小型冷库

小型冷库（精选五篇）

小型冷库篇1

本文以小型冷库系统为控制对象, 设计冷库的温湿度自动控制系统, 对冷库控制系统的组成以及硬件配置进行了简要介绍, 重点分析适合于冷库运行的控制方法, 采用模糊PID控制器, 弥补常规PID控制器缺陷, 完成系统整体设计。

2 模糊PID控制器的设计

冷库系统具有大滞后、大惯性、时变性的缺点, 并且常规PID控制无法解决超调和整定参数困难的问题, 易造成资源浪费, 所以根据此种情况提出了模糊PID控制, 通过对PID控制器的相关参数KP、KI和KD进行整定, 设计了参数自整定的模糊PID控制器, 解决了常规PID控制器带来的问题。本文主要研究针对果蔬保鲜储存的小型冷库的温湿度控制, 不同果蔬需设定冷藏温湿度不同, 为方便仿真实验, 选定温度为1℃, 相对湿度为80%的冷库进行研究。

2.1 输入变量和输出变量的确定

根据小型冷库温度控制的要求, 本系统采用两输入、三输出的模糊PID控制器。输入变量为偏差E和偏差变化率EC, 模糊集取为{NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB}, 论域取为{-6, -5, -4, -3, -2, -l, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6};输出变量为自整定控制参数KP、TI和TD, 模糊集取为{ZE, S, M, B, VB}, 论域取为{0, l, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}。

2.2 量化因子和比例因子的求解

在控制系统中偏差E及偏差变化率EC的变化范围分别为[-e, e]和[-ec, ec], 又被称为变量的基本论域。但是在实际系统中, 偏差精确值并不属于论域, 因此需要通过量化因子将论域进行转换。设给定的过热度为r, 通过采集蒸发器的过热度y, 可得出:e=r-y。过热度偏差E的变化范围[-10℃, 10℃], 过热度偏差变化率EC的变化范围为[-0.1℃/S, 0.1℃/S]。则量化因子

在实际的系统应用中, 控制过程必须用某个确定值才可以控制。因此需将设计过程中的模糊值利用比例因子进行转换。比例因子的求解方法为实际比例系数除以控制量论域的最大值。根据已有的实际经验, 比例系数取0~4, 则比例因子kp=4/8=0.5;积分时间常数TI取0-100s, 则比例因子ki=12.5;微分时间常数TD取0~50s, 则比例因子kd=6.25。根据PID控制器相关参数的整定原则和冷库温度控制的实际经验可得出相应的模糊规则如表1, 2, 3所示。表中各单元分别为输出量KP、TI和TD的语言变量值。

3 仿真模型的设计

在MATLAB中的SIMULINK环境下建立模糊PID控制器的仿真模型, 并设计了subsystem子模块为模糊自调整机构。

4 控制系统的仿真及结果分析

模糊PID控制器的仿真:设置采样周期为2s, 仿真时长为1000s, 仿真步长选用Variable-Step, 仿真算法采用ode23t求解器, 其余设置采用默认值, 即可进行仿真。经过大量的仿真实验, 得出控制系统的最优控制参数为:ke=0.6, kec=60, kp=0.95, ki=0.04, kd=350, 温度控制仿真的曲线如图1所示。由仿真结果可知, 利用模糊PID控制器对系统进行控制, 可实现温度实时整定控制, 保障冷库的温度相对稳定, 并且由于模糊控制器能够进行在线修正, 因此得到的温度响应曲线更好, 并且超调小、精度高, 其控制精度为±0.3℃, 是常规PID控制的2-3倍。因此在小型冷库的温湿度控制系统中采用模糊PID控制器, 可以对系统的设定温湿度进行更加稳定可靠地控制, 从而保障储存果蔬的品质, 提高经济效益。

参考文献

[1]陈滋顶, 刘东岭, 李巨伟.国内外冷库的发展及自动化技术在冷库中运用的前景[J].制冷技术, 2010 (4) :14-17.

[2]朱冬生, 剧霏, 李鑫等.除湿器研究进展[J].暖通空调, 2013 (4) :35-50.

[3]缪道平, 吴业正.制冷压缩机[M].北京:机械工业出版社, 2005, 35-47.

