· 电 气 技 术 与 自 动 化 · 张 君 艳 ,等 · PLC在 小 型 冷 库 恒 温 控 制 系 统 中 的 应 用
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作 者 简 介 :张 君 艳 (1978— ) ,女 ,江 苏 徐 州 人 ,苏 州 工 业 园 区 职 业 技 术 学 院 讲 师 ,工 程 师 ,学 士 ,硕 士 研 究 生 ,主 要 从 事 变 频 器 技 术 及 自
动 控 制 方 面 的 研 究 。
PLC在 小 型 冷 库 恒 温 控 制 系 统 中 的 应 用
张 君 艳 ,石 桂 荣
(苏 州 工 业 园 区 职 业 技 术 学 院 机 电 工 程 系 ,江 苏 苏 州 215021)
摘 要 :阐 述 了 小 型 冷 库 的 制 冷 原 理 ,介 绍 了 PLC在 小 型 冷 库 恒 温 控 制 系 统 中 的 应 用 ,给 出 了
制 冷 系 统 设 计 要 求 、 PLC控 制 的 工 艺 流 程 以 及 PLC的 程 序 图 。
关 键 词 :小 型 冷 库 ;可 编 程 控 制 器 ;程 序 图
中 图 分 类 号 : TP273; TM571 文 献 标 志 码 : A 文 章 编 号 : 167125276 (2009) 0620156205
Applica tion of PLC in Con stan t Tem pera ture Con trol of Cold Storage System
ZHANG Jun2yan, SH I Gui2rong
( S uzho u Indu stria l Pa rk In stitu te o f Vaca tio na l Techno lo gy, Suzho u 215021, C h ina )
Abstract: This pap e r in troduce s the wo rking p rinc ip le and the app lica tio n o f PLC in co nstan t tem pe ra tu re con tro l o f the co ld sto rage
system and p u ts fo rw a rd the de sign requ ira tio n of the system and the sequence cha rt o f PLC p ro gramm e.
Key words: sm a ll typ e co ld system ; PLC; p rog ramm e
0 引 言
随 着 全 球 逐 渐 变 暖 ,温 室 效 应 越 来 越 严 重 的 情 况 ,冷
库 的 需 求 越 来 越 受 到 广 大 客 户 的 青 睐 。 例 如 大 中 小 型 拼
装 式 高 温 、 中 温 、 低 温 和 超 低 温 冷 库 、 冷 藏 冷 库 、 速 冻 冷 库
等 等 越 来 越 普 遍 。 本 案 的 小 型 恒 温 冷 库 主 要 用 于 食 品 药
品 、 药 材 、 化 工 原 料 等 物 品 的 冷 藏 和 冷 冻 。
1 冷 库 制 冷 原 理 介 绍
压 缩 机 将 冷 冻 剂 压 缩 成 高 压 饱 和 气 体 (氨 或 氟 里 昂 ) ,
这 种 气 态 冷 冻 剂 再 经 过 冷 凝 器 冷 凝 ,通 过 节 流 装 置 节 流 之
后 ,通 入 到 蒸 发 器 中 ,将 所 需 要 冷 却 的 媒 介 冷 却 换 热 (图
1)。 例 如 ,将 蒸 发 器 连 接 到 楼 里 的 各 个 房 间 ,蒸 发 器 内 的 蛇
行 管 同 空 气 进 行 换 热 ,再 通 过 鼓 风 将 冷 气 吹 向 房 间 的 空 气
当 中 。 而 蒸 发 器 蛇 行 管 内 的 冷 冻 剂 换 热 后 变 成 低 压 蒸 汽 回
到 压 缩 机 ,再 被 压 缩 ,这 样 循 环 利 用 就 完 成 了 制 冷 过 程 。
2 冷 库 设 计 要 求 和 技 术 参 数
a) 冷 库 设 计 要 求 :设 计 选 用 直 接 蒸 发 式 制 冷 系 统 。 该
冷 库 的 设 计 对 象 为 一 层 结 构 的 药 品 冷 藏 库 , + 5 ℃ 冷 藏 库
库 体 容 积 约 为 760 m3 , - 20 ℃ 冷 藏 库 库 体 容 积 约 为 27 m3。
