尤志強(qiáng)

【摘 要】本設(shè)計(jì)是仿真模塊式空調(diào)機(jī)的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的基本工藝流程是：通過溫度傳感器對(duì)室內(nèi)外的溫度進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)定溫度與室內(nèi)溫度進(jìn)行比較，確定空調(diào)加熱還是制冷。利用四通閥、熱交換器、壓縮機(jī)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

【關(guān)鍵詞】空調(diào)機(jī)；溫度；傳感器

【Abstract】This design is simulating modular air conditioner control system，the basic process of the system is： measure the temperature of exterior and interior used to text by the temperature sensor，setting a temperature compare with the interior temperature， then determine the air conditioner is heating or cooling， in the end adjust the temperature by four-way valves，switches，and compressors.

【Key words】Air conditioner； Temperature； Sensor

0 引言

由于智能建筑的迅猛發(fā)展，并且已成為21世紀(jì)建筑業(yè)的發(fā)展主流，而空調(diào)系統(tǒng)則是此類建筑中自動(dòng)化方面的一個(gè)重要組成部分，因此在各個(gè)行業(yè)、部門中都得到了廣泛的應(yīng)用。在空調(diào)系統(tǒng)中，通過對(duì)空氣的凈化處理，使其溫度、濕度、清潔度等參數(shù)滿足人們?cè)O(shè)定的指標(biāo)，適應(yīng)人們生產(chǎn)和生活的需要。但是由于空調(diào)對(duì)能源的消耗很大，所以設(shè)計(jì)一個(gè)既能滿足人們的需要又能以最小的能耗運(yùn)行的空調(diào)是當(dāng)今制造也的理念。本文主要介紹一種基于wincc的模塊式空調(diào)機(jī)控制系統(tǒng)。

1 空調(diào)控制系統(tǒng)介紹

空調(diào)是空氣調(diào)節(jié)的簡(jiǎn)稱，是一種保持室內(nèi)空氣某種條件的技術(shù)，空氣條件的指標(biāo)包含溫度、濕度、新鮮度、流動(dòng)速度和清潔度等參數(shù)。根據(jù)空調(diào)服務(wù)對(duì)象點(diǎn)的不同可分為兩種：一種，是舒適性空調(diào)，這類空調(diào)的作用是制造室內(nèi)良好的空氣質(zhì)量，以滿足人類生活的需要；一種，是工藝空調(diào)，這類空調(diào)的作用是維持室內(nèi)的空氣質(zhì)量保持在一定水平上，以滿足科研、生產(chǎn)等工業(yè)過程的要求。最常用的空調(diào)方式是通過空調(diào)系統(tǒng)將具有一定溫度和濕度條件的空氣送入室內(nèi)，以維持室內(nèi)的空氣條件，同時(shí)將室內(nèi)的空氣送到室外，以此進(jìn)行空氣交換，完成空調(diào)的作用。采用運(yùn)用先進(jìn)的PLC和網(wǎng)絡(luò)總線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了溫濕度的自動(dòng)控制。在上位機(jī)可設(shè)置溫濕度，設(shè)定數(shù)據(jù)方便。上位機(jī)全部采用中文菜單式處理流程以及圖形化按鍵操作方式，操作簡(jiǎn)單。系統(tǒng)故障診斷能力提高。人機(jī)接口豐富的故障報(bào)警功能能準(zhǔn)確記錄故障發(fā)生的時(shí)間及類型，以便日后對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行綜合分析，同時(shí)也方便維修人員及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)故障，縮短故障診斷時(shí)間。

2 工作原理

空調(diào)分為制冷和制熱兩個(gè)過程。首先是制冷過程：制冷時(shí)壓縮機(jī)高壓出口經(jīng)過四通閥1-2到熱交換器進(jìn)行熱交換，使過熱蒸汽逐漸變成飽和蒸汽，進(jìn)而變成飽和液體或過冷液體。通過毛細(xì)管節(jié)流降壓后的制冷劑液體