如何加强小型冷库入库蔬菜的管理篇2

保持温度恒定蔬菜产品入库后应尽快达到储藏低温,且在储藏期间应避免库内温度波动幅度太大。每种蔬菜均有最适的储藏温度和湿度,如黄瓜等瓜类蔬菜最适储温12～13℃(过低会发生冷害),相对湿度90%～95%;甜玉米、花椰菜、花茎甘蓝、白菜、莴笋、菠菜、芹菜、胡萝卜、青豌豆等的最适温度则为0℃,相对湿度90%～95%。一般冷藏库自身很难达到较大的湿度,应经常检查库内湿度,并采用地面洒水或喷洒水雾(雾粒越细越好)等措施。

酌情通风冷藏库必须适度通风换气,以保证库内温度均匀分布、降低库内积累的二氧化碳和乙烯等气体浓度。为防止出现气流停滞的死角,可以在局部位置使用鼓风机增加风速,同时注意风速不宜过大,时间也不宜过长,以免增加产品的失重。

单独储放储藏某种蔬菜时,冷库内不能同时放置水果及其他蔬菜,如在储藏香菇的冷库内不能再存放水果或其他蔬菜,因为这些水果、蔬菜在低温下仍能产生一定量的乙烯等还原性气体,会促使储藏中的鲜菇产生褐变。为使库内空气流通,货物应离墙30厘米宽以上,与顶部应预留80厘米宽的空间,垛与垛之间应留适当空隙。

预先升温出库蔬菜出库时,若先升温,可缩小蔬菜与外界气温的温差,防止蔬菜表面结露,延长蔬菜出库后的货架寿命。

制冷系统维护为保证良好的制冷效果,应经常对制冷系统进行维护。一般冷却管的温度总是在0℃以下,不可避免地会导致其表面不断结霜而阻碍制冷,因此对直接输冷式的蒸发器要经常冲霜。可行的办法是加热冷却管。此外,还要确保制冷剂不泄露等等。

小型冷库篇3

1 冷库原有设备及电路

1.1 冷库原有制冷系统分析

本冷库采用直接蒸发式制冷系统 (如图1) , 其优点是供冷直接, 制冷效果好。该冷库冷源采用一台COPELAND全封闭式压缩机组, 能稳定运行于设计的温度环境下, 功率为3HP。库内采用冷风机强制通风, 该风机具有大风量, 低噪音, 低耗电, 射程远的特点, 能加强库内空气流动, 降温速度快, 室内温度分布均匀。制冷系统机组采用风冷却式, 省却了冷却水系统, 冷却效果好, 机组性能稳定。由于各设备已匹配安装好了, 仍按原来布置不需要改造。

1.2 主电路图分析

该主电路 (如图2) 中压缩机电机CM与二台冷凝器风机CM1、电磁阀线圈并联由一个交流接触器KM1进行控制。冷库内二台风机CM2也是并联的, 通过KM2交流接触器进行控制。而KM3交流接触器是控制除霜电热丝进行除霜。断相保护KA1检测三相电源是否有断相或倒相。FR1是压缩机过载保护继电器。

1.3 控制电路分析

控制原理 (如图3) :当总开关合上后, 主电路中的断相保护继电器检测电源是否断相或缺相。如果正常则常开KA1闭合, 使后面的控制电路得电。开关QS1控制微电脑温度控制器, 合上后微电脑温度控制器开始工作。微电脑温控器检测的库内温度与设定温度比较, 若果高于设定温度则接通KA2`开关。当KA2`得电后, 蒸发器风机得电工作;同时压缩机延时继电器KT开始计时, 三分钟后接通常开KT开关, 使压缩机工作。当蒸发器结霜过厚需要化霜时, 微电脑温控器断开KA2`, 接通KA2``开关, 使除霜接触器得电, 发热丝发热除霜;除霜后微电脑温控器断开KA2``再次接通KA2`重新制冷。

