《基于PLC的制冷設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》8200字（論文）

PAGEPAGE2基于PLC的制冷設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄摘要 11緒論 21.1課題研究的目的及意義 21.2課題研究的內(nèi)容及思路 22制冷系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 22.1制冷設(shè)備簡介 22.2制冷循環(huán)系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì) 32.3主要電器元件的介紹與選型 42.3.1系統(tǒng)可編程控制器介紹與選型 42.3.2溫度傳感器介紹與選型 52.3.3電動(dòng)調(diào)節(jié)閥介紹 63制冷循環(huán)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 63.1系統(tǒng)制冷設(shè)備主電路圖設(shè)計(jì) 63.2制冷控制系統(tǒng)的I\O接線分配 74制冷循環(huán)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 84.1控制系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì) 84.1.1系統(tǒng)開啟流程 84.1.2系統(tǒng)關(guān)閉流程 94.1.3PID閉環(huán)溫度控制流程設(shè)計(jì) 104.2制冷系統(tǒng)控制程序的設(shè)計(jì) 115制冷循環(huán)系統(tǒng)的調(diào)試與仿真 16總結(jié) 20展望 20參考文獻(xiàn) 200摘要：在制冷設(shè)備的運(yùn)行控制中，利用可編程控制器，完成該制冷系統(tǒng)的啟動(dòng)運(yùn)行以及溫度控制等功能。各種形式制冷系統(tǒng)主要依賴各種狀態(tài)成分不同制冷劑在該系統(tǒng)中連續(xù)循環(huán)，每個(gè)制冷機(jī)組有效處理制冷劑各種狀態(tài)變化，通過制冷劑的散熱達(dá)到不斷冷卻冷庫并保持低溫的效果。為了改善傳統(tǒng)制冷設(shè)備中機(jī)器經(jīng)常啟停，損耗耗能量嚴(yán)重，運(yùn)行過程繁瑣的缺點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中采用PID控制（比例-微分-積分控制）來完成對(duì)溫度的精準(zhǔn)把控。極大地降低了人工控溫難度，避免了各制冷單元的經(jīng)常啟停。對(duì)于該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先需要了解制冷行業(yè)大型設(shè)備的基本原理，并進(jìn)行總體思路設(shè)計(jì)，電氣硬件選型，主電路圖設(shè)計(jì)，軟件程序設(shè)計(jì)等。工藝主要采用西門子S7-1200可編程控制器完成信號(hào)輸入、處理以及控制指令的輸出。通過仿真調(diào)試，不斷修繕改進(jìn)，完成該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能需求。關(guān)鍵詞：制冷；PLC；自動(dòng)控制系統(tǒng)1緒論1.1課題研究的目的及意義由于生活日益改善，人們對(duì)食品更新能力的需求也愈來愈高，很多距離較遠(yuǎn)的運(yùn)輸為了保持果蔬、海鮮、乳制品等特殊食材的新鮮度，經(jīng)常在運(yùn)輸工具中自帶制冷設(shè)備，保持低溫。當(dāng)然，為了保證食品盡可能的不被浪費(fèi)，很多容易腐敗的食物也會(huì)被送入低溫環(huán)境中保存。不僅是食品，在生產(chǎn)生活總，許多特殊藥品、特殊材料也需要低溫保存。因此，對(duì)于制冷系統(tǒng)的研究與改善顯得尤為重要。在過去常見冷庫中，大多采用人力來操作和處理各種狀態(tài)下的制冷劑，達(dá)到制冷效果。并只能通過壓力信號(hào)開啟不同數(shù)量壓縮機(jī)的方式控制控制溫度。