（混有飽和蒸汽）-到室外機(jī)截止閥（也稱高壓閥）進(jìn)入室內(nèi)機(jī)熱交換器（蒸發(fā)器），從周圍介質(zhì)吸熱蒸發(fā)成氣體，實(shí)現(xiàn)制冷。在蒸發(fā)過程中，制冷劑的溫度和壓力保持不變。從蒸發(fā)器出來(lái)的制冷劑已成為干飽和蒸汽或稍有過熱度的過熱蒸汽了。物質(zhì)由液態(tài)變成氣態(tài)時(shí)要吸熱，這就是空調(diào)制冷。 室內(nèi)機(jī)回氣：回氣管到室外機(jī)經(jīng)由截止閥（也稱低壓閥或維修閥）進(jìn)入消音器—四通閥4-3到壓縮機(jī)低壓回氣側(cè)完成制冷循環(huán)。

制熱過程：制熱時(shí)四通閥開閉狀態(tài)與制冷是正好相反，流經(jīng)的順序是：壓縮機(jī)高壓出口經(jīng)四通閥1-4到消音器-截止閥（也稱低壓閥或維修閥）-室內(nèi)機(jī)熱交換器-回到室外機(jī)截止閥（也稱高壓閥）-毛細(xì)管-熱交換器-四通閥2-3到儲(chǔ)液器-壓縮機(jī)低壓側(cè)。室外機(jī)的熱交換器上的溫度傳感器（熱敏電阻）用于制冷時(shí)檢測(cè)熱交換器的管道溫度，如果溫度異常升高則可計(jì)算出管道壓力，進(jìn)而把溫度異常信號(hào)送給控制板。

室外機(jī)的室外溫度傳感器（熱敏電阻）主要用來(lái)檢測(cè)室外環(huán)境溫度。室內(nèi)機(jī)熱交換器溫度傳感器（熱敏電阻）檢測(cè)熱交換器溫度，如制冷或制熱時(shí)在一定時(shí)間內(nèi)熱交換器溫度達(dá)不到所規(guī)定的管溫，傳感器會(huì)把不正常信號(hào)送給控制板進(jìn)行分析，例如系統(tǒng)內(nèi)制冷劑不足或無(wú)制冷劑，室內(nèi)機(jī)管溫就不正常，傳感器會(huì)把不正常信號(hào)送給控制板，控制板做出停處理，進(jìn)而保護(hù)壓縮機(jī)，避免壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間高溫運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)閴嚎s機(jī)長(zhǎng)時(shí)間高溫是極有可能被燒毀的。

空調(diào)工作系統(tǒng)中一個(gè)極為重要的部件就是四通閥，四通閥不同于普通直動(dòng)式電磁閥，它必須在一定壓力下才能正常工作，四通閥由三個(gè)部分組成：先導(dǎo)閥，主閥和電磁線圈， 電磁線圈可以拆卸，先導(dǎo)閥與主閥焊接成一體。當(dāng)電磁閥線圈處于斷電狀態(tài)，先導(dǎo)滑閥在右側(cè)壓縮彈簧驅(qū)動(dòng)下左移，高壓氣體進(jìn)入毛細(xì)管后進(jìn)入右端活塞腔，另一方面，左端活塞腔的氣體排出，由于活塞兩端存在壓差，活塞及主滑閥左移，使排氣管（S管）與室外機(jī)接管（C管）相通，另兩根接管相通，形成制冷循環(huán)。當(dāng)電磁閥線圈處于通電狀態(tài)，先導(dǎo)滑閥在電磁線圈產(chǎn)生的磁力作用下克服壓縮彈簧的張力而右移，高壓氣體進(jìn)入毛細(xì)管后進(jìn)入左端活塞腔，另一方面，右端活塞腔的氣體排出，由于活塞兩端存在壓差，活塞及主滑閥右移，使排氣管（S管）與室內(nèi)機(jī)接管（E管）相通，另兩根接管相通，形成制熱循環(huán)。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為下位機(jī)程序設(shè)計(jì)和wincc控制畫面的設(shè)計(jì)，下位機(jī)使用梯形圖進(jìn)行編寫，結(jié)合硬件可以實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)與調(diào)節(jié)，首先根據(jù)按下開始按鈕，空調(diào)各執(zhí)行單位進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)，溫度檢測(cè)以及熱交換模塊，壓縮機(jī)、四通閥、貫流風(fēng)扇的啟動(dòng)，通過室熱敏電阻判斷室外溫是否達(dá)到零點(diǎn)，如達(dá)到零點(diǎn)則打開電熱絲輔助制熱，增加熱效率。通過設(shè)置溫度與室內(nèi)溫度的比對(duì)，來(lái)進(jìn)行空調(diào)工作方式的選擇，通過控制四通閥的閉合，選擇不通的工作流程，進(jìn)行制熱或制冷。

