螺杆式冷水机组PLC控制系统的改造

一、概述
自我单位采用6台螺杆式制冷压缩机组为制冷设备为我单位提供生产冷源以来, 经过多年的使用, 对该设备的运行及维护有了较为深刻的感性认识。在使用过程中对该设备的运行虽然较为顺利, 但同时也逐渐暴露出了该设备的许多不足之处。由于该设备的控制系统各元器件, 都是基于 10 多年前的技术所设计选定和开发的, 尤其是其核心控制部 PLC( 可编程序控制器) 、传感器和控制器都是采用20 年前的日本元器件, 其运行和维护都显得十分复杂, 核心部件的维护对设备生产厂家的依赖比较大。零配件价格太高,产生众多不便,集团领导要求在保证机组正常功能的前提下,进行整个控制系统的改造。
   经了解，目前国内做中央空调通用控制器的厂家，深圳海润通控的螺杆式冷水机组通用控制器，技术比较成熟，其控制逻辑在能量调节模糊均衡算法及抗干扰技术上有明显优势，功能比较完善。最终我们选择海润通控HR1000系列螺杆机组通用控制系统对我单位的6台螺杆式制冷机组电控进行整体改造。
二、螺杆式制冷机组的基本工作原理
螺杆制冷机组 PLC 控制系统是根据被制冷对象的温度或压力要求, 采用 PLC、传感器和控制器配合使用事实现对制冷机组的控制和保护的全面监控系统。螺杆制冷压缩机是工作容积作放置传动的容积式压缩机。气体压缩中依靠工作容积的缩小来实现的, 而工作容积的变化又是通过压缩机转子在气缸里作高速旋转运行来达到的。在其容积周期性扩大和缩小的同时, 空间位置也在不断变化。只要在气缸上合理地配置吸气和排气孔口, 就可以实现吸气、压缩和排气的基本过程。压缩机组的结构形式主要有: 螺杆制冷压缩机、电机、油分离器、油冷却器、冷凝器、蒸发器等组成。螺杆制冷压缩机中对压缩量的调节采用能量滑阀调节, 即两个转子高压侧, 装上一个能够轴向移动的滑阀, 来调节能量和卸荷启动。利用滑阀在螺杆的轴向移动, 以改变螺杆的有效轴向工作长度, 使能量在 100%和 0%之间连续无级调节。为了保证螺杆式制冷压缩机的正常运转, 必须配置相应的辅助机构, 如润滑油的分离和冷却, 能量的调节控制装置, 安全保护装置和监控仪表等。通常生产厂家多将压缩机驱动电机及上述辅助机构能装成机组, 称为螺杆式制冷机组。螺杆式制冷压缩机组的基本工作流程为: 压缩机吸气吸入气体和润滑机油, 经压缩机压缩后成为高温高压气体, 通过油汽分离器将油气分离, 润滑机油经油冷却器冷却后送回吸气口循环使用, 而高温高压气体进入冷凝器,经冷凝器冷凝后成为低温高压气体, 该气体经节流减压后进入蒸发器,气体在蒸发器中吸收蒸发器环境的热量实现制冷, 蒸发后的气体成为低压气体再送回压缩机吸气口进行新一轮循环。调节压缩气体的压缩比例可以实现对制冷量的控制。
三、海润通控HR1000控制器技术优势：
    螺杆制冷压缩机组的工作过程对制冷量的控制属于大惯性纯滞后环节, 控制参数会随着环境温吸气压力、油温、油压等参数的变化而发生不确定变化。因此对该系统采用海润通控HR1000模糊均衡能量控制方案, 可以取得良好控制效果。在控制过程中, 不仅对实际误差自动进行调节, 同时还对实际误差变化进行调节, 这样才能保证系统稳定, 并且采用死区环节控制, 使得系统始终运行于做高能效区。
其中: ac 环节比例计算环节, 相当于对系统误差进行初步的比例调节为粗调。d/ dt 为微积分计算环节, 相当于对系统误差进行微调和超前调节为细调, 经过调节控制器调节整定后输出控制调节量控制能量滑阀通电运行的时间。
四、原有PLC 控制系统的功能
其控制系统主要由传感器、PLC 系统、控制箱、电气柜、控制器等组成。
关量的输入 / 输出接口点数如下:
模拟量输入: ①出水口温度②油温③吸气温度④排气温度⑤吸气压力⑥排气压力⑦油压力⑧滑阀位置⑨容积比开关量输入:①油泵电机过载②压缩机电机过载③油泵运行④压缩机运行⑤断水保护⑥高压开关⑦低压开关⑧手/自动转换⑨油泵运行⑩油泵停止⑾压缩机运行⑿压缩机停止⒀急停
开关量输出: ①滑阀正向动作②滑阀反向动作③油泵开关④压缩机开关⑤油温控制阀开关⑥报警开关⑦能量旁通阀开关⑧吸气压力旁通阀开关⑨内压比增开关⑩内压比减开关
采用海润通控HR1000控制器，该控制器人机界面选用的是台湾威纶7寸真彩色触摸屏，比原机组的文本显示器，显示更全面，操作更方便。其综合运行界面集成了20多个空调机组实时关键参数，对于日常机组的开关机与机组运行状态掌握管理非常有利。系统中保留手动控制按钮, 使系统操作在调试和控制系统故障时仍可继续工作。手动、自动状态可由转换开关自由转换。手动工作时海润通控HR1000控制器仍完成监控报警工作。
以上是对我单位螺杆制冷机组的改造方案,空调机组实际运行半年，非常稳定，能量调节控制逻辑更加合理，空调机组用电量与同期对比，节约了20%电费，集团领导比较满意。 由于选用了目前国内较为成熟稳定的海润通控螺杆机组通用控制器, 所以有较好的实用推广价值，特刊此文。
五粮液集团机电一部
何新民
2013年8月