為了更方便制冷系統(tǒng)的啟停，更精準(zhǔn)的控制冷庫中的溫度，本設(shè)計(jì)使用可編程控制器處理開停或限制溫度信號(hào)，完成信號(hào)在各單元中的傳輸，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作過程。在極大改善控制流程的基礎(chǔ)上加強(qiáng)應(yīng)對(duì)不同環(huán)境，不同制冷劑的溫控需求。1.2課題研究的內(nèi)容及思路在完整的制冷系統(tǒng)中，包含壓縮機(jī)組、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)機(jī)等制冷及電氣設(shè)備。利用PLC控制制冷機(jī)組的啟停，并根據(jù)制冷劑過熱度調(diào)整制冷劑流量，使冷庫內(nèi)溫度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。由于制冷機(jī)組為循環(huán)機(jī)組，在啟停過程中，為了保護(hù)機(jī)組中的設(shè)備，要注意各種制冷設(shè)備的啟停順序，避免減少機(jī)組壽命。按照設(shè)計(jì)方案的基本內(nèi)容，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容方案包括：了解各種制冷設(shè)備的基本原理，充分理解制冷設(shè)備的作用及制冷流程，確定相應(yīng)的方案流程。對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，繪制相應(yīng)的系統(tǒng)模型圖。完成對(duì)可編程控制器以及溫度傳感器的選型。完成地址分配及電路圖的繪制。對(duì)該系統(tǒng)的軟件程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)控制要求完成梯形圖與流程圖，并通過仿真測試該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。2制冷系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1制冷設(shè)備簡介壓縮機(jī)壓縮機(jī)是整個(gè)制冷系統(tǒng)的核心部分。壓縮機(jī)將來自蒸發(fā)冷風(fēng)機(jī)的過熱氣體通過電機(jī)所帶動(dòng)的活塞對(duì)其進(jìn)行壓縮，之后由排氣管排出高溫高壓的蒸汽并將氣體輸送給冷凝器，進(jìn)而為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力。制冷機(jī)組由壓縮機(jī)為機(jī)組輸送電能，將整個(gè)系統(tǒng)中的熱量排出。工業(yè)行業(yè)常用的壓縮機(jī)分為轉(zhuǎn)子式、離心式等多種類型。大多情況下，一個(gè)完整的制冷系統(tǒng)中，不會(huì)只有一臺(tái)壓縮機(jī)。在實(shí)際設(shè)備生產(chǎn)中，可以根據(jù)不同需求調(diào)整數(shù)量，但配備的壓縮機(jī)所能達(dá)到的制冷量必須滿足環(huán)境需求，也就是應(yīng)該滿足蒸發(fā)冷風(fēng)機(jī)中的負(fù)荷量。當(dāng)然，壓縮機(jī)類型的選擇必須滿足產(chǎn)品所需要的制冷劑類型，根據(jù)壓力比大小，盡可能的提高輸氣及壓縮效率。冷凝器冷凝器本質(zhì)上屬于一種換熱器，是大多制冷系統(tǒng)常用的主要換熱設(shè)備，一般情況下為排管形式。能夠?qū)怏w中的熱量擴(kuò)散到管子周圍的空氣中，進(jìn)而冷卻為液態(tài)。由于冷凝器為了擴(kuò)大散熱面積，存在著大量的管道空間，因此在制冷系統(tǒng)中，冷凝器同樣是很好的儲(chǔ)存空間。在制冷系統(tǒng)停止時(shí)，絕大多數(shù)制冷劑回到冷凝器的排管中。再設(shè)計(jì)循環(huán)系統(tǒng)時(shí)，要注意盡可能的將制冷劑排回冷凝器中。不僅可以保護(hù)其他電機(jī)類設(shè)備不受損害，還能在系統(tǒng)停止運(yùn)作時(shí)將大量制冷劑液化。方便再次開啟系統(tǒng)時(shí)，制冷劑進(jìn)入下一單元時(shí)迅速開始工作。節(jié)流閥節(jié)流閥屬于一種電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。