上位機(jī)通過仿真畫面可以實(shí)時(shí)反應(yīng)空調(diào)的工作進(jìn)程，工作部件的狀態(tài)，畫面直觀真實(shí)，可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的精確溫度測(cè)量和高精度高靈敏度的數(shù)字化調(diào)節(jié)控制。通過變量記錄，報(bào)警，用戶歸檔等可以使維護(hù)人員方便及時(shí)的了解系統(tǒng)工作狀態(tài)，排除故障。本系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，操作人員僅僅需要設(shè)置所需溫度，系統(tǒng)就可以自動(dòng)運(yùn)行。

4 WinCC與PLCSIM的連接

采用wincc與plcsim聯(lián)合的形式進(jìn)行模擬仿真，西門子的WinCC組態(tài)軟件和Step7、S7-PLCSIM是相互兼容的，在同一計(jì)算機(jī)中運(yùn)行WinCC和S7-PLCSIM可以保持一定的數(shù)據(jù)通訊，就像上位機(jī)的WinCC軟件與硬件PLC通訊一樣。在保持S7-PLCSIM運(yùn)行的同時(shí)，我們運(yùn)行該項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的上位機(jī)程序（WinCC程序），在其中可以像實(shí)際監(jiān)控操作那樣開關(guān)閥門、修改參數(shù)、查看運(yùn)行數(shù)據(jù)和曲線等。

首先，啟動(dòng)WinCC并創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目。在WinCC中添加“SMATIC S7 PROTOCOL SUITE”到變量管理器。在PROFIBUS下添加一個(gè)名為“PLC2”的新連接。右擊“PLC2”→選擇“屬性”→打來(lái)“連接屬性”窗口→點(diǎn)擊“屬性”按鈕→打來(lái)“連接參數(shù)”標(biāo)簽。在“連接”標(biāo)簽中指定PLC的DP地址和已在STEP7中組態(tài)好的CPU的插槽號(hào)，打開WinCC選擇MPI通訊模式，右鍵選擇系統(tǒng)參數(shù)，單元把其邏輯設(shè)備名稱更改為PLCSIM（MPI）具體連接如下：

（1）打開STEP7并打開工程項(xiàng)目。

（2）打開PLCSIM（開始>SIMATIC>STEP7>S7-PLCSIM）。

（3）在PLCSIM中新建PLC。

（4）下載PLC，并打開監(jiān)控。

（5）打開WinCC并激活工程。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)是基于wincc的模塊式空調(diào)機(jī)控制系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際需要溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)了溫度調(diào)節(jié)靈敏，降低能耗，還可以延長(zhǎng)硬件的使用壽命。本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面還能有進(jìn)一步的擴(kuò)展性，如將系統(tǒng)數(shù)據(jù)可直接以Excel的形式存儲(chǔ)如計(jì)算機(jī)硬盤中，加入水循環(huán)系統(tǒng)，加濕，凈化空氣等系統(tǒng)，但是由于時(shí)間關(guān)系，還沒有實(shí)施到本系統(tǒng)中，這有待于以后的學(xué)習(xí)和研究。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]