煙臺冰輪股份有限公司是以工業(yè)制冷成套設備、中央空調(diào)等為主導產(chǎn)業(yè)的大型工業(yè)企業(yè)，公司是國內(nèi)最大的果蔬保鮮加工配套設備生產(chǎn)企業(yè)，自主研發(fā)新型高效螺桿壓縮機代表了國內(nèi)最高水平，在該領域市場占主導地位。魯林冰輪果蔬保鮮庫是冰輪股份有限公司的第一座氟工質(zhì)全自動化冷庫。由于冷庫系統(tǒng)比較復雜，專業(yè)性強，功能模式繁多，系統(tǒng)關聯(lián)性強，因而對自控系統(tǒng)的要求非常嚴格，所以選擇可靠、先進的系統(tǒng)是非常重要的。我們選用了國際知名電器品牌施耐德micro系列plc，其中包括一臺主plc，用于控制整個冷庫系統(tǒng)及四臺冷凝壓縮機的plc通訊。

2 工藝控制流程

　　控制過程分為兩個部分：制冷和沖霜。制冷是為了實現(xiàn)冷庫的冷藏功能；沖霜是為了增加制冷效率，因為制冷一段時間后，空氣中水蒸氣會在制冷管路上形成霜，嚴重時可能結(jié)冰，因此我們應當適時的將霜融掉，增加熱交換效率。

　　2.1 制冷

　　當系統(tǒng)處于制冷狀態(tài)時，可以選擇自動或手動運行。手動運行時，先要選擇要制冷的冷庫房間號，再設定所需要的溫度上下限值即可開機。開機指令發(fā)出后，系統(tǒng)運行。首先，開啟冷卻水泵；然后，開啟冷卻塔風機；接著，開啟需制冷的壓縮冷凝機組和庫房冷風機電機；啟動確認后，開啟制冷庫房相應的供液電磁閥；最后壓縮機將根據(jù)蒸發(fā)壓力進行能量調(diào)節(jié)，進行正常運轉(zhuǎn)降溫過程。自動運行時，只需選擇要制冷的冷庫房間號，再設定所需要的溫度上下限值即可，系統(tǒng)將根據(jù)溫度上下限值自動開停機。

　　2.2 沖霜

　　自動沖霜根據(jù)每間庫的累計運行時間進行。當本間庫的運行時間到達設定值時，發(fā)出沖霜指令，系統(tǒng)自動沖霜。其過程為：首先，本間庫的供液電磁閥關閉；然后，關閉冷風機電機；接著，開啟本間庫沖霜水電磁閥和開啟沖霜水泵；延時20分鐘后，關閉沖霜水電磁閥，沖霜過程完畢。

3 系統(tǒng)構(gòu)成及配置

　　3.1 控制系統(tǒng)描述

　　控制系統(tǒng)采用了集中監(jiān)控、分散控制的模式，根據(jù)這一原則將整個冷庫控制系統(tǒng)分為三個層次，即監(jiān)控層、控制層、設備層。系統(tǒng)構(gòu)成如下：

　　（1）監(jiān)控層：通過采用主plc上的rs-485通訊接口經(jīng)編程電纜轉(zhuǎn)換為rs-232，然后可直接與上位機通訊。主plc實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，對庫間內(nèi)的各個受控設備的運行情況進行集中監(jiān)測，動態(tài)的顯示各個控制監(jiān)測點的變化。裝有組態(tài)王軟件的上位機并對冷庫的重要數(shù)據(jù)自動生成表格，定時輸出到打印機打印，并可進行遠程控制及控制設置點的數(shù)據(jù)設置。原則上計算機只參與系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，與控制整個冷庫的人機界面（與主plc通訊）并列控制，克服了以往由于計算機故障而導致整個系統(tǒng)癱瘓的可怕后果。硬件配置：上位機、上位機網(wǎng)絡連接卡、打印機、plc通訊電纜等。軟件配置：操作系統(tǒng)軟件為windows xp，監(jiān)控組態(tài)軟件為組態(tài)王kingview6.02。

　　（2）控制層：控制層是整個控制系統(tǒng)的核心，在整個控制系統(tǒng)中起著“承上啟下”的作用，plc控制是非常成熟的工業(yè)控制技術(shù)，本系統(tǒng)采用tsx3721001系列plc及其網(wǎng)絡系統(tǒng)接受現(xiàn)場發(fā)來的數(shù)據(jù)信息（數(shù)字量或模擬量輸入信號），經(jīng)過其本身cpu中所儲存的控制程序的運算與處理后，發(fā)出相應的指令，對現(xiàn)場設備進行控制。同時通過plc網(wǎng)絡使得層內(nèi)各個plc之間可方便的進行數(shù)據(jù)交流，并由主plc通過網(wǎng)絡將所有相關的數(shù)據(jù)上傳給上位監(jiān)控機。主要硬件設備：plc控制器tsx3721001、通訊卡tsxscp114、人機界面、接口模塊、通訊電纜等。軟件：plc編程軟件pl7、人機界面組態(tài)軟件、microsoft office應用軟件等。

圖1 控制系統(tǒng)架構(gòu)

　　（3）設備層：設備層在整個控制系統(tǒng)的金字塔結(jié)構(gòu)中處于底層，是整個控制系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)，主要包括庫間的溫度傳感器、采集各個電動機工作電流的電流變送器、管路上的各種電磁閥、控制各個電動機和風機的接觸器等等，直接與plc（控制層）相聯(lián)系。

