1引言

本項目制冷機組控制系統主要用于對印刷行業及其他工業場所發熱設備進行冷卻，以滿足這些設備能夠正常運行。本制冷系統采用的是循環冷水對印刷機uv燈進行冷卻，自動調節冷水流量、自動調度制冷機運行臺數以及對水泵的變頻控制。項目應用西門子s7-300系列plc以及西門子公司的觸摸屏、變頻器來設計的制冷機組自動控制系統。

2制冷機組集控原理

2.1工藝原理

制冷系統水循環流程如圖1所示，將10臺制冷機組集中安置，其中有一臺制冷機組功率為30kw，其余9臺為相同的制冷機組。我們新增了一個水箱用于循環水的熱交換，水箱的水可以通過外來補水管進行補給以保證水箱的正常水位，水箱還有一排污管用于污水的排放。被制冷機組制冷的水全部由我們水箱的水供給，并且制冷完后的冷水又全部送回水箱以存儲。10臺制冷機組之間的水流支管道并聯連接通過一總水流管道與水箱之間進行水交換。因此，水箱的水是一定溫度的冷水。接下來，我們用一輸水總管通過水泵的變頻控制來將水箱的冷水引出來通過支路水管的連接來對我們的8臺印刷機的uv燈進行循環水冷冷卻。然后各支路冷卻完的水又由一總水管輸回到水箱。這樣我們就完成了制冷機組水循環流程圖。很顯然，這其中就涉及到一個所謂的出水(冷水輸出)、出水溫度；回水(熱水輸回)、回水溫度。要檢測他們的溫度我們就在出水和回水處分別安裝有一溫度傳感器來檢測出水溫度和回水溫度。變頻水泵可以用來控制水管水流量和水管管壓。

2.2電控原理

制冷機系統主要調節控制的物理參數分別為循環水的溫度和水管水流量。循環水溫度的調控主要通過開啟制冷機組的臺數來實現，從而使其溫度到達設定溫度。而水管的水流管壓根據所開啟的印刷機的臺數通過水泵的變頻控制來達到所需的水流量。循環水溫度、流量調控過程如下所示。

水溫調控過程：10臺制冷機組在水溫的制冷調控過程中，我們人為地分為四檔，如圖2所示。在制冷機組控制系統中我們先設定一個合適的出水溫度，然后根據傳感器檢測的回水溫度與出水溫度差值進行比較，確定哪一檔制冷機組的開啟。

在10臺制冷機組中，有一臺大功率的美國進口的制冷機組(30kw)本臺制冷機組能夠提供所需制冷量的大部分，因此，在每一檔中該臺制冷機組必須處于開啟狀態。另外9臺制冷機組屬于附屬的國產小功率制冷機組，我們可以有選擇的開啟以滿足制冷量的需要。與此同時，這9臺制冷機組中即使有某臺或者某幾臺制冷機組發生故障了我們可以選擇其他的正常的制冷機組運行以保證系統制冷的正常進行。但是，30kw的美國進口制冷機組發生故障了，我們必須使整個系統停止下來。因為該臺制冷機組故障了我們所需的制冷量就不能達到，即使另外9臺制冷機組全開也枉然。

水管流量的水泵變頻控制過程：在該過程中，我們根據所開啟的印刷機的的臺數來估算所需冷水管流量以滿足各臺印刷機所需的冷水冷卻量。一般情況下，如果印刷機全部開啟，那么我們的水泵工頻50hz運行，因為在該情況下我們所需的冷水流量較大；如果印刷機部分開啟，在該情況下所需冷水流量相對較小，因此我們考慮用水泵的變頻運行(低于工頻50hz運行)，根據印刷機開啟的不同數目我們針對地設置不同的頻率來進行變頻運行。很顯然，在變頻(低于工頻)控制的模式下，我們可以大大地節約電能，因此達到了我們設計初衷的節能目標。

圖1制冷機組水循環流程圖

圖2制冷調控過程

圖3制冷機組控制系統簡圖

圖4mpi網絡圖

3plc控制系統

3.1控制網絡結構

系統硬件主要由1個西門子cpu313c模塊、1個sm321輸入模塊、2個sm322輸出模塊、2個cpu226、2個觸摸屏(tp170和mp277)和幾十個(施耐德和歐姆龍)繼電器構成。由于整個控制系統分散性和能更好方便操作，對控制系統實行mpi網絡控制，整個mpi網絡由西門子4個s7-300模塊、2個s7-200模塊和2個觸摸屏組成，可以實現在印刷生產線車間自由控制頂棚里面制冷機組，并且可以監視整個控制系統狀態。如圖3、4所示。

3.2程序設計

控制系統plc程序設計流程圖如圖5所示。

主要步驟包括：①程序初始化：有關中間寄存器，寄存器的清零。②plc接受觸摸屏的指令信號，完成對制冷機組循環水路水溫的設定。③plc根據印刷機的開啟數量，決定變頻或者工頻的運行狀態。④根據制冷機組循環水路冷水和回水溫度，控制制冷機組的啟停。⑤機械故障的報警。

當plc因故無法運行時，恢復制冷機組的原來的手操方式，根據uv燈開啟數量，手動啟動制冷機組運行，保證在制冷機組循環水路中有冷水流動。而在uv燈冷卻水循環水路，使所有uv燈進水電磁閥打開，水泵取消變頻控制，直接運轉，給uv燈提供冷卻水，保證安全生產的需要，提高系統的可靠性。

圖5plc程序設計流程圖

6觸摸屏主界面圖

4界面設計

如圖6所示為觸摸屏主界面圖。該界面形象地展示了整個系統的控制過程，10臺制冷機組的開啟狀態以及印刷機的開啟狀態都可以如實地加以顯示。有自動、手動切換的按鈕，有參數設定區，有用戶管理區域包括報警查詢以及用戶權限的密碼設置。整個界面簡單明了易于現場操作。

在操作柜上觸摸屏主界面上(如圖6)單擊手動按鍵，輸入系統密碼，即可進入手動界面如圖7所示。

在手動界面下可以進一步進入各個制冷機組啟動停止操作界面，以及啟動停止水泵等，并且可以監視印刷機生產線的狀態。

報警查詢子界面如圖8所示。①系統運行時，出現系統局部故障(如制冷機故障，水泵故障等)，操作柜上有聲光報警器報警，并可到觸摸屏上主界面圖7上按報警查詢可以查看報警故障類型如圖九所示，進行相應的故障處理。處理完后，把操作柜和控制柜上任意復位報警按鈕打向右邊，清除聲光報警故障報警，故障消除后確保操作柜和控制柜上復位報警按鈕都打向左邊。②變頻器故障時修好后必須按控制柜上復位按鈕令其復位，不然會一直保持故障顯示。③非正常系統關機：系統在突然斷電等非正常關機情況，系統重啟后，請仔細檢查觸摸屏上各個按鍵的狀態和水泵的轉速值，并確認當前正在工作的印刷機其旁邊的開冷水開關是否開啟。

圖7觸摸屏手動界面

圖8報警查詢界面

5結束語

該控制系統已連續運行一年多，系統運行穩定、安全可靠、節能效果好、自動化程度高、操作方便、直觀；減輕了工人的勞動強度，充分發揮了plc運算速度快、功能強、程序設計簡單、修改程序方便、接線少、故障率低、維護保養容易、使用靈活、抗干擾能力強等優勢和觸摸屏友好的人機界面功能，獲得了用戶滿意的使用效果，值得推廣。