该 冷 库 主 要 利 用 PLC实 现 对 库 内 温 度 自 动 化 控 制 。 该 冷
库 使 用 的 为 土 建 式 冷 库 ,库 体 、 地 坪 保 温 情 况 良 好 ;只 须 用
聚 氨 脂 彩 钢 板 隔 出 一 部 分 空 间 作 为 + 5 ℃ 冷 藏 库 和 - 20 ℃
冷 藏 库 使 用 即 可 。 室 内 采 用 冷 风 机 强 制 通 风 ,加 强 库 内 空
气 流 动 ,降 温 速 度 快 ,室 内 温 度 分 布 均 匀 。 冷 库 安 装 有 余 压
阀 ,可 将 库 内 风 压 维 持 在 一 定 范 围 内 。
图 1 制 冷 系 统 原 理 图
b) 技 术 参 数 :环 境 参 数 :干 球 温 度 TD = 33. 5 ℃ ,相 对
湿 度 RH = 85% ;室 内 参 数 : + 5 ℃ 药 材 药 品 冷 藏 库 ;干 球 温
度 TD = + 5 ℃ ,相 对 湿 度 RH = 85% ～ 90%; - 20 ℃ 药 材 药
品 冷 藏 库 ;干 球 温 度 TD = - 20 ℃ ,相 对 湿 度 RH = 85% ～
90%。 本 设 计 + 5 ℃ 冷 藏 库 冷 源 采 用 3台 风 冷 压 缩 机 组 ,
每 台 功 率 为 9. 6 kW ,总 电 动 机 功 率 为 28. 7 kW。 - 20 ℃ 冷
藏 库 冷 源 采 用 一 台 风 冷 压 缩 机 组 ,功 率 为 5. 9 kW。 计 算
时 ,所 需 的 制 冷 量 已 列 入 设 计 之 范 围 内 。 系 统 选 用 美 优 乐
风 冷 全 封 闭 式 压 缩 机 组 ,能 稳 定 运 行 于 设 计 的 温 度 环 境 下 。
系 统 采 用 北 峰 高 效 冷 风 机 ,该 风 机 具 有 大 风 量 、 低 噪 声 、 低
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耗 电 、 射 程 远 等 特 点 。 系 统 制 冷 机 组 集 中 放 置 在 一 层 平 台 ,
冷 媒 在 库 内 直 接 蒸 发 。 制 冷 系 统 机 组 采 用 风 冷 却 式 ,省 去
了 冷 却 水 系 统 ,冷 却 效 果 好 ,机 组 性 能 稳 定 。
3 冷 库 机 组 的 安 装
内 隔 墙 墙 体 施 工 方 法 :墙 体 的 施 工 首 先 是 聚 氨 脂 泡 沫
彩 钢 板 的 架 设 ,彩 钢 板 架 设 后 用 拉 码 固 定 。 在 架 设 彩 钢 板
时 应 尽 量 使 用 原 块 ,彩 钢 板 之 间 拼 接 时 应 充 分 贴 平 ,需 要
切 割 时 ,其 表 面 必 须 均 匀 涂 布 防 水 材 料 。 安 装 完 成 用 散 装
聚 胺 酯 发 泡 济 封 漏 缝 。 主 机 安 装 前 要 预 先 捣 制 基 础 ,检 查
基 础 标 高 ,坐 标 位 置 ,形 状 和 各 部 分 的 主 要 尺 寸 及 预 留 孔
洞 是 否 符 合 要 求 。 机 组 安 装 必 须 平 稳 且 在 水 平 面 上 ,若 有
偏 差 时 必 须 垫 铁 找 平 ,系 统 采 用 铜 管 连 接 ,冷 媒 主 回 路 用
直 管 ,连 接 和 拐 弯 采 用 紫 铜 管 连 接 ,不 得 使 用 胀 管 ,连 接 方
式 采 用 氧 焊 。 冷 媒 管 的 保 温 采 用 PEF保 温 套 管 ,管 道 支
吊 架 的 形 式 和 间 距 参 考 设 备 安 装 手 册 。
4 冷 库 PLC的 控 制 流 程
1) 检 测 电 源 缺 相 ,有 信 号 输 出 ,系 统 便 退 出 运 行 并 报
警 。 2) 4台 机 组 分 别 设 置 “ 自 动 、 手 动 ” 两 种 工 作 模 式 ,独
立 运 行 ,互 不 干 扰 。 手 动 工 作 模 式 下 :用 按 钮 进 行 机 组 的 启
动 /停 止 控 制 ,进 行 参 数 整 定 ,分 别 进 行 互 不 干 扰 。 自 动 工
作 模 式 下 :由 温 控 器 自 动 控 制 机 组 的 制 冷 和 除 霜 。 3) 制 冷
和 除 霜 在 任 何 情 况 下 不 能 同 时 进 行 。 除 由 温 控 器 实 现 互 锁
外 ,还 加 入 启 动 接 触 器 的 电 气 互 锁 和 机 械 联 锁 ,以 保 证 其 安