　　3.2 制冷系統(tǒng)描述

　　整個制冷系統(tǒng)共配置4臺半封冷凝壓縮機組。冷凝壓縮機組是整個系統(tǒng)的最關鍵部件，機組采用自控領域最先進的plc微電腦控制，通過模擬量和數(shù)字量的輸入輸出，對機組的運行進行精確控制和可靠保護。各種標準控制功能令機組在啟動和整個運行過程中具有高效節(jié)能的特點，壓力傳感器可檢測機組的吸氣和排氣壓力，通過plc控制保證壓縮機無級調(diào)節(jié)增減載。可靠先進的滑閥機構(gòu)可通過控制系統(tǒng)使機組的負荷自動調(diào)節(jié)，降低了機組的能耗，工作高效。通過溫度傳感器和壓力傳感器進行數(shù)據(jù)采集，可配合熱負荷的實際情況，進行復雜的控制運算和pid調(diào)節(jié)功能，自動控制壓縮機的加載和卸載，保持系統(tǒng)的冷量提供，保證庫溫的穩(wěn)定，避免了壓縮機的頻繁開啟。微電腦具有超前控制功能能及時預測故障的發(fā)生，并在故障發(fā)生前及時采取正確的措施，如在排氣壓力接近限定值時，控制系統(tǒng)將使壓縮機自動卸載并發(fā)出故障報警信號，這些與傳統(tǒng)采用壓力開關的簡單位式控制相比，不僅可以自我診斷傳感器的好壞，更可以超前預診斷整個機組的運行情況，大大減少了故障停機的次數(shù)，增加了機組運行的可靠性。通過人機界面對話，可讀到下列所有重要參數(shù)：

表1 機組運行參數(shù)表

　　微電腦能記錄最后8次故障的情況，包括發(fā)生的時間、記錄的數(shù)據(jù)，這有助于維修人員及時排除故障。機組具有下列自動保護功能：

表2 機組自動保護功能

　　（1）冷風機控制：考慮到冷庫面積較大，溫度波動較大且分布不均勻，故每間冷庫設四只溫度傳感器，取庫溫平均溫度控制冷風機，采用日本理化或丹佛斯數(shù)顯溫控器進行控制、報警。并將溫度值輸送到系統(tǒng)控制主plc，進行除霜控制及判斷。

　　（2）冷卻塔控制：根據(jù)機組運行信號開循環(huán)水泵，根據(jù)冷凝壓力控制器控制冷卻風機的開停，水池自動補水。并具有缺水保護、冷凝壓力超高報警功能。運行時遵守均衡磨損和備用自動投入原則。

　　（3）冷風機除霜控制：除霜控制設有手動和自動定時除霜兩種選擇，（采用實時時鐘控制或定時時鐘控制，除霜時間及除霜間隔時間可根據(jù)實際情況自由設定。）由于熱氨除霜存在一定的危險性，而且除霜對庫溫的影響較大，故每個除霜系統(tǒng)都采用丹佛斯的evra電磁閥和pmlx主閥進行精確控制，為保證系統(tǒng)的可靠性，過濾器、單向閥、卸壓閥均采用丹佛斯原裝進口產(chǎn)品，電氣方面加設可靠的電氣互鎖和庫溫過高保護，確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。另外，由于系統(tǒng)蒸發(fā)溫度的不同，在荷捌室冷風機回氣管pmlx主閥設丹佛斯cvp壓力控制導閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度，確保整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

　　（4）熱回收裝置控制：根據(jù)水池水溫控制水泵的開停，同時控制輔助電加熱器的投入和切除。

4 軟件設計

　　4.1 plc軟件設計

　　plc軟件共分為兩部分：一部分是整個控制系統(tǒng)除壓縮機控制系統(tǒng)的軟件；另一部分是四臺壓縮機各自的程序軟件。

　　其中軟件設計考慮到系統(tǒng)重起后對設備和重要參數(shù)的保護，充分利用了micro系列plc編程軟件提供的冷啟動%s0，熱啟動%s1，首次掃描%s13對系統(tǒng)進行初始化，即復位所有設備狀態(tài)，為下次開機作好準備。對需要保護的內(nèi)部字進行保護，如設備運行時間，停機前設定好的參數(shù)等等。

　　由于tsx3721001有兩個rs485通訊口，因此我們分別用來連接人機界面和上位機。但是鑒于modbus通信協(xié)議的限制，要想同時使用兩個接口，我們只能在編制程序時，組態(tài)unitelway協(xié)議。

4.2 上位機軟件設計

　　根據(jù)系統(tǒng)流程圖，用簡單線條勾勒出整個制冷系統(tǒng)圖并配合kingview上位機軟件中自帶圖庫使監(jiān)控畫面生動形象，并且大大節(jié)約設計畫面時間，把寶貴的時間用到編制程序和畫面的組態(tài)中去。在制冷流程圖里我們可以縱觀全局，全面掌握整個冷庫的運行情況。然后分別做每個各個冷庫房間和壓縮機流程的分畫面，并通過制冷流程圖里相應按鈕實現(xiàn)切換功能。畫面完成之后，我們將要連接plc設備。即在組態(tài)王軟件中設備目錄下，將com1連接到plc。組態(tài)完成畫面如圖2所示。

　　最后，在組態(tài)王中建立變量，與將plc中的i/o點相對應，然后連接到畫面中相應設備，實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控功能。

5 結(jié)束語

　　該自控系統(tǒng)集中體現(xiàn)了法國schneider公司的plc控制技術(shù)和網(wǎng)絡通訊技術(shù)以及組態(tài)王畫面監(jiān)控技術(shù)的優(yōu)勢，使整個自動化冷庫的控制系統(tǒng)設計、調(diào)試時間大大縮短。