通過突然減小流動(dòng)截面積的方式，縮小從冷凝器中流出的液體壓力，使其進(jìn)入下一個(gè)單元中能更加充分的吸收熱量。調(diào)節(jié)閥可以根據(jù)冷風(fēng)及的具體負(fù)荷調(diào)整開度，進(jìn)而完成對(duì)溫度的把控。蒸發(fā)器蒸發(fā)器為制冷系統(tǒng)中的主要工作單元。蒸發(fā)器中的制冷劑吸收冷庫內(nèi)溫度，將熱量轉(zhuǎn)移到液態(tài)制冷劑中使制冷劑氣化排出。作為對(duì)冷庫內(nèi)存放的物品產(chǎn)生冷效應(yīng)的主要設(shè)備，為了滿足不同物品所需要的各種溫度環(huán)境，蒸發(fā)單元常見設(shè)備主要分為冷風(fēng)機(jī)式和排管式。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，盡使用并滿足蒸發(fā)冷風(fēng)機(jī)的制冷的情況。2.2制冷循環(huán)系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)各種制冷設(shè)備的具體功能，設(shè)計(jì)出如下圖2.1的制冷系統(tǒng)流程圖：圖2.1制冷循環(huán)系統(tǒng)簡易模型節(jié)流閥2-冷凝器3-蒸發(fā)冷風(fēng)機(jī)4-過熱溫度傳感器5-一號(hào)壓縮機(jī)6-一號(hào)壓縮機(jī)進(jìn)氣閥二號(hào)壓縮機(jī)8-二號(hào)壓縮機(jī)進(jìn)氣閥箭頭方向?yàn)橹评鋭┝鲃?dòng)方向制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)冷風(fēng)設(shè)備中，吸收冷庫內(nèi)溫度，完成對(duì)冷庫以及庫內(nèi)儲(chǔ)存的商品的降溫作用，此時(shí)制冷劑由于吸收庫內(nèi)溫度變成高溫低壓氣體，在壓縮機(jī)中電動(dòng)泵供應(yīng)的電能動(dòng)力下經(jīng)進(jìn)氣閥進(jìn)入壓縮機(jī)中，在壓縮機(jī)機(jī)組轉(zhuǎn)子活塞的作用下變?yōu)楦邷馗邏簹怏w，排入冷凝器中，經(jīng)冷凝器與外界溫度交換冷卻液化為低溫高壓液體。液態(tài)制冷劑經(jīng)節(jié)流電子閥門轉(zhuǎn)化成低溫低壓的液體狀態(tài)，最后重新進(jìn)入蒸發(fā)器工作。至此，制冷劑在系統(tǒng)中的循環(huán)與制冷工作完成。在現(xiàn)代工業(yè)低溫環(huán)境生產(chǎn)、產(chǎn)品低溫保持中，大到大型冷庫、冷凍生產(chǎn)鏈，小到家用制冷設(shè)備、小型商用低溫儲(chǔ)存設(shè)備，都可以使用類似以上的制冷循環(huán)系統(tǒng)。不僅可以使各種制作復(fù)雜且昂貴的制冷劑得到充分利用，還能極大的提高對(duì)庫內(nèi)溫度降低的效率，方便嚴(yán)格的把控不同環(huán)境情況所需要的溫度條件。綜合以上系統(tǒng)搭建情況，為了更好的發(fā)揮系統(tǒng)便利因素，再設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，會(huì)盡可能的利用可編程控制系統(tǒng)信號(hào)傳遞，將各種制冷單元的啟停步驟簡化。同樣為了擴(kuò)大同一制冷系統(tǒng)的適用范圍，將根據(jù)所需控制的不同溫度設(shè)定值，利用控制器的特殊程序模塊，根據(jù)溫度變化，控制開啟不同數(shù)量的設(shè)備，避免耗能過大且溫控范圍過大造成不便。為了更加精準(zhǔn)的控制冷庫內(nèi)的溫度，在利用不同數(shù)量壓縮機(jī)開關(guān)來大幅度控制溫度的同時(shí)，本系統(tǒng)在設(shè)時(shí)將采用PID指令，對(duì)溫度模擬量控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。由于一般冷庫的庫內(nèi)溫度與從蒸發(fā)器元件中排出的制冷氣體溫度存在著一定關(guān)聯(lián)。利用制冷劑溫度的動(dòng)態(tài)變化，控制調(diào)節(jié)制冷元件，完成對(duì)庫內(nèi)溫度的把控。