全 运 行 。 4) 室 内 冷 风 机 启 动 到 压 缩 机 启 动 ,加 入 延 时 0～
180 s可 调 ;压 缩 机 停 止 到 室 内 冷 风 机 停 止 ,加 入 延 时 0～
180 s可 调 ;二 通 阀 首 先 启 动 ,延 时 (0～ 30 s可 调 )启 动 压 缩
机 。 手 动 时 同 时 启 动 ;二 通 阀 首 先 停 止 ,延 时 (0～ 30 s可
调 )停 止 压 缩 机 。 5) 有 下 列 信 号 ,报 警 蜂 鸣 器 鸣 响 :压 缩 机
电 动 机 过 载 信 号 、 高 低 压 控 制 器 信 号 、 机 组 制 冷 启 动 信 号 、
机 组 除 霜 启 动 信 号 、 电 源 缺 相 信 号 。 6) 当 机 组 的 压 缩 机 电
动 机 过 载 、 高 低 压 控 制 器 发 出 信 号 ,压 缩 机 及 其 风 机 即 停
止 ,室 内 冷 风 机 延 时 停 机 。 7) 系 统 设 定 的 开 机 顺 序 为 :室
内 冷 风 机 开 — — — 制 冷 主 机 开 ;为 保 持 库 内 温 度 均 匀 ,室 内 冷
风 机 可 以 通 过 整 定 延 时 长 于 下 一 制 冷 信 号 的 到 来 ,这 样 风
机 就 处 于 不 停 的 状 态 ,但 是 除 霜 时 室 内 冷 风 机 停 。
5 PLC的 电 气 原 理 图
5. 1 冷 库 恒 温 2主 机 接 线
根 据 要 求 ,选 用 LG主 机 1台 ( K7M - DRT60U,输 入
36点 /输 出 24点 ) ,系 统 的 主 机 接 线 如 图 2所 示 。
图 2 冷 库 恒 温 2主 机 接 线
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5. 2 冷 库 恒 温 2控 制 电 路 (图 3)
图 3 冷 库 恒 温 2控 制 回 路
5. 3 冷 库 恒 温 2输 入 扩 展 电 路 (图 4)
用 移 位 指 令 ,以 F0090的 20m s扫 描 刷 新 P40～ P43晶
体 管 输 出 ,给 P001C～ P0023送 去 取 样 电 源 ,这 样 就 得 到
了 4x8 = 32点 的 输 入 信 号 扩 展 。
图 4 输 入 扩 展 电 路
5. 4 冷 库 恒 温 2输 出 扩 展 电 路 (图 5)
图 5 输 出 扩 展 电 路
表 1 输 入 扩 展 电 路 地 址
压 缩 机 及 风 冷 机
手 动 启 动 信 号
1SB1 - P403 P1C
SB1 - P413 P1C
3SB1 - P423 P1C
4SB1 - P433 P1C
除 霜 加 热 手
动 启 动 信 号
1SB21 - P403 P20
2SB21 - P413 P20
3SB21 - P423 P20
4SB21 - P433 P20
压 缩 机 及 风 冷 机
手 动 停 止 信 号
1SB2 - P403 P1D
2SB2 - P413 P1D
3SB2 - P423 P1D
4SB2 - P433 P1D
除 霜 加 热 手
动 停 止 信 号
1SB22 - P403 P21
2SB22 - P413 P21
3SB22 - P423 P21
4SB22 - P433 P21
室 风 冷 风 机
手 动 启 动 信 号
1SB11 - P403 P1E
2SB11 - P413 P1E
3SB11 - P423 P1E
4SB11 - P433 P1E
压 缩 机 运 行
信 号 反 馈
1KM1 - P403 P22
2KM1 - P413 P22
3KM1 - P423 P22
4KM1 - P433 P22
室 风 冷 风 机
手 动 停 止 信 号
1SB12 - P403 P1F
2SB12 - P413 P1F
3SB12 - P423 P1F
4SB12 - P433 P1F
除 霜 反 馈 信 号
1KM4 - P403 P23
2KM4 - P413 P23
3KM4 - P423 P23
4KM4 - P433 P23
表 2 输 出 扩 展 电 路 显 示 点 的 地 址
工 作 状 态 显 示
1HG0— P403 P44
2HG0— P403 P45
3HG0— P403 P46
4HG0— P403 P47
压 缩 机 过 载 显 示
