PLC在剧场中央空调系统时序启停控制中的应用

摘要 本文阐述了如何运用PLC（可编程序控制器）实现对中央戏剧学院剧场中央空调系统时序启停控制的改造性应用，该设计中以时间和温度函数为启停控制依据，使中央空调系统中的远程控制器电源、水泵循环系统、上班开关（制冷压缩机组启停开关）、送风电动机、回风电动机完成自动时序启停。

关键词 中央空调系统；PLC技术；制冷电气控制

中图分类号TB657 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）52-0139-03

本应用的PLC（可编程序控制器）设计是针对我剧场中央空调系统实现的时序启停控制。我剧场系以主要从事教学实习演出和对外文化交流活动为主要职能的戏剧类剧场。该中央空调系统是本世纪初购置安装的FS系列风冷模块式冷热水机组制冷设备（因剧场冬季由单位统一供暖，故无制热功能），其启停控制方式为人工依据该型号设备的操作规范进行手动就地启停控制操作，由于组成中央空调系统的各个设备部分分布在不同的建筑空间内，系统的启停控制操作过程也就由于各个设备的分散性而耗时、费力。因此，运用PLC结构简单、可靠性高、使用方便、易于编程、以及高度应用灵活性的特点，以我剧场中央空调系统的时序启停操作工艺为流程原则，对传统的人工启停操作控制方式进行了改造，从而提高了我剧场中央空调系统各个设备之间启停控制操作的科学性、可靠性。

1 中央空调系统的启停控制要求和特点

中央戏剧学院剧场的中央空调系统主要由制冷机组系统、水泵循环系统、风处理系统组成。制冷机组的启停由远程控制器的上、下班开关控制，水泵的拖动装置为两台15kW三相异步电动机（一备一用），风处理系统由送风设备和回风设备组成，其拖动装置分别为37kW和15kW三相异步电动机（所有三相异步电动机的启动方式皆为由时间继电器自动切换的星角降压启动控制方式）。

1）启动控制要求：（1）开启远程控制器电源（中央空调系统配电柜需处于合闸状态）；（2）等待远程控制器与主机通讯初始化完成并显示水温，开启水泵；（3）水泵启动后，即可将远程控制器上班开关置于上班工作状态；（4）此时压缩机组根据实时水温按固有温度函数关系依次启动；（5）待出水温度降至15℃时，送风电动机启动，向剧场送新风；（6）送风电动机启动后，回风电动机启动，向剧场送混合风；

2）停止控制要求：（1）将远程控制器的上班开关置于下班工作状态；（2）此时压缩机组根据制冷负荷工况依次停止制冷工作状态；（3）停止回风电动机；（4）停止送风电动机；（5）停止水泵循环系统；（6）关闭远程控制器电源；

3）启停控制特点：该中央空调系统各组成部分的启停控制基本以时间和温度函数参量为工艺流程依据，其启停过程需严格按照本型号的设备规范依次操作，以免造成压缩机组控制电路处于频繁的保护报警状态，同时依照该中央空调系统的操作控制工艺规范，水泵循环系统的启停需与制冷压缩机组的启停进行电气连锁，用以实现只有水泵循环系统的运行正常，制冷压缩机组才能启动的系统运行安全保障，若水泵循环系统异常，则制冷压缩机组应优先停止制冷工作。

2 中央空调系统时序启停的PLC控制

2.1 远程控制器继电控制图

图1 原施工设计安装于消防控制室内

KA4：远程控制器电源启动继电器；KA6:上班开关（制冷压缩机组）启动继电器；KM2：用于对制冷压缩机组的安全连锁保护

2.2 泵循环系统电动机、送风电动机、回风电动机继电控制图

图2

因水泵循环系统电动机、送风电动机、回风电动机的继电控制回路相同，在此一并绘出，其中：KA1-KA3：分别为水泵、送风、回风电动机的停止继电器输出。KA5、KA7、KA8：分别为水泵、送风、回风电动机的启动继电器输出。