对原主电路及控制电路的分析可以发现该电路存在一些不足之处: (1) 压缩机的接触器与除霜发热丝接触器没有互锁, 如果微电脑温控器出现故障或受干扰同时输出KA2`和KA2``接通则会出现制冷与除霜同时进行。 (2) 蒸发器风机没有过载保护, 蒸发器风机出现故障时, 不能及时停机, 微电脑温控器没有停止, 压缩机仍然在工作。 (3) 当冷库温度低与设定温度时, 压缩机与蒸发器风机同时停止, 库温波动大。 (4) 原冷库电路没有报警系统, 当出现故障时不能有效地对设备进行检修。 (5) 冷库原电路只设计了自动控制, 没有手动控制, 不能满足教学需要。

2 冷库电路改造设计

2.1 具体改造方案

(1) 压缩机的接触器与除霜加热器接触器设置互锁, 使在制冷时确保除霜发热丝不起作用或除霜时压缩机不会工作。虽然微电脑温控器有独立控制压缩机与除霜的输出, 但如果受到干扰或损坏时可能同时输出压缩机制冷与除霜二个信号, 这时冷库就会同时制冷和发热除霜。因此为了安全可靠, 将压缩机的接触器与蒸发器接触器设置为互锁功能, 这样即使微电脑温控器受到干扰或损坏也能保证压缩机与除霜发热丝不会同时工作。

(2) 蒸发器风机加装过载保护器。蒸发器风机工作在一个温度低, 相对湿度大的环境下, 如果安装不好或特殊情况下可能会发生短路现象, 蒸发器风机的电流很大, 但原电路没有装过载保护继电器, 则可能会导致事故产生。因此有必要为蒸发器风机加装过载保护继电器。若蒸发器风机出现故障而停止运转时, 压缩机却不会停止运转, 继续制冷, 节流后的制冷剂液体在蒸发器内吸热, 使蒸发器温度降低, 但库温却升高的现象。

(3) 冷凝风机的控制与压缩机控制分开控制, 冷凝风机加装过载保护、压缩机加装设置延时启动。原控制电路中压缩机与冷凝器风机是由同一个接触器控制的, 但因教学要求在原冷库自动控制上加入手动控制, 所以为了在控制上能更好地示范, 故将两部分分开控制。分开后原来的过载保护继电器只能保护压缩机而不能保护冷凝器风机了, 所以冷凝器风机要加装过载保护继电器。而分开控制后为了能更好的演示系统各设备的运行, 在冷凝器风机运行后加入延时启动压缩机 (原压缩机的延时继电器用于冷凝器风机的延时) 。

(4) 在自动控制基础上加入手动控制以适用于教学需要。冷库的原电路只有自动控制, 没有手动控制, 而自动控制只有一个启动/停止开关。当开关一闭合时, 各设备都自动运行, 学生不能有效地观察各设备的启动顺序和运行情况, 而用手运控制则可有效的对各个设备的启动顺序和运行情况进行观察和测量数据。

(5) 在电路中加入自动报警系统, 出现故障时能及时通知用户。

(6) 将原自控电路改造成PLC控制。早期建造冷库时, 只要求冷库用于教学参观, 实验测量参数用, 对冷库的控制没有太高要求。近年来由于PLC的普及的应用, 在教学上也增加了对冷库的自动控制的课程, 主要是PLC控制。因此在此次改造中将原电路改造成PLC控制。

2.2 改造过程

(1) 主电路的改变

从图4中可以看出压缩机与冷凝器风机已分开控制, 冷凝器风机与蒸发器风机及除霜加热器都加上过载保护。只有分开独立控制才能使手动操作各个设备顺序启停, 加有过载保护才能使系统更安全可靠。

(2) 控制电路的改变 (如图5)