1HY1— P413 P44
2HY1— P413 P45
3HY1— P413 P46
4HY1— P413 P47
(常 亮 )系 统 压 力
过 高 (闪 亮 )系 统
压 力 过 低 显 示
1HY0— P423 P44
2HY0— P423 P45
3HY0— P423 P46
4HY0— P423 P47
电 源 单 相 显 示 1HG3— P433 P44
报 警 显 示 HA— P433 P47
6 PLC程 序 图 (图 6)
说 明 :梯 形 图 只 绘 出 了 #1机 组 自 动 运 行 时 的 梯 形 图 ,
各 部 分 的 工 作 情 况 如 下 :
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图 6 PLC程 序 图
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a) 0～ 11程 序 步 : 20 m s输 入 电 路 的 刷 新 扫 描 控 制 。
b) 12～ 38程 序 步 :机 组 自 动 运 行 。 工 作 如 下 :温 控
器 发 出 制 冷 信 号 P0009通 ,即 用 TOFF指 令 的 瞬 时 闭 合 延
时 断 开 点 启 动 室 内 冷 风 机 ,用 TON T01指 令 的 延 时 闭 合
常 开 点 启 动 二 通 阀 ,再 通 过 TON T03延 时 启 动 压 缩 机 ,机
组 开 始 制 冷 ;温 控 器 撤 消 制 冷 信 号 , TON指 令 的 延 时 闭 合
常 开 点 即 瞬 时 断 开 ,二 通 阀 和 压 缩 机 同 时 停 止 ,由 于 TOFF
指 令 的 瞬 时 闭 合 延 时 断 开 点 的 存 在 ,室 内 冷 风 机 仍 继 续 运
行 至 TOFF指 令 的 时 间 到 。 此 时 间 可 长 可 短 ,视 工 作 需 要
而 定 。 此 时 间 长 于 下 一 次 制 冷 信 号 的 到 来 ,即 意 味 着 室 内
冷 风 机 在 长 期 工 作 。
c) 39～ 83程 序 步 :机 组 手 动 /自 动 输 出 。 手 动 时 (即
P0001常 闭 点 恢 复 闭 合 ) ,让 压 缩 机 启 动 的 同 时 (即 P048
的 常 开 闭 合 )也 启 动 二 通 阀 ,以 方 便 调 整 。 用 列 信 号 与 停
止 信 号 的 常 闭 点 并 联 ,这 样 才 能 实 现 该 设 备 的 停 止 控 制 ,
此 时 的 列 信 号 是 作 为 同 步 信 号 使 用 的 。
d) 84～ 103程 序 步 :机 组 信 号 显 示 。 从 输 出 矩 阵 电
路 图 得 知 :显 示 是 P40～ P43和 P44～ P47的 输 出 组 合 。 但
是 , P44～ P47的 输 出 需 要 依 靠 P40～ P43作 为 同 步 信 号 ,
才 能 真 正 将 需 要 显 示 的 信 号 显 示 出 来 。 如 梯 形 图 的
P0001,只 要 1#机 组 的 工 作 状 态 选 择 开 关 放 在 自 动 位 置 ,
该 P0001 点 是 通 的 ,如 果 没 有 P0040 信 号 的 同 步 , 则
P0044长 期 有 输 出 ; 当 扫 描 至 P0007, P0013, T0011 和
M0000时 没 有 P41～ P43的 同 步 ,就 分 不 清 是 #1机 组 自
动 、 或 是 #1机 组 过 载 、 或 是 系 统 压 力 过 高 、 过 低 、 或 是 电 源
单 相 了 ,这 显 然 是 不 允 许 的 。 T04和 T05是 组 成 系 统 压 力
过 低 时 ,指 示 灯 以 3 s的 间 隔 进 行 闪 亮 的 振 荡 电 路 。
e) 104～ 109程 序 步 — 机 组 报 警 。
f) 110程 序 步 — END。
7 结 语
该 冷 库 工 程 项 目 在 科 学 设 计 、 合 理 配 置 的 基 础 上 ,注
重 环 保 、 消 防 、 管 线 路 达 标 ,以 优 质 的 冷 库 工 程 品 质 ,保 证
客 户 对 恒 温 冷 库 的 控 制 要 求 。
参 考 文 献 :
[ 1 ] 管 正 ,吴 澎 . AutoCAD脑 绘 图 简 明 教 程 [M ]. 北 京 :清 华 大 学
出 版 社 , 2005.
