S7300可编程控制器在螺杆式机组中的应用

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摘 要：就SIEMENS s7300系列PLC控制的螺杆制冷压缩机组的控制系统进行简单的说明，在PLC进行冷量的调控是通过模糊控制技术实现的。

关键词：SIEMENS S7300 螺杆式压缩机组 可编程控制器

中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）004-062-02

随着科学技术的进步，我国在螺杆式制冷压缩机领域有了长足的进步，但与国外的先进制冷技术还有较大的距离。 研究表明，在现行国外的螺杆式制冷压缩机中基本上是以智能微机控制系统对制冷机进行控制，已达到制冷机组高性能以及易于冷量调控的目的。在我国的螺杆式制冷压缩机研究领域，以智能微机对制冷机进行调控的研究开始于上世纪的90年代。制冷机控制系统调控方法从顺序逻辑以及PID 闭环系统到了现在的智能控制系统。PLC控制系统随着计算机以及通信信息技术的进步得到了长足的发展。PLC在使用过程中具有很多优点，比如：可靠性强，开放性高，灵活性强，使用方便，抗干扰等特性。这也使得PLC能够在自动化控制技术中十分重要的位置。在自动化设备的控制过程中，PLC可以对很多设备进行技术上的控制，目前以成为较为理想的工业控制现场首选设备。本文就一套使用西门子S7300 系列PLC 控制的螺杆制冷压缩机组控制器进行简单的介绍。

1 PLC设计原理

我们知道在螺杆制冷压缩机组的工作流程中，如何对制冷量进行调控在技术上是比较落后的一个环节。在控制过程中，设备运行过程中的周围环境的温度，排出气体压力，吸入气体压力，泵内油的温度，泵内油的压力等数据指标都会对要控制的参数造成一定的影响，同时这些影响对参数的控制具有不确定性。因此，为了获得较好的控制效果，科学工作者一直致力于控制方案的研究，现在的技术来看，模糊控制方案能够较好的解决控制方面的问题。本控制器是一种能够进行双输入单输出的模糊控制器，其在参数的控制中，可以实现对实际生产过程中的误差做到自动的控制，并能够对已经变化了的误差做到调整，使得系统能够稳定的运行。在运行过程中以死区环节控制的模式让系统免去振荡状况的发生。图1 为模糊控制器的示意图，在实际运行中，模糊控制器可以把过程中的控制策略用控制规则表代替。对于运行状态中各因素的误差和误差变化值采用微机离线计算好后，制成控制表。在实际运行过程中，将测量的误差和误差变化值与控制表比对后就可以得到控制量的状况。制冷机组过程控制的查询表必须通过细致的现场检验和重复的修正工作后才可以进行确定。在实际控制过程中，利用隶属度最大的规则开始模糊计算，把控制量进行清晰化，转换为相应的确定值。在系统正常运行状态下，对查询表就可以知道输出控制量，并将其与控制量的比例因子相乘，得到结果通过换算就可以转换为对能量滑阀通电的时间调节，最终实现对制冷机组制冷量的控制。

图1 模糊控制器的示意图

2 PLC控制系统设计

基于PLC的控制系统主要由独立的单机系统以及多机网络监控系统组成。本文主要以单机冷水机组控制系统为例，对s7300控制系统设计与实现进行说明。螺杆冷水机组在设计上一般是由压缩机组，卧式壳管式冷凝器，蒸发器等设备构成整套制冷装置，在使用过程中，只要将冷却水系统或者冷冻水系统接到改螺杆机组上就可以进行使用。在控制系统方面，一般由功能传感器，PLC 系统（西门子s7300 PLC），控制箱，设备电控柜，系统控制程序等构成。制冷机组的控制系统见图2。