2.3 分配输入/输出接口

图3

出于对PLC本机输出继电器触点保护和驱动容量可靠的考虑，对PLC本机的驱动输出继电器进行了扩展，图3中KA1-KA8输出继电器型号为：HF18FA/24-2Z1GDJ，线圈电压为DC 24V(内置续流二极管)，温控器为KL-003(-45℃～50℃)型。PLC的工作电源（DC 12V）和扩展输出继电器线圈电压(DC 24V)由外置稳压开关电压供给。

2.4 I/O分配表

2.5 设计梯形图

图4

梯形图设计原理如下：

为便于阐述梯形图原理，将PLC软继电器的逻辑存储动作直观物化为物理继电器的得电、吸合、释放等客观电气机械动作。

PLC处于RUN（运行）状态时， 按下启动按钮SB2，通过输入继电器X002，使输出继电器Y010吸合，驱动远程控制器电源启动继电器KA4吸合，远程控制器得电，且Y010自保持，同时T12延时继电器得电，开始远程控制器的通讯初始化计时，T12延时常开触点45s后（秒表测得的所需通讯初始化时间）闭合，启动输出继电器Y011，驱动水泵电动机启动继电器KA5闭合，通过KA5常开触点，水泵循环系统启动，同时T13延时继电器得电，开始水泵电动机的降压启动计时，T13延时常开触点11S后（星角降压时间继电器整定值）闭合，输出继电器Y012吸合，驱动上班开关（制冷压缩机组）启动继电器KA6吸合,待出水温度降至15℃后，温控器常开触点KA闭合（Y010常开触点已闭合），通过输入继电器X001使辅助继电器M2吸合，且M2自保持，同时另一M2常开触点闭合，输出继电器Y013吸合，驱动送风电动机启动继电器KA7吸合，通过KA7常开触点，送风电动机启动，且T14延时继电器吸合，开始对送风电动机降压启动计时，T14延时常开触点16S后（送风电动机星角降压时间继电器整定值）闭合，输出继电器Y014吸合，驱动回风电动机启动继电器KA8吸合，通过KA8常开触点，回风电动机起动。当Y011、Y013、Y014输出继电器依次完成启动吸合后，使T11延时继电器吸合，且通过辅助继电器M1自保持（Y010常开触点已闭合），T11延时常闭触点11S后（回风电动机星角降压时间继电器整定值）断开，此时Y011、Y013、Y014输出继电器释放，使得KA5、KA7、KA8驱动继电器断电释放，为系统的时序计时停止做准备。

按下停止按钮SB1,通过输入继电器X000（Y010常开触点仍在闭合中）,辅助继电器M0得电吸合，且自保持，M0常开触点分别使T15、T16、T17、T18、T19延时继电器吸合，T17延时常闭触点1S后断开，输出继电器Y012释放，驱动上班开关继电器KA6释放（制冷压缩机组依次停止），T19延时常开触点10S后闭合，输出继电器Y002吸合，驱动回风电动机停止继电器KA3吸合，通过KA3常闭触点，回风电动机停止，T18延时常开触点20S后闭合，输出继电器Y001吸合，驱动送风电动机停止继电器KA2吸合，通过KA2常闭触点，送风电动机停止，T16延时常开触点60S后闭合，输出继电器Y000吸合，驱动水泵电动机停止继电器KA1吸合，通过KA1常闭触点，水泵循环停止，T15延时常闭触点70S后断开，输出继电器Y010释放，常开触点Y010断开，驱动远程控制器电源控制继电器KA4释放,远程控制器关闭， T15、T16、T17、T18、T19延时继电器释放，同时由于常开触点Y010断开，使得辅助继电器M0、M1、M2释放，为再次时序计时启动做准备。

2.6 调试和安装

1）调试前的准备阶段。（1）用秒表计量的方式认真测算所需时序启停的具体实际时间间隔；（2）电动机启动时间以星角降压启动器的时间继电器实际整定值为准；

2）梯形图的具体调试阶段。梯形图具体调试阶段的前提应首先对本设计中所应用的PLC有一定的掌握，其中包括一些编制梯形图的基本原则与技巧，然后方可进行具体调试：（1）连接COM通讯串口线，将梯形图上传至PLC中；（2）对于某些输入信号可以选取一些动作形式相仿的元件模拟连接；（3）充分运用编程软件的监控与测试功能查看梯形图逻辑动作流向；（4）仔细记录各个输出驱动继电器的动作顺序和时序间隔；（5）具体调试时应遵循从实现基本功能的程序语句行开始，逐步以模块方式细化的办法进行调试，以利于定位和处理在调试中的异常情况；