自动操作时, 合上QS总开关, 缺相断相保护继电器检查三相电源是否正常, 若正常则控制电路通电。若不正常, 则整个电路断电。电路通电后, 过载保护继电器KA8通过若各过载保护继电器和高低压力保护都正常则KA8通电。自动按钮与手动按钮起作用。自动启动按钮SB5按下后, 微电脑温控器继电器KM5通电, 微电脑温控器开始工作, 常开开关KM5闭合自锁, 而常闭开关KM5断开使手动控制按钮不起作用。微电脑温控器得电后检测冷库内温度并判断制冷或化霜或停机。当判断为制冷时KA11接通, 自动制冷继电器KA1得电, 常开开关KA1闭合接通自动制冷辅助继电器KA3、蒸发器风机接触器KM1及延时继电器KT1, 当KT1延时结束后KT1闭合接通冷凝器风机接触器KM2及延时继电器KT2, KT2延时结束后接通压缩机接触器KM3, 压缩机启动制冷。直到冷库温度低于设定温度时, KA11断开, KA1断开, 压缩机、冷凝器风机按顺序断开, 停止制冷, 而为了维持冷库内温度恒定, 蒸发器风机不停机。当判断为化霜时KA12接通, 自动化霜继电器KA2得电, 接通化霜接触器KM4开始化霜, 当化霜结束后KA12断电, KA2断开, 化霜电热丝停止工作。制冷启动继电器KA1与化霜启动继电器KA2设置了互锁, 同时蒸发器风机接触器KM1与化霜加热器接触器KM4也设置为互锁确保证制冷时不会化霜或化霜时不会制冷。当冷库不运行时, 按下停止按钮SB10则会所有设备按顺序停止工作。

手动操作时, 先按下SB1启动蒸发器风机接触器KM1和冷凝风机启动延时继电器KT1, 延时后KT1闭合。KT1闭合前, 冷凝器风机和压缩机不能启动。KT1闭合后, 按下SB2启动冷凝器风机KM2和压缩机启动延时继电器KT2, 并开始延时。延时过程中, 按下SB3不能启动压缩机。KT2延时结束后, 按下SB3启动压缩机电机KM3制冷。制冷过程中SB4化霜按钮不起作用。手动停机时, 先按下SB8停止压缩机后, 才能使SB7控制冷凝风机停止, 最后才使SB6控制蒸发风机停止。手动化霜时, 先停止所有设备, 然后按下SB6接通化霜加热丝继电器, 使加热丝工作化霜。停止时只要按下SB9即可。当压力过高或过低时, 高低压力继电器动作, 断开KA8, 使压缩机、冷凝器风机、蒸发器风机按顺序停止。当进行手动操作时, 自动控制按钮不起作用。当压缩机、冷凝器风机、蒸发器风机过载时, FR1、FR2、FR3、过载保护继电器相应动作、断开KA8, 使压缩机、冷凝器风机、蒸发器风机按顺序停止, 起保护作用。而化霜加热器过载时FR4过载保护器断开, KA8断开, 使化霜加热器断开。

(3) PLC控制系统改造

1) 由于实际电路与PLC控制电路有些不同之处, 故在PLC设计时要作出相应的改动。

(1) 缺相或倒相继电器KA控制PLC电源, 当三相交流电正常时, PLC控制器通电。

(2) 机组设置“自动、停止、手动”三种工作模式, 各种模式独立运行, 互不干扰。

(3) 手动工作模式下:用按钮进行机组的启动/停止控制, 温控器不起作用, 自动控制按钮不起作用。

(4) 自动工作模式下:由温控器自动控制机组的制冷和化霜, 手动按钮不起作用。

(5) 制冷和化霜在任何情况下不能同时进行。除由PLC实现互锁外, 还加入启动接触器的电气互锁和机械联锁, 以保证其安全运行。

(6) 蒸发器风机启动到冷凝器风机启动, 加入0～180秒 (可调) 延时。

(7) 冷凝器风机启动到压缩机启动, 加入0～30秒 (可调) 延时。

(8) 当自动停机时或机组的压缩机电机、各风机过载时、高低压力控制器等发出信号, 压缩机立即停机, 冷凝风机和蒸发风机按顺序停机。停机顺序为:制冷压缩机——冷凝器风机——蒸发器风机。由于停机可能是因为故障引起, 所以中间不作延时, 以免发生意外而损坏设备。

(9) 系统设定的开机顺序为:蒸发器风机开——冷凝器风机开——制冷压缩机开;为保持库内温度均匀, 库内冷风机不停, 但是除霜时库内冷风机停。

(10) 当出现故障时, 立即按顺序停止所有设备, 用声音报警, 并能显示该故障出现在哪个设备上。

2) 根据以上的改动及要求, 绘出PLC的控制流程图 (如图6、图7)

3) 将各个输入及输出设备、辅助继电器列成I/O元件分配表:

4) 画出PLC的I/O接线图。

5) 编PLC梯形图。

梯形图的编写参考了文献[4], 由于篇幅所限, 详见附录。

2.3 效果测试

将编制好的梯形图输入PLC控制器, 按I/O接线图接好元器件然后进行调试运行。具体运行测试结果如下:

(1) 手动运行测试:

1) 制冷:在全机停止状态下, 当按下SB1后, 蒸发器风机运行, 冷凝器风机延时继电器延时。延时结束后, 此时按SB2则启动冷凝器风机, 按SB6则停止蒸发器风机。若按下SB2后, 冷凝器风机启动, 压缩机延时继电器延时。延时结束后, 按SB3则启动压缩机, 按SB7则停止冷凝器风机。若压缩机启动后则可按SB8停止压缩机。制冷过程中化霜按钮不起作用。

2) 化霜:在全机停止状态下, 按SB4可启动化霜加热器, 若不需化霜可按SB9停止化霜。化霜过程中制冷机组所有按钮不起作用。

(2) 自动运行测试:

当按下自动按钮后, 微电脑温控器得电, 由库温传感器检测冷库的温度并与设定温度比较判断制冷、化霜、停机。若需制冷则依次启动蒸发器风机、冷凝器风机、压缩机开始制冷。若不需制冷, 停止压缩机, 停止冷凝风机, 为了保持库温均匀, 蒸发器风机不停。制冷过程中若按下自动停机按钮, 则按停机顺序依次停机。当需要化霜时, 则先停止蒸发器风机, 然后再启动化霜加热器, 直至化霜完毕。化霜完毕后, 自动返回制冷状态。若化霜过程中按下自动停机按钮则停止化霜加热器。制冷过程中化霜加热器不能工作, 而化霜过程中压缩机、冷凝器风机、蒸发器风机也不能工作。

(3) 故障显示及报警:

当工作过程中, 无论是制冷或是化霜, 只要任何一个设备出现故障, 则全部停机, 而制冷机组会自动按顺序停机。停机后报警器工作并显示该故障设备的故障指示灯。

3 总结

从调试结果来看, 这次改造有较好效果。能进行自动控制与手动控制选择;减少了接线的难度, 方便了检查维修;增加安全保护措施的报警系统, 能更好地对各设备进行保护, 以及故障一发生能马上发出报警, 及时通知处理;能显示哪个设备出现故障, 为维修带来方便。

摘要：改造小型冷库的控制电路, 把原来的普通控制电路改造为PLC控制电路, 改造后的控制系统有自动和手动功能, 增设安全保护和互锁功能, 还能自动报警, 使冷库的功能稳定性和安全性得以全面提升, 最后对改造后的冷库进行了性能调试。

关键词：小型冷库,控制电路,PLC控制

参考文献

[1]蔡崧.传感与PLC编程技术基础 (第1版) [M].电子工业出版社, 2005.5.

小型冷库篇4

随着社会经济的快速发展和人民物质生活水平的不断提高, 人们对于生鲜冷冻食品的需求量也越来越大, 小型冷库近年来有了快速的发展。但大多数小型冷库的压缩机控制仍采用继电器逻辑电路组成的控制器, 不仅接线复杂, 而且功耗高、可靠性差。整个冷库的运行多采用手动控制或者半自动控制, 做到完全自动控制的较少, 在冷藏物装卸、进出等方面, 自动化程度普遍较低, 劳动强度大。采用PLC替代原来继电器逻辑电路组成的控制器对压缩机进行控制, 使冷库的运行态达到最佳效果, 并对节能、减轻劳动强度有实际意义。

笔者以小型冷库为研究对象, 采用PLC替代原来继电器逻辑电路组成的控制器对压缩机进行控制, 使冷库的运行满足自动化、低能耗的运行需求。

1 小型冷库控制系统结构

在小型冷库控制系统中, 设计思想是采用PLC控制代替了传统的继电器控制, 实现冷库的自动化运行。如图1所示, 冷库控制系统由输入电路、PLC和输出电路组成。输入电路主要用于输入冷却物冷藏间的内部状态、电源状态和用户所设定的温度, 包括冷却物冷藏间温度检测电路、电源检测电路和温度给定电路等。输出部件主要用于控制压缩机和温度显示, 包括压缩机运行状态电路和温度显示电路。