2.3主要電器元件的介紹及選型2.3.1系統(tǒng)可編程控制器介紹及選型可編程控制器是一種將傳統(tǒng)的電氣控制技術(shù)原理與計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出來的新型工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)備。與常見的由繼電器控制的電路不同，PLC電路中不需要逐根接線，大部分的通訊內(nèi)容都由軟件完成，而改變接線也就是通訊流程的步驟會(huì)用改編程序來完成。使用繼電器控制，電路中只需要連接相應(yīng)的繼電器，但PLC控制則必須配置相關(guān)程序，能夠完成傳統(tǒng)方式中不能完成的更復(fù)雜的控制步驟?？删幊炭刂破髦械妮斎肽K負(fù)責(zé)接收信號(hào)傳輸裝置傳出的信號(hào)并將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央信號(hào)處理器能處理的信號(hào)。中央處理器中包含CPU和存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器中保存著控制系統(tǒng)的程序，CPU則按照編號(hào)的程序逐一對(duì)程序進(jìn)行執(zhí)行，運(yùn)行控制結(jié)果后輸出給輸出單元傳遞出去。為了方便復(fù)雜程序的使用，PLC可以通過輸入/輸出(I/O)接口連接數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸出模塊等擴(kuò)展模塊。圖2.2典型PLC模塊的組成及傳輸本設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用西門子公司設(shè)計(jì)，在小型工業(yè)電路系統(tǒng)中常用的S7-1200小型PLC。該型號(hào)PLC具備可編程控制器的基本功能，能夠滿足本制冷系統(tǒng)控制需用的比較指令、控制器指令、PID閉環(huán)控制系統(tǒng)等重要指令模塊。即使在大多數(shù)較復(fù)雜的制冷系統(tǒng)中，因?yàn)槠淠軌驍U(kuò)展的信號(hào)模塊較少，不會(huì)選擇使用S7-1200之類的小型控制器，但對(duì)于本設(shè)計(jì)的簡單制冷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)完全足夠。圖2.3S7-1200可編程控制器2.3.2溫度傳感器的介紹與選型溫度傳感器最早是為了溫度測量儀表所設(shè)計(jì)的溫度感知和溫度信號(hào)傳輸裝置。分為接觸式和非接觸式兩種不同的測量方法。使用的電子元件可以是電阻或熱電偶?，F(xiàn)代工業(yè)中只要涉及溫度的控制及信號(hào)處理，都離不開溫度傳感器的使用。制冷系統(tǒng)中，冷庫內(nèi)處理溫度信號(hào)的溫度傳感器利用了金屬、液體、氣體本身特有的，受溫度變化影響會(huì)膨脹收縮的特性進(jìn)行信號(hào)傳遞。其原件工作原理類似于熱敏電阻，金屬大多采用對(duì)溫度較為敏感的材料并根據(jù)惠斯通電橋進(jìn)行電路搭建。本系統(tǒng)選型將使用國產(chǎn)STT-C2-A1B6C30D1M8E3PAT3S0熱電阻溫度變送器。該型號(hào)溫度傳感器利用電阻信號(hào)進(jìn)行傳輸，可測溫度范圍為-50~600度。能夠基本滿足中小型制冷循環(huán)系統(tǒng)控制的工作要求。其供電電源為12V36VDC（供電電壓）。圖2.4STT-C2-A1B6C30D1M8E3PAT3S0溫度傳感器2.3.3電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的介紹在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中電動(dòng)調(diào)節(jié)閥時(shí)控制溫度的重要執(zhí)行儀表原件。控制溫度與壓力等變動(dòng)信號(hào)時(shí)，也經(jīng)常會(huì)用到氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，電力控制的調(diào)節(jié)閥與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥相比，不需要配置氣動(dòng)管路和氣泵等復(fù)雜的外部結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)中自帶能夠接受傳導(dǎo)信號(hào)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和根據(jù)信號(hào)自由調(diào)整開度的控制閥。