上海亦心空压机设备有限公司

由于该冰蓄冷系统为实验室中建设的研究型系统，要求系统能够实现蓄冷工况、制冷机或蓄冷槽单独供冷工况、制冷机与蓄冷槽联合供冷工况时蓄冷槽优先或制冷机优先等不同选择的控制目的，控制系统远比常规冰蓄冷空调复杂。

本系统制冷机由两套制冷系统组成，其中两套膨胀阀并联，由膨胀阀前的电磁阀启闭实现制冰工况与空调工况的切换，两台压缩机可分别独立运行，互不影响。在夜间电力负荷谷段运行蓄冷工况时，制冷剂通过压缩机、冷凝器，分别流经电磁阀V5，V6经过膨胀阀E.V1节流后，进入蒸发器；在乙二醇侧，电磁阀V3开启，V4关闭，三通阀1由a-b向调节（三通阀c-b流向关死），三通阀2由C-B向调节（三通阀A-B流量方向关死），通过乙二醇泵驱使乙二醇溶液在系统中流动，在蒸发器中与制冷剂换热，并把冷量储存在蓄冷槽中。在白天电力负荷峰段时，蓄冷槽提供负荷侧所需冷量，制冷主机不运行，电磁阀V3开启，V4关闭，三通阀1由a-b向调节（三通阀c-b流向关死），三通阀2自由调节，在乙二醇泵和冷冻水泵的驱使下，乙二醇溶液与冷冻水在板式换热器中换热，提供一定温度的冷冻水。需要直接供冷时，制冷剂通过压缩机、冷凝器，分别流经电磁阀V7，V8经过膨胀阀E.V2节流后，进入蒸发器；乙二醇溶液在乙二醇泵的驱使下，不经过蓄冷槽，在蒸发器中与制冷剂换热后，在板式换热器内，直接与冷冻水进行热交换，将冷量由冷冻水带给用户侧。

在蓄冷槽提供冷量不足以满足负荷侧需要时，开启压缩机，乙二醇溶液在乙二醇泵驱使下，分别通过蒸发器与蓄冷槽，与制冷剂和冰球换热，*后通过板式换热器将冷量传给冷冻水，满足用户侧冷量需求。

控制要求

本系统为满足不同季节的需求可以实现以下工况转换功能：

（1）蓄冷工况；

（2）制冷主机单独供冷工况；

（3）蓄冷槽单独供冷工况；

（4）制冷主机与蓄冷槽联合供冷工况（以制冷主机优先模式为主）。

以上工况均可自动运行或手动运行。

在自动运行状态，操作人员可以一键开启或停止运行各工况，在蓄冷工况，根据蓄冷槽出口温度检测点T2自动检测蓄冷槽出口温度，与设定值比较判断蓄冷是否完成，并辅以设定时间判断，当蓄冷完成，制冷主机及各外围设备按照事先编排顺序自动停机；制冷主机单独供冷工况，三通阀2通过温度检测点T3温度与设定值的判断比较自动调节三通阀开度比例，提供温度稳定的冷冻水温度，同时根据制冷主机出口温度检测点T1检测载冷剂出水温度，与设定值比较判断，自动加载或卸载压缩机台数，满足室外因负荷变化所需要的冷量；蓄冷槽单独供冷，通过调节三通阀2，提供温度的冷冻水出水温度的同时，通过温度检测点T2，判断融冰供冷结束，系统停机，转入其他供冷工况；制冷主机与蓄冷槽联合供冷工况，通过蓄冷槽出口温度检测点T1的温度与设定温度值的判断比较，自动调节三通阀1开度，提供稳定温度的乙二醇溶液温度，同时三通阀2自动调节保证冷冻水出水温度的稳定，制冷主机出口温度检测点T1的温度判断，自动加载或卸载压缩机启停台数，满足负荷变化所需要的冷量。各工况之间互锁，互不影响。

控制系统的启动和停止由触摸屏软实现，触摸屏可以实时采集和显示温度、流量和压力等数据，显示电机运转频率及各执行机构的当前状态等。同时，控制系统还具有系统正常运行必需的保护和报警功能，如压缩机过载和高低压保护和报警，乙二醇泵、冷冻水泵、风机过载保护和报警，流量开关保护和报警，蓄冷槽高低液位保护和报警，乙二醇溶液和冷冻水温度过高及过低保护和报警，板换防冻保护和报警等。

控制系统硬件设计本控制系统下位控制选用的是OMORONCP1H系列PLC和日本岛电SR3-8I-1W型PID控制器。配合采用EVIEWMT4500T真彩触摸屏操作面板，完全取代常规的开关按钮，指示灯等器件，使控制柜面变得更整洁，并且EVIEW触摸屏在现场可实现状态显示，系统设置，模式选择，参数设置，故障记录，负荷记录，时间日期实时数据显示，负荷曲线与报表统计等功能，操作界面直观友好。