2 小型冷库控制要求

本文以储藏经过冷却的果蔬品冷藏间为研究对象, 其控制室温为0~2°C, 相对湿度为85%~95%。以冷却物冷藏间的温度作为控制目标, 根据温度与设定指标的偏差来决定压缩机的运行状态。该冷库控制结构流程图主要由PID控制器、变频器、压缩机、传感器、A/D转换器、D/A转换器组成。PID控制器由PLC来实现。

当经过冷却的果蔬品运送到该冷藏间后, PLC首先根据环境与冷库库温, 对实际偏差值及偏差值的变化率进行PID运算, 调整PLC的PID参数, 并将运算结果传递给压缩机的变频器, 改变压缩机的频率, 控制送往冷凝器的输气量或制冷能量。当温度不在0~2°C时, 压缩机制冷运行, 温度开始慢慢下降, 直至温度在0~2°C时。当库温达到0~2°C时, 压缩机开始处于恒温运行状态。图2为压缩机循环控制流程图, 图3为温度控制流程图。

3 冷库控制系统的软硬件设计

3.1 小型冷库电气主电路要求

本冷库的设计要求是用PLC程序实现自动化控制。当按下启动按钮, 压缩机组制冷启动、冷库指示灯 (绿) 常亮, 直至温度限位开关或库门位置开关动作, 压缩机组恒温运行;温度限定开关或库门位置开关复位后, 压缩机组制冷再次启动。如此反复运行。当冷库呼叫系统被启动后, 压缩机组恒温运行, 冷库指示灯 (红) 以1/1s闪烁, 库内警报铃声响起, 按下呼叫/警报解除按钮后, 冷库正常运行;冷库消防警报启动后, 压缩机组停止运行, 冷库指示灯 (红) 以1/1s闪烁, 库内警报铃声响起, 按下呼叫/警报解除按钮后。冷库正常运行过程中, 按下停止按钮随即停止。

3.2 PLC的选型

冷库控制系统要求能够简单、可靠、易维护、性价比高, 而西门子S7-200系列的PLC恰恰具有连接方便、简单易懂、价格便宜的优点。在设计该冷却物冷藏间的电路控制系统时, 采用的就是西门子S7-200系列的PLC。

根据小型冷库的电气控制要求, 需要PLC监测的输入信号有启动/停止按钮2个、温度控制开关2个、报警控制控制开关3个、库门位置开关1个, 共有输入信号9个。PLC输出控制信号有2个继电器、2个报警控制信号和2指示信号, 共6点。根据PLC控制对象的特点和控制要求, 将PLC的I/O口与相应的电气设备相连, 达到控制和检测的功能。PLC的I/O口的分配具体见表1。

3.3 PLC的编程与调试

根据冷库运行的控制要求和s7-200编程规则, 控制程序采用梯形图编制, 如图4所示。在PC机上用STEP7 Micro WIN编程软件编制了冷库电气控制程序梯形图。程序编制完成后, 下传至s7-200PLC中进行程序测试。经过测试、修改和试运行, 最终实现了预定的控制要求。笔者将研究成果在宿迁市某冷藏厂进行了应用, 实践结果表明, 该控制系统不仅降低了劳动强度, 还使运行成本降低1/3左右。

4 结束语

将PLC技术应用于冷库控制系统, 降低了劳动强度, 提高了冷库控制系统的自动化程度, 使系统的使用性和可靠性增加, 达到了安全可靠运行和高效节能的目的, 较好地适应了冷库自动化的发展要求。

摘要：随着计算机控制技术的飞速发展和人们生活水平的提高, 国内市场对冷库的控制系统又提出了新的要求。将PLC (可编程控制器) 技术应用于冷库的控制系统, 取代继电器, 不仅运行可靠、性价比高, 还降低了劳动强度和运行成本, 实现了冷库对自动化高效运行的需求。

关键词：冷库,控制系统,PLC

参考文献

[1]张峰, 等.基于PLC和触摸屏技术的船舶伙食冷库控制系统设计[J].中国修船, 2014, 27 (8) .

[2]张洪臣, 等.基于PLC的农村小型冷库微电脑控制系统设计与试验[J].农机化研究, 2014 (5) .