市面上這種裝置大多都能根據(jù)線性、百分比、拋物線三種流量特性針對(duì)不同形式信號(hào)進(jìn)行控制。制冷裝置中常用的電動(dòng)節(jié)流閥就是一種見的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，由于節(jié)流閥常用于制冷溫控系統(tǒng)中，因此其結(jié)構(gòu)中自帶溫控器，根據(jù)不同的溫度模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在選擇類型時(shí)必須滿足蒸發(fā)單元的基本最大負(fù)荷，以完成其對(duì)制冷劑降壓控溫的作用。3制冷循環(huán)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)制冷設(shè)備主電路圖設(shè)計(jì)根據(jù)制冷原理設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)模型以及主要制冷設(shè)備的選擇運(yùn)作方式，設(shè)計(jì)所有制冷單元的供電連接方式，充分考慮所有設(shè)備的運(yùn)作方式、接電特性以及需要注意電路安全保護(hù)的具體事項(xiàng)原則。本系統(tǒng)為了更好地滿足多種制冷條件環(huán)境不同原料需求，考慮了多臺(tái)壓縮機(jī)的使用，更大程度范圍的控制溫度。實(shí)際運(yùn)用生產(chǎn)提供中，可以自由調(diào)整接線的壓縮機(jī)個(gè)數(shù)。設(shè)計(jì)電路滿足大型設(shè)備三項(xiàng)接電原則，由于循環(huán)系統(tǒng)的基本特性是設(shè)備共同運(yùn)作，幾乎同時(shí)啟動(dòng)以提高效率，因此設(shè)置了一個(gè)三項(xiàng)總斷路器QF。保證制冷設(shè)備系統(tǒng)幾乎同時(shí)運(yùn)行或斷開供電。制冷設(shè)備中壓縮機(jī)、蒸發(fā)冷風(fēng)機(jī)都屬于大型電動(dòng)機(jī)，為了避免這類大型電動(dòng)機(jī)在制冷系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)會(huì)因電流過大，導(dǎo)致電機(jī)燒毀，每個(gè)設(shè)備在接入電路時(shí)連接了保險(xiǎn)絲（FU1~3)保證在電流流過電機(jī)設(shè)備過大時(shí)避免被燒毀。同樣為了保護(hù)壓縮機(jī)、冷風(fēng)機(jī)不會(huì)在電機(jī)過熱時(shí)發(fā)生故障，采用熱繼電器進(jìn)行電路保護(hù)，方便系統(tǒng)設(shè)備故障顯示。電路中的交流接觸器（KM1、3、4）一般起到接通關(guān)斷和保護(hù)作用，能夠接受信號(hào)滿足設(shè)備設(shè)備頻繁通斷。除了以上電機(jī)類設(shè)備，制冷系統(tǒng)中冷卻液化制冷劑的冷凝單元一般不受制冷循環(huán)系統(tǒng)總體連接系統(tǒng)控制，即使系統(tǒng)停止制冷只要在整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)排出制冷劑整改或進(jìn)行維修，冷凝器都需要一直供電保證制冷劑處于固定的液體狀態(tài)，方便再次開啟制冷。因此，冷凝單元需單獨(dú)供電，不在控制系統(tǒng)電路中出現(xiàn)。系統(tǒng)控制電路圖2.1。圖3.1制冷系統(tǒng)控制主電路圖3.2制冷控制系統(tǒng)的I\O接線分配根據(jù)制冷控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能步驟和所選用的S7-1200型可編程控制器所具備的通訊特點(diǎn)進(jìn)行輸入輸出點(diǎn)的分配。根據(jù)本方案制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，輸入信號(hào)有系統(tǒng)啟動(dòng)、系統(tǒng)停止、故障急停以及庫內(nèi)溫度、從蒸發(fā)冷風(fēng)機(jī)吹出的氣態(tài)制冷劑溫度兩種模擬信號(hào)。