PLC和触摸屏在地温中央空调集控系统的应用

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摘要：本文主要介绍了plc和触摸屏在地温中央空调集控系统的应用。在地温中央空调控制单元的基础上以西门子S7-200和海泰克PW5610T为例来说明使用PLC和触摸屏实现控制逻辑的过程，结论表明：在中小型地温空调控制系统中使用PLC和触摸屏可以很大程度的提高地温中央空调系统的自动化、可视化与机电一体化的水平

关键词：PLC、触摸屏、中央空调、集控系统

中图分类号：TB494 文献标识码：A

前言

随着工控技术的不断创新及人民生活水平的日益提高，地温中央空调系统己广泛应用于工业与民用建筑域，如宾馆、酒店、写字楼、商场、厂房以及居民小区等场所， 地温中央空调集控系统的作用也就显得尤为重要，在供暖或者制冷中发挥着中枢神经的作用。

地温中央空调控制系统是楼宇自控的组成部分之一，是对各种水资源的循环再利用，调节室内温湿度，使人们在任何季节享受到舒适的温度，随着科技的进步，如今的地温空调系统已经由之前的机械操作、单板机演化为更加先进、实用智能、快捷的PLC和触摸屏结合来进行控制

1 PLC概述

1.1 PLC概述

PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统相同。按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。整体式PLC是将中央处理单元（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的I/O扩展单元与主机配合使用。组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能I/O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。

1.1.1西门子PLC的特点：

1)可靠性高，抗干扰能力强，西门子PLC高可靠性是电气控制设备的关键性能。

2)配套齐全，功能完善，适用性强，西门子PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

3）易学易用，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，西门子PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

4）体积小，重量轻，能耗低，容易安装，是实现机电一体化的理想控制设备。

1.2 PLC的功能

1)1、逻辑控制，定时控制，计数控制，步进(顺序)控制，PID控制，数据控制：PLC具有数据处理能力，通信和联网等功能

2） CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢，它是PLC的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务：接受并存储从编辑器输入的用户的程序和数据；诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误：用扫描的方式接受输入信号，送入PLC的数据寄存器保存起来；PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。

1.3 PLC应用中需要注意的问题——工作环境和抗干扰

工作环境

温度——PLC要求环境温度在0~55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境超过55℃，要安装电风扇强迫通风。

湿度——为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。

空气——避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。

电源——PLC供电电源为50Hz、220(1±10%)V的交流电，对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。

2电阻触摸屏概述

2.1电阻式触摸屏

电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、它的内表面也涂有一层涂层、在他们之间有许多细小的（小于1/1000英寸）的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出（X，Y）的位置，再根据模拟鼠标的方式运作。这就是电阻技术触摸屏的最基本的原理。所以电阻触摸屏可用较硬物体操作

其特点是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘、水汽和油污；可以用任何物体来触摸，可以用来写字画画，这是它们比较大的优势；，电阻触摸屏的精度只取决于A/D转换的精度，因此都能轻松达到4096*4096·比较而言，五线电阻比四线电阻在保证分辨率精度上还要优越，但是成本代价大，因此售价非常高。

2.2 HITECH 触摸屏

1）灵活的系统构成，面板采用5.7寸（320x240）高解析度的液晶显示模组，并符合IP65的防尘设计等级，其符合CE的设计可满足高抗通讯的应用需求

2）完整且多样的元件种类，清晰明了的清单和下拉式清单原件，美观的流程图图形

3）生动、逼真且丰富的动画/影响及文字，丰富多样、易规划的动画元件是画面栩栩如生的递色功能

4）高效能的通讯管理模式，智慧的通讯功能，支持USB及以太网上/下载之功能

5）最佳辅助设计的工具、方便位址查询管理的索引擎、智慧的自动寻错功能、易浏览及规则的画面管理员

3中央空调及控制系统概述

3.1 中央空调系统的组成

1）地下水能量采集循环：即地下水采集利用系统。

2）能量介质转换循环：即地温中央空调机组内的循环系统。

3）室内能量释放循环：即末端空气处理系统。

3.2 地温中央空调主要部件性能简介

1） 压缩机：

压缩机作为整个机组的核心运转部件对整个机组的性能、可靠性、寿命等有着至关重要的影响，地温中央空调小型机组采用法国丹佛斯的全封闭涡旋压缩机，大、中型机组（100-4800KW）采用台湾汉钟半封闭螺杆压缩机（或根据用户要求采用比泽尔、莱福康）。