[3]郑庆东.基于PLC的小型冷库自动控制系统改造[J].大众科技, 2011 (9) .

小型冷库篇5

随着人民生活水平的提高,人们对小型冷库的需求越来越大,而且要求也越来越高。小型冷库的控制系统正朝着智能化方向发展,但是目前小型冷库的控制大多仍采用继电器逻辑电路组成的控制器,这种控制器具有接线复杂、功耗高、工作寿命短、可靠性、通用性及灵活性低的缺点。而可编程控制器PLC恰恰具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、使用方便以及功耗低等特点,采用压缩机的吸入压力作为检测参数,具有反应迅速,经济性能比高的特点。笔者采用S7-200CN PLC替代原来继电器逻辑电路组成的控制器对压缩机进行控制,使冷库的运行状态达到最佳效果,并对节能、减轻劳动强度有实际意义。

1 系统工艺和控制流程

1.1 系统工艺流程

本冷库设有1台4FS-7B半封闭型压缩冷凝机组,4FS-7B半封闭型高速多缸制冷压缩机设有移动套式能量调节机构,分4级调节,分别为:0,1/4,1/2,3/4,1。库房两间,建筑面积12m2,内各有冷风机1台;节流阀采用热力膨胀阀,使用R22制冷剂,标准制冷量为7kW;冷藏温度在-15～-25℃之间。制冷剂R22首先经压缩机的吸气过滤器分离掉杂质后,进入制冷压缩机汽缸增压形成高温高压气体,进入油分离器进行油气分离,增压气体R22送入冷凝器中,由冷凝器进行放热,使其形成高压液体,并经节流后,形成低压液体,进入蒸发器交换热量,使冷库内的温度下降。蒸发后的制冷剂R22再进入压缩机循环,同时油分分离出来的润滑油经过滤器返回压缩机内,保证各机械部件的润滑,工艺流程如图1所示。

1.2 工艺控制流程

控制过程分为两个部分:制冷和冲霜。

1)制冷是为了实现冷库的冷藏功能;冲霜是为了增加制冷效率,因为制冷一段时间后,空气中水蒸气会在制冷管路上形成霜,严重时可能结冰。因此,应适时的将霜融掉,增加热交换效率。当系统处于制冷状态时,可以选择自动或手动运行。手动运行时,先要选择要制冷的冷库房间号,再设定所需要的温度上下限值即可开机。开机指令发出后,系统运行。首先,开启冷却水泵;然后,开启冷却塔风机;接着,开启需制冷的压缩冷凝机组和库房冷风机电机;启动确认后,开启制冷库房相应的供液电磁阀;最后压缩机将根据蒸发压力进行能量调节,进行正常运转降温过程。自动运行时,只需选择要制冷的冷库房间号,再设定所需要的温度上下限值即可,系统将根据温度上下限值自动开停机。控制流程示意图如图2所示。

2)自动冲霜根据每间库的累计运行时间进行。当本间库的运行时间到达设定值时,发出冲霜指令,系统自动冲霜。其过程为:首先,本间库的供液电磁阀关闭;然后,关闭冷风机电机;接着,开启本间冷库热电融霜;延时20min后,关闭热电融霜,冲霜过程完毕。

2 系统设计

2.1 系统硬件设计

温度PT采集:库房2间,压缩冷凝机组冷水进出口2个;压缩机排气温度1个。压力采集:系统的吸气压力1个;排气压力1个。根据控制系统的实际情况计算系统的输人输出点数,本着节约元器件,降低成本的原则,选用l台西门子S7-200CN PLC作为控制器,该控制器选用CPU224,2块EM231-模拟量输入模块。CPU224集成了14输人,10输出,共24个数字量1/0点,可连接7个扩展模块,最大扩展至248路数字量1/0点,或35路模拟量1/0点;13kB程序和数据存储空间,6个独立的30kHz;高速计数器,2路独立的20kHz;高速脉冲输出;具有PID控制器,2个RS485通信编程口;具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力。PLC的外部接线原理如图3所示。

2.2 系统软件设计

1)冷风机控制:

考虑到冷库面积较小,温度波动较小且分布均匀,故每间冷库设1只温度传感器,测取库温并将温度值输送到系统控制PLC,进行除霜控制及判断。

2)冷却塔控制:

根据机组运行信号开循环水泵,根据冷凝压力控制器控制冷却风机的开停,水池自动补水;并具有缺水保护、冷凝压力超高报警功能;运行时遵守均衡磨损和备用自动投入原则。

3)冷风机除霜控制:

除霜控制设有手动和自动定时除霜两种选择,采用实时时钟控制或定时时钟控制,除霜时间及除霜间隔时间可根据实际情况自由设定。由于热电除霜存在一定的危险性,而且除霜对库温的影响较大,电气方面加设可靠的电气互锁和库温过高保护,确保系统运行的稳定性和可靠性。

4)库房温度控制主程序:

如上所述,设定每一间库房温度的上下限,把设定温度在CPU中转化成压缩机的吸气压力并进行累加确定为设定的吸气压力,与检测的吸气压力进行对比,进而控制活塞的加载和减载。所以,库房温度的控制实际上是对电磁阀的控制。电磁阀通过自动、手动开关来选择压缩机的加载、减载的方式。在手动状态下,由手动按钮控制加减载;在自动状态下,压缩机入口压力检测元件PT来检测蒸发器输送来的R22气体的压力,并将信号转换为电动信号传给PLC的EM231接口信号输入端。PLC程序控制器主要用于冷库1台压缩机系统的能量调节,它采用定点延时、分级步进的调节方式,将控制参数(吸气压力)在额定值附近设4 个定点值:上限、下限、过上限和过下限,最多可以有6 级能级供用户使用。检测系统检测吸气压力值,若吸气压力值在上限与下限之间,说明制冷量与负荷基本匹配,控制器不改变当前能级状态;若负荷增大,吸气压力升高至上限与过上限之间,则延时一段时间后,控制器使系统能级自动增加一级;若吸气压力继续升高至过上限以上,则延时时间后,使系统能级再增加一级。相反,若吸气压力在下限与过下限之间,延时后自动递减一级;若吸气压力低于过下限,则延时后自动递减一级。吸气压力设定值(上限、过上限、下限及过下限)和延时时间均可由用户通过按键进行外部设定,如图4所示。其中,A为给定的减载信号,当吸气压力X达到设定的下限,开始减载,到过下限在减载一级,延时后继续减载,直到空载。B为给定加载信号,当吸气压力X达到设定的上限,开始加载,到过上限在加载一级,延时后继续加载,直到满负荷载。C为加减载停止信号,如若吸气压力值在上限与下限之间,则停止加减载。

5)压缩机的联锁保护程序:

在初始状态,如润滑油压力太低,则不能满足压缩机的启动条件。因此,在启动之前,保持延时10s,在10s内允许启动压缩机,压缩机带动油泵启动,不受油压低开关控制。压缩机启动之前,压缩机处于全卸载状态—空载状态,才允许启动压缩机。另外,对于电机运行状态,设有电流过载保护开关,如图5所示。

6)报警程序:

由于该系统的报警参数较多,如制冷剂灌注过多、润滑油压力过低、冷凝器泄液不畅、冷却水中断等。微电脑能记录最后8次故障的情况,包括发生的时间、记录的数据,这些有助于维修人员及时排除故障。机组具有下列自动保护功能:吸气压力低、排气压力高、电机过载、过电流保护、压差过低和电源保护等。

3 结论

1)西门子PLCS7-200和原来继电器逻辑电路组成的控制器分别对该冷库进行控制,设定库房温度为-20°。库房温度的变化曲线如图6所示。

由图6可知,采用可编程控制器PLC和常规的继电器逻辑电路对库房温度的控制可以得到相同曲线图,可见采用可编程控制器PLC可达到常规的继电器逻辑电路对冷库温度的控制。

2)可编程控制器PLC比常规的继电器逻辑电路的抗干扰能力强,稳定性好。在继电器控制系统中,器件的老化、脱焊、触点的抖动以及触点电弧等现象是不可避免的。所以,系统的可靠性不高、且维修工作耗资费时。而在PLC人控制系统中,大量的开关工作由无触点的半导体电路完成,且在硬件和软件方面都采取了强有力的措施,使产品具有极高的可靠性和抗干扰能力,故PLC可以直接安装在恶劣的工业环境现场而稳定地工作。