輸出信號(hào)有1#壓縮機(jī)及其對(duì)應(yīng)閥門開啟停止關(guān)閉、2#壓縮機(jī)及其對(duì)應(yīng)閥門開啟停止關(guān)閉、蒸發(fā)單元冷風(fēng)機(jī)的開停以及配備的運(yùn)行指示。此外，由于節(jié)流降壓單元選用的閥門是一種比例調(diào)節(jié)閥，對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)為模擬量輸出信號(hào)。根據(jù)以上設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)出如下表3.1的I\O地址分配表。表3.1IO分配輸入名稱符號(hào)輸出名稱符號(hào)I0.0啟動(dòng)按鈕SB1Q0.0運(yùn)行指示燈HL1I0.1停止按鈕SB2Q0.11#壓縮機(jī)進(jìn)氣閥YV1I0.2急停按鈕SB3Q0.22#壓縮機(jī)進(jìn)氣閥YV2I0.3Q0.31#壓縮機(jī)啟動(dòng)KM1I0.4Q0.42#壓縮機(jī)啟動(dòng)KM2I0.5Q0.5冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)KM3I0.6Q0.6I0.7Q0.7I1.0Q1.0I1.1Q1.1I1.2I1.3I1.4I1.5AIW96庫內(nèi)溫度QW96電動(dòng)比例閥AIW98過熱溫度傳感器4制冷循環(huán)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1控制系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)4.1.1系統(tǒng)開啟流程正常生產(chǎn)使用中一個(gè)完整的制冷系統(tǒng)應(yīng)包含諸多單元，在開啟使用使其發(fā)揮功效時(shí)，必須遵循設(shè)備使用原理、單元必要功效以及整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況。本設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，壓縮機(jī)作為主要?jiǎng)恿碓词紫乳_啟，在管路設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免未開啟的壓縮機(jī)接觸制冷劑，使制冷劑更好地分流更大程度的利用，在每個(gè)壓縮機(jī)進(jìn)氣管放置了開關(guān)閥門，開啟系統(tǒng)時(shí)隨對(duì)應(yīng)壓縮機(jī)一同開啟。隨后節(jié)流單元開始工作使儲(chǔ)存在冷凝器中的大量制冷劑降低其液體壓力，之后蒸發(fā)冷風(fēng)機(jī)開啟，制冷劑進(jìn)入冷風(fēng)機(jī)為庫內(nèi)散熱，至此制冷系統(tǒng)初步工作完成。本系統(tǒng)在冷庫內(nèi)設(shè)計(jì)放置庫內(nèi)溫度當(dāng)制冷單元都開始正常運(yùn)作后，判斷當(dāng)前開啟的壓縮機(jī)數(shù)量是否滿足當(dāng)前制冷溫度控制需要。如果滿足條件則開啟PID閉環(huán)溫控對(duì)溫度進(jìn)行進(jìn)一步精準(zhǔn)控制，如果不能則開啟另一臺(tái)壓縮機(jī)及其對(duì)應(yīng)進(jìn)氣閥，之后再進(jìn)行閉環(huán)溫度控制，最終使整個(gè)系統(tǒng)正常工作精準(zhǔn)控溫。圖4.1制冷循環(huán)系統(tǒng)開啟流程圖4.1.2系統(tǒng)關(guān)閉流程同系統(tǒng)開啟運(yùn)行相似，關(guān)閉系統(tǒng)也必須根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)按順序逐一延時(shí)關(guān)閉。由于PID閉環(huán)溫度控制的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與制冷降壓單元所用器件為同一個(gè)，因此在關(guān)閉系統(tǒng)時(shí)要先停止PID溫度對(duì)節(jié)流閥的控制，再將節(jié)流閥全部關(guān)閉防止制冷劑繼續(xù)進(jìn)入冷風(fēng)機(jī)制冷。