2）冷凝器、蒸发器

蒸发器分为干式蒸发器和满液式蒸发器满液式蒸发器的回油比干式蒸发器复杂，因此需增加回油装置。

3）制冷部件

干式机组的节流阀采用热力膨胀阀，这是一种根据蒸发器回气过热度的变化，而自动调节阀口开启度的膨胀阀，满液机组采用电子膨胀阀，通过精确控制，实现机组的高效运行。

4）控制系统

直接数字控制系统（DDC）:接受上级计算机或人工的设定值，对生产过程的某些参数（速度、位置、压力、温度等）直接进行数字闭环控制的系统。该系统多用微机或可编程控制器构成，通常是多级计算机控制系统的最低级。

分布式计算机控制系统（DCS）：包括多台相对独立计算机的控制系统。在大型多级计算机控制系统中，DDC级就采用由多台微机或可编程控制器构成的分布式系统，他们分散布置，并行工作，独立或协同完成不同的子功能，分布式系统可提高系统的可靠性及灵活性。

上位机集中监控和本地地温空调机组的PLC系统控制，简单的可做昆仑通态组态软件与PLC相结合，用于启停空调机组、监控参数、控制水泵流量，故障预警、采集温度等，并能保存相关的历史数据，分析当前机组运行状况，调节水温，达到节能高效环保的目的，其中PLC与触摸屏是本系统的核心神经中枢，它直接检测各种采集温度和参数，第一时间对突况做出处理及预警，分段调节使楼宇内部温度达到最佳状态，并且能提供丰富的接口，可以支持以太网、模拟电话网、PROFIBUS-DP网络、AS-Interface现场总线以及RS-485通信等多种方式。

4 PLC及触摸屏实现控制

西门子S7-200系列以及海泰克触摸屏在地温空调的控制系统中搭配应用的比较广泛，且操作简便，能实现近地及远程控制，在空调集控系统中发挥着至关重要的作用。

本文以西门子S7-200的226系列以及海泰克的PWS5610T为例，介绍一下控制。CPU226是控制的核心，控制程序就下装在里面，根据机组配置，可扩展输入输出模块、模拟量模块等。

触摸屏是人机操作的纽带，操作员操作触摸屏下达指令，触摸屏按操作指令读写PLC的数据，PLC依据指令，程序自动完成所需操作。

CPU226输出点16个，输入点24个；注意：右上角L1、N外接220VAC电源，左下角L+、M为PLC输出的24VDC电源，供扩展模块或输入点所需电源。

在夏季制冷时地温中央空调机组以地下水为排热源，工质在蒸发器中吸取空调房间的热量蒸发，制取7℃冷水(最低4℃)送入空调房间达到制冷目的，工质再经压缩机压缩成高温高压的过热蒸汽，然后进入冷凝器，把热量释放到地下水中。如图1-1

在冬季供暖时地温中央空调机组以地下水为吸热源，工质在蒸发器中吸取地下水的热量蒸发，经压缩机压缩成高温高压的过热蒸汽，然后进入冷凝器内释放热量以加热循环水，制取45℃-50℃（最高可达70℃）的热水送入空调房间达到制热目的。如图2-1

图1-1图2-1

控制中央地温空调的标准：GB/T19409-2003（国家标准）、Q/SFD001-2006（企业标准，

在触摸屏中输入需要测试的工况，

蒸发器进出水温度：12℃/7℃

冷凝器进出水温度：30℃/35℃

通过测试台调节水量、阀门、流量、水温等各种参数来控制空调机组

通过编写PLC程序以及触摸屏程序来记录和分析各种参数和数据，譬如：制冷量、输入功率、能效比（EER）、电压、电流、电源的频率、蒸发器水流量（冷媒水）、凝器水流量（冷却水）、冷媒水管路压降、冷却水管路压降、排气温度、吸气温度、冷凝器出液温度、蒸发压力、冷凝压力

PLC中控制地温中央空调机组的升卸载程序如图3-1及图3-2

图3-1

图3-2

触摸屏中显示系统的流程图如图4-1

总结

在地温中央空调逐渐取代传统锅炉及燃气、溴化锂等其它供热、制冷趋势下、在国家提倡节能环保、创新发展的大背景下，地温中央空调的集控系统的作用显得尤为重要，所以PLC及触摸屏的应用将使地温中央空调更上新的高度，使地温中央空调的控制系统更加自动化、智能化，推动机械制造业达到更高的水平。

参考文献

 [1] 赵金荣 叶 真编《可编程序控制器原理及应用》上海应用技术学院2003

 [2] 易传禄主编《可编程序控制器应用指南》 上海科普出版社

 [3] 王兆义主编《可编程序控制器教程》 机械工业出版社

 [4] 王永华主编《现代电气及可编程技术》 北京航空航天大学出版社

 [5] 蔡行健 黄文钰 《深入浅出西门子S7-200 PLC》 北京航空航天大学出版社 2008

[6] 泉州电子股份有限公司 《 HITECH ADP6软件使用手册》2007