利用PLC实现工厂液氨制冷设备的供水与供氨控制

摘 要：我国许多液氨制冷设备还在使用传统控制系统，由于方法过于陈旧，监控困难，工人的操作往往要靠经验，所以供水与供氨配合不够而导致冷却失常的情况时有发生。该系统增加了PLC及触摸屏等装置，充分考虑了可靠性和易维护的需求，大大提高了系统稳定性，也大大地简化了系统设备；同时利用模拟量可以精确控制水池水位的位置，可以在触摸屏上显示实时水位情况报警信息，有助于了解制冷设备的运行情况。改造后的设备运行稳定性得到很大的提高，冷却效果得到了明显改善。

关键词：液氨制冷设备 PLC 模拟量控制 触摸屏

中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）11（b）-0058-02

液氨，又称为无水氨，是一种无色液体，工业上广泛使用在大型制冷设备上，具有成本低、制冷效果好、自然环保等优点，据统计以氨作为制冷剂的冷库，占到全国冷库总容量的90%以上。笔者所在地区水产品加工厂众多，大多数使用液氨制冷设备。如何保障制冷系统始终得到适量的制冷剂供给以及制冷系统的压力、液位水平等进行精准的控制与调节，使制冷系统在最经济的工况下运行，传统的控制系统难以完善地解决以上问题。随着自动控制技术的发展，PLC及扩展模块的控制技术的日臻完善，以PLC为核心的自动供水及供氨控制系统，由于系统稳定，通过模拟量的控制，可精确定位水位，另外可以通过设置氨泵的保护时间，以避免出现过多地加注氨的情况；由于系统本身的自动调节功能，不但性能可靠，而且降低综合经营管理费用。

1 控制系统需求分析

接到晨信电气设备有限公司的任务后，通过现场考察，了解到控制系统的需求，主要有如下几方面：（1）供水电磁阀控制系统的进水，根据实际情况自动把水注到冷却塔里：当水位低于生产设置的下限水位，则自动向冷却塔注水；当水位高于生产需要所设置的高水位，则自动停止注水，当超过上下限后如果没有执行相应工作要马上发出报警信号，通知工作人员。（2）冷却塔水位的高低最好能够直观明白，应有百分比显示。让操作人员实时了解当前运行情况。（3）氨泵启动后，压差达到一定值后，要停止供氨。为了安全，当氨泵启动后，在设定时间内压信号还没达到一定值也一样停止工作，并且报警。（4）报警信号要直观显示。

2 系统组成和控制要求

2.1 系统组成

根据以上的需求分析，设计此系统由以下设备组成：以可编程序控制器PLC作为核心部件，起到CPU的作用，并添加模拟量输入及触摸屏器件，控制输出为2台4.5 kW的氨泵、一台5.5 kW的水泵及3台5.5 kW风机。以自动控制为目标通过模拟量水位传感器，将系统处理成半闭环系统。根据系统的输入信号，传给PLC后，经过内部运算，实现半闭环自动调整供水加氨。

2.2 系统控制要求

（1）能精准定位水池的水位；（2）能实时显示水池里面的水量； （3）要有完善的报警功能；（4）对泵的操作要加手动控制功能。

3 设备选型

3.1 PLC选型

PLC选用德国西门子的S7200系列的224CN产品。在此项目中，氨泵1压差信号、氨泵2压差信号以及急停其需要3个输入点，1#水泵、1#风机、2#风机、3#风机、1#氨泵、2#氨泵、进水电磁阀共需PLC的7个输出信号控制。设定水压的上、下限位置以及保护设置、启停信号均由触摸屏进行操作，此系统有10个I/O点。

3.2 触摸屏选型

与S7200的224CPU配合的为西门子触摸屏为SMART系列。SMART700IE是西门子2012年8月全新推出的新一代SMSART LINE触摸屏之一，与以前不同的是现在支持强大的工业以太网以及MODBUS协议。

3.3 模拟量输入输出模块

模拟量输入/输出模块采用西门子EM231，该模块是最常用的模拟量扩展模块，可实现4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。连接控制系统的模拟量过程信号向过程控制系统输出模拟量控制信号。

3.4 水位传感器

安装水池里面的水位传感器，用于实时监测冷水塔的水位，将位置信号转化为4～20 mA的流信号，反馈到西门子EM231进行处理。传感器可以使用开关量的浮球控制器，也可以使用模拟量的水位传感器。该项目采用德国HELM公司的HM21水位传感器。

3.5 压力变送器

控制两个氨泵的压差信号由压力变送器完成，需要选用性能可靠元器件，现采用德国HELM的HM25工业型压力变送器。

4 控制设计

4.1 系统控制原理

合上空气开关，供水系统投入运行。将手动、自动开关打到自动上，QF01合上，系统进入自动运行状态。在触摸上设置上下限百分比及氨泵报警时间后开始运行后，供水电磁阀控制系统的进水，根据实际情况自动把水注到水池上，只要水位低于生产设置的下限水位，则自动向水池注水。只要水位高于生产需要所设置的高水位，则自动停止注水。水池的高低水位信号在触摸屏上根据百分比进行显示，当超过上下限后进水均无反应便传回PLC作为报警。而氨泵启动后，压差达到一定值后，便停止工作。为了安全，当氨泵启动后，在设定时间内压信号还没达到一定值也一样停止工作，并且报警。所有报警均通过触摸屏进行显示。

4.2 系统的触摸屏设计

触摸屏具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点，在与其他人机交换设备相比，触摸屏的操作更为简捷方便。表1为触摸屏与PLC通迅的内部地址。

4.3 系统PLC梯形图程序

程序分为程序1、程序2、程序3及程序4。程序1为主程序，程序2和3为控制程序，对氨泵压差信号进行处理，其中程序3用到了西门子非常实用有效地模拟量运算指令，程序4通过液位传感器送来控制电磁阀的打开和关闭。

5 结语

该系统采用PLC为核心控制，使用方便，工作可靠，系统定位稳定，加氨可靠，具有较好的控制效果。具有较强的实用性，整个系统自动化程度高，故障时可以自动保护并发出报警信号。通过触摸屏控制的页面可随意查看事件。另外，根据不同控制要求和工作要求，程序便于修改，有较大的灵活性和通用性，有一定的推广应用价值。

参考文献

[1]刘美俊.西门子PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]西门子有限公司自动化驱动集团.深入浅出西门子S7-200PLC[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[3]梁耀光，余文.工业控制新技术教程[M].广州：华南理工大学出版社，2014.

[4]西门子Smart 700 IE 使用说明书[S].SIEMENS公司.

[5]王阿根.西门子S7-200 PLC编程实例精解[M].北京：电子工业出版社，2010.