此外，處于對(duì)壓縮單元壓縮機(jī)的保護(hù)作用，系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)必須保證從節(jié)流閥排入蒸發(fā)冷風(fēng)機(jī)的液態(tài)制冷劑充分蒸發(fā)。因此，針對(duì)不同制冷劑，蒸發(fā)單元的延時(shí)關(guān)閉時(shí)間要進(jìn)行嚴(yán)格把控，以確保不會(huì)有過量液體排入壓縮機(jī)中。最后在壓縮機(jī)動(dòng)力的作用下，制冷劑排回冷凝器中進(jìn)行液化并儲(chǔ)存，方便下一次工作時(shí)制冷劑的繼續(xù)使用。至此，系統(tǒng)停止，但在所有制冷單元中，冷凝器始終保持通電狀態(tài)維持制冷劑的液體狀態(tài)，不需要進(jìn)行控制。圖4.2制冷系統(tǒng)關(guān)閉順序流程圖4.1.3PID閉環(huán)溫度控制流程設(shè)計(jì)通常情況下有一個(gè)自變量控制另一個(gè)變量的控制方式稱為開環(huán)控制。但有些特定情況下，得到的因變量同樣可以反過來控制影響因變量，形成雙向閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中溫度、壓力等模擬量在工業(yè)中都常用閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控制。由于在使用同一種類同一劑量制冷劑時(shí)，可以通過增大制冷劑流量增大密度吸收更多熱量，因此可以通過為制冷劑加壓方式降低庫溫。但制冷系統(tǒng)中制冷劑不能密度過大，一旦超出一定范圍過于黏稠就會(huì)對(duì)制冷設(shè)備造成損壞。為了更好地控制制冷溫度變換，滿足各種環(huán)境需要更精準(zhǔn)的控制，本系統(tǒng)采用閥門開啟降壓制冷劑吸收溫度制冷，同時(shí)溫度變化可以反過來控制調(diào)節(jié)制冷節(jié)流閥開度，使庫溫在由于外部環(huán)境情況改變，增減貨品不斷開關(guān)導(dǎo)致溫度變化時(shí)，制冷劑增加在蒸發(fā)冷風(fēng)機(jī)中的流量使溫度大幅下降上升，保持庫溫。在設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)并沒有直接利用測量傳遞庫內(nèi)溫度信號(hào)對(duì)節(jié)流閥提出指令，而是在循環(huán)管道中增加了另一個(gè)溫度傳感器，用于測量從蒸發(fā)冷風(fēng)機(jī)排出的氣體制冷劑溫度并傳遞信號(hào)。因?yàn)檫@時(shí)的制冷化學(xué)物品溫度與庫溫存在一定關(guān)聯(lián)，制冷劑溫度越高說明排入的制冷劑量不足，散熱不夠庫內(nèi)溫度越高，可以通過對(duì)制冷劑特性的了解找到兩者之間的聯(lián)系實(shí)現(xiàn)溫控。這種看似繁瑣有病不直接的方式，是為了能夠滿足現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)中系統(tǒng)為了保護(hù)設(shè)備安全對(duì)過熱度控制的研究?？刂七@種模式使用最多的就是P(比例）I（積分）D（微分）控制。本設(shè)計(jì)使用S7-1200自帶的PID_Compact指令對(duì)閉環(huán)制冷溫控系統(tǒng)進(jìn)行控制。如下圖所示，系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)明確的溫控值。當(dāng)庫內(nèi)溫度隨環(huán)境或人為因素變化時(shí)，從蒸發(fā)冷風(fēng)機(jī)中排出的氣體制冷劑溫度發(fā)生變化，過熱度傳感器將溫度信號(hào)傳遞給可編程控制器。在PLC中A-D轉(zhuǎn)換器將模擬量溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字量形式，再由CPU進(jìn)一步將該數(shù)字信號(hào)與設(shè)定好的溫度進(jìn)行比較得到一個(gè)差值，PID指令則根據(jù)差值和設(shè)定好的自變量與因變量的關(guān)系公式，輸出一個(gè)需要調(diào)節(jié)閥開度多少的數(shù)字變量值，最后經(jīng)過D-A轉(zhuǎn)換器將信號(hào)處理為電壓或電流模擬量值隨后輸出，輸出信號(hào)給節(jié)流閥后，節(jié)流閥根據(jù)指令調(diào)整開度影響庫內(nèi)溫度變化完成對(duì)溫度的把控。