定時間比較，時間到后才允許壓機再次啟動。
• 定時功能：適時監測定時選擇鍵的有效性，并監測時間到達用戶設定時間否，控制機組的自動啟動和停機，各種保護功能同樣有效。

總結

機組的主要控制對象是出水溫度（制冷時為蒸發器出水溫度，制熱時為冷凝器出水溫度），要求實現高精度的自動調節，以便達到客戶設定的溫度目標值，另外系統還要處理較多的控制參數設定及合理范圍限制，顯示輸入/輸出狀態和機組運行狀態、報警信息。

要完成這樣的調控要求，不僅要求PLC本身功能強大，還需要設計人員進行復雜的PLC編程和系統硬件設計。從機組體積上考慮，要求控制系統具有較小的體積；還要保證高性能的前提下，要盡量降低系統的總的成本。

我們選擇西門子CPU226和中國臺灣HITECH人機界面，不但滿足了系統控制要求，而且性價比比較高。機組達到了控制精度要求，并且運行穩定可靠，獲得了用戶的好評。