3）安装。安装的提前条件为：（1）标记出风机处理系统电动机启动控制器的两地控制预留端子号；（2）标记出水泵循环系统电动机启动控制器的两地控制预留端子号；（3）处理好备用水泵循环电动机的两地控制端子，使之能可靠切换；（4）处理好温度控制器在制冷压缩机组电气控制箱中的位置；（5）标记出温度控制器的输出触点（KA）以及完成温度值的预设工作；（6）将PLC安装于消防控制室中，与中央空调系统的远程控制器相邻。；（7）对远程控制器的电源和上班开关部分进行局部线路改造，如图1；（8）将水泵电动机、送风电动机、回风电动机的热保护继电器设置为手动复位。

安装前提条件就绪后，按照统筹兼顾的原则进行相应的所需预埋线路敷设施工，遵循电气线路图的设计进行相关线路的连接。最后将PLC连入中央空调系统设备中，通过试运行无异常后，方可投入使用。

3 关于PLC在中央空调系统时序启停控制应用的说明和体会

3.1 有关PLC在中央空调系统时序启停控制应用的说明

该设计由于主要侧重点位于中央空调系统的时序启停控制，只是完成了对不同设备依照操作规范的依次时序自动启停控制，因此保留了风机系统和水泵循环系统原有的继电器接触器控制方式，将KA1、KA2、KA3驱动继电器的常闭触点分别串接入相应的设备二次继电控制回路中，将KA5、KA7、KA8驱动继电器的常开触点分别并接入相应设备二次继电控制的启动按钮回路中，用以实现对中央空调系统各个设备的两地控制。另外，之所以使用KA1-KA3驱动继电器的常闭触点作为串联停止信号，是出于当PLC无论是处于RUN（运行）还是STOP（停止）状态，风机系统和水泵循环系统都可以完成就地的启动与停止操作。最后，是关于制冷压缩机组和水泵循环系统的运行安全连锁处理方面，在本设计中需将水泵循环系统电动机的运行接触器KM2的辅助常开触点串接入上班开关（KA6）回路，使其一旦水泵循环系统电动机因异常状况停转后能够使得压缩机制冷机组停止运行，保障了在第一时间内将上班开关置于下班状态，避免由于失去水泵循环运行后制冷压缩机组的故障报警，从而起到了针对此类型设备所必须的安全连锁保护作用。

3.2 有关PLC在中央空调系统时序启停控制应用的体会

通过本次运用PLC对我剧场中央空调系统时序启停控制的初步应用，从中对如何使设备的智能、可靠、高效的控制与运行都有了较为深刻的认识和理解，对PLC的基本应用和梯形图设计也有了一定程度的掌握和心得，这些不断积累起来的思路与体会必将使得在以后的实际工作中，对于把握和处理具体问题都将受益匪浅。

4 结论

此次PLC的应用设计只是针对我剧场中央空调系统的时序启停控制，由于设计应用之初中央空调系统尚在售后服务期内和所需上报预算资金的考虑，并未涉及对水泵循环系统、送风系统、回风系统的电动机星角降压启动继电器接触器控制方式的PLC设计，若以PLC的高度灵活性对中央空调系统的各个运行设备的时序启停运行方式、系统保护、数据反馈和显示、乃至故障诊断进行综合性的统筹和整合，据此形成一个因地制宜的人机高功效系统运行信息管理与控制平台，这才是PLC在中央空调系统领域应用的最终目的。

参考文献

[1]电工技师手册编辑委员会.电工技师手册[M].1版.机械工业出版社，1997.

[2]国家职业资格培训委员会.维修电工[M].1版.机械工业出版社，2008.

[3]卫宏毅.制冷空调设备电气与控制[M].1版.广东科技出版社，1998.