摘要：讨论了利用plc可编程控制器对制冷机进行改造的具体方案和一般步骤，并以一台制冷机的实例介绍了利用西门子公司s7—200系列可编程控制器进行改造的具体过程，阐述了制冷机改造后的应用效果和经济效益。

　　关键词：可编程控制器，制冷机，改造

　　1前言

　　对于许多企事业单位早期购买的制冷机来说，它们的运行情况依然良好。但是，其控制系统过于陈旧，导致操作过程复杂。并且许多仍然是手动运行，制冷机不能及时的针对负荷变化而产生响应，造成大量的电能浪费。同时，由于制冷机工作时噪声很大，操作人员应该在远程对机器进行监控。因此，为了解决上述问题，对旧机器进行改造势在必行，改造既是企业资源的再利用，走持续化发展的需要，也是满足企业新生产工艺，提高经济效益的需要。可是如果采用各公司的专用制冷机控制器，不仅价格昂贵，而且不利于功能的扩展，比如与上位机通讯必须用该公司专用的通讯协议等等，致技术人员不能熟练地解决问题。为此，这里我们提出了一种以西门子s7系列plc为控制核心。上位机采用pc结合工业组态软件来完成状态显示、信息存储、打印输出等功能，自行编程来实现对制冷机的可视化实时监控。

　　2制冷机控制系统的硬件组成

　　下位机采用西门子p忧一224为中央控制器，模拟量输入模块采用西门子em23l，各个温度传感器、压力传感器、三位四通电磁阀门与pijc相连。上位机使用带串行通讯口的pc机，通过一个rs232/485的转换器与plc连接，采用工业组态软件绘制肼i界面，从而实现制冷机的控制。在本实例中，我们采用的组态软件为北京亚控组态王。

　　3系统控制原理

　　3.1制冷机工作原理

　　制冷机主要由四个部分组成：压缩机、冷凝器、节流膨胀阀和蒸发器。压缩机将蒸发器中的过热制冷剂蒸汽吸人，并将其压缩升温至冷凝压力，然后排至冷凝器被冷却。在冷凝器内，高温高压的制冷剂蒸汽被降温冷凝成液体。而在冷凝的过程中，制冷剂蒸汽放出的热量被冷却水带走。之后，制冷剂液体被排出冷凝器，通过节流膨胀阀时，制冷剂压力由冷凝压力降低到蒸发压力。节流膨胀后的制冷剂液体进入蒸发器，在这里制冷剂液体吸收热量蒸发成气体，同时吸收被冷却的物质的热量(这里是冷冻水)，从而实现制冷。

　　3.2控制策略

　　在本系统中，模拟量输入模块负责对制冷压缩机的各参数(排气压力、吸气压力、油压、冷冻水回水温度、冷冻水出水温度、冷却水回水温度、冷却水出水温度)进行采集。这些掺熟中，大量的参数属于测量参考量和安全报警量，只有冷冻水出水温度的控制才是需要闭环控制的重要参数。下面专门就这一掺数的控制原理进行说明。p比一224在应用程序的控制下，通过进行pⅲ运算，计算出输出量，再由删控制将其转化成时间比例脉冲输出量，(即继电器在一个调整周期中的通断比)，从而控制三位四通电磁阀的断续式增载和断续式减载从而控制进入压缩机的制冷剂流量改变制冷量，最终达到到控制制冷机冷冻水出水温度的目的。

　　3.3 plc硬件接线表

　　4软件设计

　　控制系统的软件开发包括下位机pm程序设计和上位机监控界面的开发。plc程序设计与开发是在编程软件step7环境下实现的，主要完成系统工艺的控制要求。

　　4.1 pm控制程序的开发

　　4.1.1 plc的工作原理

　　pm的工作过程可分为建立加映像区、循环扫描。l/o映像区的大小由用户程序确定，对于系统的每一个输入或输出点总有输入或输出映像区的某一位与之对应，plc在执行用户程序时所需要的外部信息取自于l/o映像区，而不直接与外部设备发生关系。i/o映像区的建立，使plc工作时只和有关地址单元内所存信息状态发生关系，系统输出也是只给内存某一地址单元设定一个状态。

　　pm上电后在系统程序的监控下，周而复始地按规定的顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行，用户程序执行、输入/输出信息处理。

　　4.1.2 p比控制程序开发

　　下位机是整个控制系统的核心部分，负责完成所有的控制功能和现场数据采集功能。控制器控制程序编制的好坏，直接影响到控制是否稳定和控制精度，也同时将影响到以后的维护工作。按照制冷机的控制流程(如图1)，将程序分成若干个子程序模块：
 

　　1)数据采集模块：将plc采集的模拟量依次放在vdl000开始的寄存器内

　　2)制冷机保护模块：包含水流保护、高低压保护、油压保护和压缩机绕组温度保护等

　　3)pid运算模块

　　pid控制算法调节输出，以促使偏差倾向于零，使系统达到稳定状态。plc也是周期采样的计算机，须采用离散化的周期采样偏差公式，用数字形式的差分方程代替连续系统的微分方程，则积分项和微分项可用求和及增量式表示：

　　4)pwm输出模块：

　　pwm可输出周期固定但占空比可变的脉冲。以指定频率(周期)启动后，pwm持续输出。脉冲宽度根据所需的控制要求进行变化。占空比可以表示为周期的一个百分比或对应于脉冲宽度的一个时间值。脉冲宽度可以从0%(无脉冲，一直为低电平)变化到100%(无脉冲，一直为高电平)。由于删输出可以从o%变化到100%，在很多情况下，它可以提供一个类似于模拟量输出的数字量输出。例如，删输出可以用于电机从停止到最大速度的控制，或用于阀从关到全开的位置值控制。

　　在本例中，正是用于控制三位四电磁阀的增载和减载线圈的通电和断电的时间比，从而控制带动进汽阀门的液压活塞缸的位置。

　　4.2上位机监控软件开发

　　上位机监控界面采用组态软件进行开发，完成对系统现场数据的采集以及控制流程的实时监控。组态王是一个集成的人机界面(hmi)系统和监控管理系统。它提供各种pm驱动程序，因此使plc与上位机联接变得非常容易。

　　由于监控系统要求覆盖几乎整个控制流程，因此在结构规划时紧紧围绕合理地安排信息反映形式，既要实现所有的功能模块又要保证监控系统的安全可靠运行。根据制冷机控制系统对上位机软件的要求，上位机监控软件主要由登录管理模块、预测模块、监控界面、趋势、报警、报表、数据库、系统帮助等模块组成。

　　5总结

　　经过改造后的制冷机工作情况大大优于改造前，冷冻水出水温度稳定性达到±o.1℃，水温根据负载需求而自动调节。提高了制冷机自动化水平，简化了操作过程。制冷机控制并入了整个楼宇控制网络，操作人员在远程就能进行操作和监控，改善了工作环境。并且让使用单位的旧设备焕发了新春，减少了更换新设备的投资，节约了成本。本应用对旧设备的改造提供了很好的借鉴。

　　6参考文献

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