图2 制冷机组控制系统图

2.1 PLC硬件设计

基于控制机组和控制需要的情况，对系统所需的输入/输出进行相应的配制。 在模拟量的输入中主要包括一下参数，出水口水的温度，泵内油温，洗如气体温度，排出气体温度，吸入气体压力，排出气体压力，泵内油的压力等。开关量输入主要有，油泵电机的过载状况，油泵运行状况，压缩机电机过载状况，压缩机运行状况，断水保护，低压开关，高压开关等。开关量输出参数主要有，滑阀正、反向的动作，油泵的开关，系统警报开关，压缩机组的开关等。

根据上述的输入/输出端口，系统PLC控制器采用西门子S7300 系列6ES7307-1EA00-0AA0，CPU 314或CPU315-2DP。主机附带带集成数字量输入/ 输出和一个RS 422/485 串口的紧凑型CPU。在信号模拟量输入时，通常采用电压0 ～5伏或者电流4～20毫安的标准进行，在信号模拟量输出时电流控制在4～20毫安内。西门子S7300 系列以MP277 或TP177A（6AV6 643或6AV6 642）做为操作者的文本显示器，操作过程中将该设备置于控制箱，用于实时监测和控制S7300系列控制器的工作以及运行情况。在温度传感器的选择上，选用PT100对制冷机组冷冻水的温度，螺杆压缩机吸气口的温度，排气口的温度及泵中油的温度进行实时测定。更为主要的是PT100传感器对环境温度的变化曲线是非理想线性状态，这就要求我们在使用过程中引入分段补偿和数字滤波的技术去修正温度数据。在压力传感器的选择上，选用气体相对正压传感器主要用于对螺杆压缩机吸气口部位，排气口部位，还有泵内油压力等参数进行压力的测定，在其输出信号的指标上要求电流在4～2 0 毫安范围内。对于能量滑阀部分以及内容积比滑阀部分的传感器通常使用线性电位器。在运行过程中以2 4伏的电压与稳定电阻串联，对这个过程的由电阻的引入造成的电压下降进行测定，并由A/D 对其转换以及确定。在设备的运行过程中，设备的保护开关以及继电器开关是一个重要的开关量的输入传感器。在设备的运行状况下，受检设备的性能以及状态的变化就使得控制系统存在常闭以及常开的相应的反应与之对应。这些信号中有一些是属于以需要用手进行控制的开关量输入信号。在系统运行过程中，控制信号是以系统中所有开关量的输出信号得到完成的。系统开关量输出的信号能够控制电磁阀，电磁阀在信号的控制下推动滑阀达到运行的目的，这样就可以达到控制系统对压缩机组能量输出的控制。滑阀的前行距离是由电磁阀得到信号时间来确定的，而得到信号的时间则是由系统控制程序的相关算法来控制的。

在PLC控制系统中对手动的操作键必须进行保留，以确保PLC控制系统在调试以及控制器发生事故时可以继续进行的状态。同时还要做到手动状态以及系统自动状态之间可以进行相互的系统切换。PLC控制系统在手动运行状态下，控制器可以继续工作，并对系统的运行状况进行实时监测以及警报。

2.2 PLC软件设计

在实际系统的运行过程，依据控制设备的相关工艺，对PLC的系统进行结构化程序设计。在结构化的程序设计中，设计的模块主要有五部分，包括模块人机交换模块，控制调节模块，数据采集模块，系统与上位机通信模块，系统报警模块。对于结构化程序设计，运用西门子自带的编辑软件STEP7 MICO/WIN32中的STL进行，用PC/PPI光缆将设计好的程序存入控制系统的程序专用存储器中。在系统运行过程中，控制调节程序需要对油泵以及压缩机的开关状况进行模糊控制的调控。这部分控制主要为以下几点，油泵的开启，压缩机的开启，运行反馈，报警的判定，故障的输出，能量的调整以及各种系统保护等。

3 小结

西门子S7300 系列PLC具有很多性能优良的特点。在制冷机组中使用S7300 系列PLC，可以对系统的控制程序进行简化，有效地减少了系统中中间继器的个数，同时该PLC的安装以及维修也非常的简单方便。该PLC控制系统的引入可以更好的完成系统的监控以及设备运行状态下的数据的获取。

参考文献：

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