下位控制系统硬件OMORONCP1H系列可编程逻辑控制器，是一种积木式结构，系统构成和扩展都十分方便，主要配置如下：

（1）中央处理器单元（CPU）：X型为CP1H系列PLC的标准型，CPU单元本体内置输入24点/输出16点；可实现高速计数器4轴，脉冲输出4轴；通过扩展CPM1A系列的扩展I/O单元，CP1H整体可以达到*大320点的输入输出；通过扩展CPM1A系列的扩展单元，也能够进行功能扩展（温度传感器输入等）；通过安装选件板，可进行RS-232C通信或RS-422A/485通信（PT、条形码阅读器、变频器等的连接用）；通过扩展CJ系列高功能单元，可扩展向上位/下位的通信功能等。

（2）数字量输入（DI）：CP1H系列X型PLC自带24点数字量输入，分为2个通道输入，其地址分配分别为I000.00-I000.11，I001.00-I001.11。本系统数字量输入只占用第1个通道的12个点，另外一个通道留待备用，便于以后扩展。数字量输入具体对应为：I000.00为压缩机1过流保护开关，I000.01为压缩机2过流保护开关，I000.02为乙二醇泵过流保护开关，I000.03为冷却水泵过流保护开关，I000.04为风机过流保护开关,I000.05为相序保护开关，I000.06为流量开关1，I000.07流量开关2，I000.08蓄冷槽液位开关，I000.09板式换热器温度保护开关,I000.10为压缩机1高低压保护开关，I000.11为压缩机2高低压保护开关。

（3）数字量输出（DO）：CP1H系列X型PLC自带16点数字量输出，分为2个通道输出，其地址分配分别为Q100.00-Q100.07，Q200.00-Q200.07。本系统数字量输出只占用第1个通道的8个点，另外一个通道留待备用，便于以后扩展。数字量输出具体对应为：Q100.00为压缩机1空调工况输出继电器，Q100.01为压缩机1制冰工况输出继电器，Q100.02为压缩机2空调工况输出继电器，Q100.03为压缩机2制冰工况输出继电器，Q100.04为乙二醇泵接触器，Q100.05为冷冻水泵接触器，Q100.06为风机接触器，Q100.07为蜂鸣器。

（4）模拟量输入（AI）：选用CP1W-TS102扩展温度模块一块，带4个模拟量输入点，占用PLC的002-005输入通道。模拟量输入分别对应为：002通道为制冷机出水温度T1，003通道为蓄冷槽出水温度T2，004通道为冷冻水供水温度T3，005通道为房间温度。另外三路模拟量输入输出选用R3-8I-1W型PID控制调节器，该调节器是新型的单回路调节器，0.3级精度，PID自整定，四位超大LED显示，带手动，输出限幅，独立的两路事件报警器。*重要的是采用了在热处理应用方面的专家PID算法。三个PID控制器所对应的模拟量输入为：蓄冷槽出口温度T2；冷冻水供水温度T3；冷冻水回水温度T4。模拟量输出为：三通阀1：4～20mA阀位控制电流信号；三通阀2：4～20mA阀位控制电流信号；变频冷冻水泵控制电压。

（5）触摸屏：选用人机界面友好的EVIEWMT4500T真彩触摸屏，完成参数设置、现场监控、数据采集及故障报警等功能。

控制系统软件设计

触摸屏采用的组态软件为EV5000组态软件，在主界面中，用户可以选择自动工况或手动工况运行，进入自动工况运行子页面，用户根据实际或实验需要选择蓄冷工况、融冰供冷、主机供冷、联合供冷等按钮一键开启各相应工况，各工况之间互锁，不相互影响。在主界面显示各电机开启状态，各主要温度检测点实时温度显示。同时，主界面设置温度设定按钮，在工况运行前可进入其子界面，设定各主要温度设定点进行温度初始值设定；报警信息按钮，在系统出现故障，可进入该子界面，查询系统故障，系统故障排除后，复位该报警信息状态；系统图按钮，进入该子界面，查看系统运行状态；另外加设留言板功能，进入该子界面，操作者可以留下系统操作的意见和感受，与设计者及时交流互动，便于及时进一步更新和改进系统。

PLC程序设计在CX-Programmer7.1环境下进行，编程语言为梯形图，根据冰蓄冷空调系统的控制要求，采用结构化编程方式分段编写不同的功能，整个程序主要由工况选择，蓄冷工况，冷槽供冷，主机供冷，联合供冷，手动工况，系统总输出和报警等功能段组成逻辑控制。采用结构化编程使程序结构清晰，理解、分析和修改容易，控制要求的改变只需修改相关的功能，而不影响其他功能。

结语与展望

本文根据冰蓄冷空调实验系统的基本结构及控制要求，设计了实现蓄冷工况、制冷机或蓄冷槽单独供冷工况和制冷机与蓄冷槽联合供冷工况时的分布式下位控制系统。从实际上电运行调试的情况看，控制系统运行稳定可靠、操作灵活方便、数据显示生动直观，采集存储方便，通过MPI协议，触摸屏能准确无误地与PLC通信，能够达到实时监测与控制冰蓄冷空调状态的目的。