圖4.3PID閉環(huán)制冷溫度控制流程4.2制冷系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行程序，分為啟動(dòng)停止急停三個(gè)動(dòng)作，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行順序分好開關(guān)步驟。其中啟動(dòng)運(yùn)行七步，停止四步。如下圖4.4、4.5、4.6。圖4.4圖4.5運(yùn)行停止梯形圖圖4.6運(yùn)行開始梯形圖冷庫內(nèi)溫度、制冷劑過熱度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序指令。中間值傳給PID模塊和溫度比較程序。如下圖4.7、4.8。圖4.7庫溫信號(hào)轉(zhuǎn)換指令圖4.8制冷劑過熱度信號(hào)轉(zhuǎn)換指令系統(tǒng)壓縮機(jī)及其對(duì)應(yīng)閥門均采用延時(shí)開啟，程序中添加延時(shí)模塊如圖4.9、圖4.10所示，間隔一段時(shí)間后開啟下一步驟。圖4.91#壓縮機(jī)閥門開啟程序圖4.101#壓縮機(jī)開啟程序系統(tǒng)初步調(diào)試時(shí)要求節(jié)流閥全部打開，達(dá)到最大開度后同樣延時(shí)進(jìn)行下一步驟。如圖4.11所示，利用MOVE模塊。最后一步如圖4.12開啟蒸發(fā)冷風(fēng)機(jī)。圖4.11節(jié)流閥開啟程序圖4.12蒸發(fā)冷風(fēng)機(jī)開啟程序開啟第五步需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試判斷，是否達(dá)到溫度設(shè)定值后進(jìn)行下一步控制。若達(dá)到則開啟PID溫控程序，若沒有則打開第六步開啟另一個(gè)壓縮機(jī)及其對(duì)應(yīng)閥門。圖4.13PID及其運(yùn)行指令程序圖4.142#壓縮機(jī)閥門開啟程序圖4.152#壓縮機(jī)開啟程序停止步驟與開啟相同，都要加入延時(shí)模塊，根據(jù)順序流程原理依次關(guān)閉。圖4.16節(jié)流閥關(guān)閉程序圖4.17蒸發(fā)冷風(fēng)機(jī)關(guān)閉程序圖4.181#2#壓縮機(jī)閥門關(guān)閉程序圖4.191#2#壓縮機(jī)關(guān)閉程序圖4.20制冷系統(tǒng)急停程序5制冷循環(huán)系統(tǒng)的調(diào)試與仿真為了更方便監(jiān)控制冷庫內(nèi)現(xiàn)場情況設(shè)計(jì)了HMI，方便指示程序運(yùn)行制冷步驟的完成以及實(shí)際溫度的監(jiān)控。方便對(duì)需要控制的溫度值進(jìn)行設(shè)定。圖5.1系統(tǒng)開停指令程序運(yùn)行圖5.2系統(tǒng)兩臺(tái)壓縮機(jī)同時(shí)運(yùn)行圖5.3系統(tǒng)溫度達(dá)標(biāo)一臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行圖5.4系統(tǒng)急停指令程序運(yùn)行PID程序模塊運(yùn)行時(shí)由于不能連接實(shí)際設(shè)備，運(yùn)行界面只有時(shí)間跑動(dòng)。圖5.5PID指令程序運(yùn)行圖5.6PID比例參數(shù)設(shè)定界面圖5.7PID運(yùn)行窗口總結(jié)本系統(tǒng)在對(duì)制冷設(shè)備進(jìn)行控制時(shí)，考慮的產(chǎn)品應(yīng)用范圍、具體的設(shè)備選取以及制冷原材料的使用都比較廣泛。在實(shí)際為客戶提供系統(tǒng)配置時(shí)，可以根據(jù)需要的不同溫度控制范圍進(jìn)行更進(jìn)和改善。比如增加減少壓縮機(jī)的數(shù)量和選擇不同功率的壓縮機(jī)，針對(duì)不同的降溫對(duì)象使用不同的介質(zhì)，調(diào)整不同制冷劑的用法用量，并根據(jù)不同的制冷介質(zhì)計(jì)算出所需要控制的蒸汽制冷劑的溫度范圍。對(duì)于需要溫度更快降低的設(shè)備，如速凍單元，還可以在冷凝器外增加冷水管，利用循環(huán)的冷水使溫