[ 2 ] 国 家 国 内 贸 易 局 . 冷 库 设 计 规 范 GB 50072 - 2001 [ S]. 2001.
收 稿 日 期 : 2009203230
(上 接 第 127页 )
根 据 标 准 化 顺 序 统 计 量 的 分 布 及 其 在 显 著 度 α 下 的
临 界 值 g0 ( n, a)的 大 小 ,来 判 断 粗 大 误 差 的 存 在 位 置 。 若
g1 ≥ g0 ( n, a)或 gn ≥ g0 ( n, a) ,则 判 断 F (1)或 F ( n)含 粗 大 误
差 ,将 其 剔 除 。 对 剩 下 的 测 量 值 重 复 以 上 过 程 再 次 判 断 ,
直 至 本 组 测 量 值 中 不 再 含 有 异 常 数 据 为 止 。 剔 除 某 个 异
常 数 据 后 ,算 法 中 的 n相 应 改 变 。 显 著 度 α 取 0. 01,在 处
理 时 可 先 查 表 取 得 g0 ( n, a)值 ,将 结 果 保 存 ,在 算 法 运 行
时 直 接 调 用 。
2. 2 构 建 新 的 数 据 序 列
剔 除 所 有 包 含 粗 大 误 差 的 异 常 值 后 ,用 剩 下 的 数 据 构
造 一 个 新 的 数 据 列 : Fp(1) Fp(2) , … , Fp(M ) (m ≤ n) ; Fp( I)的 先
后 次 序 要 和 它 在 原 始 数 据 列 F1 F2 , … , Fn 中 位 置 的 先 后 次
序 保 持 一 致 。
2. 3 合 理 选 择 算 法 对 数 据 进 行 处 理
根 据 新 构 建 的 数 据 特 征 ,为 了 能 平 滑 测 试 数 据 ,本 设 计
中 采 用 加 权 递 推 平 均 滤 波 法 对 此 数 据 列 进 行 数 字 滤 波 ,这 种
算 法 对 Fp( I)所 取 得 权 值 是 不 同 的 。 滤 波 算 法 计 算 表 达 式 为 :
F = ∑
m
i =1
Ci Fpi
式 中 , Ci是 大 于 零 的 常 数 ,满 足 ∑
m
i = 1
Ci = 1, Ci 的 选 取 用 加 权
系 数 法 ,即 :
δ = 1 + e- k + e- 2k + , … , + e- (m - 1) k
c1 = 1σ , c2 = e
- k
σ , … , cm =
e- (m - 1) k
σ
当 k越 大 ,δ 越 小 ,则 给 予 新 的 采 样 值 的 权 系 数 就 越
大 ,而 给 予 先 前 采 样 值 的 权 系 数 就 越 小 ,从 而 提 高 了 新 的
采 样 值 在 平 均 过 程 中 的 比 重 。 k代 表 系 统 的 纯 滞 后 时 间 ,
当 难 以 判 断 其 数 值 时 ,可 以 反 复 取 不 同 数 值 进 行 尝 试 ,直
至 数 据 平 滑 度 最 好 。 也 可 利 用 最 小 二 乘 法 求 取 加 权 系 数
Ci,使 滤 波 后 的 数 据 以 最 小 均 方 差 逼 近 Fp( i)数 据 列 。
实 践 证 明 ,在 剔 除 含 粗 大 误 差 的 数 据 后 再 进 行 加 权 递
推 平 均 滤 波 处 理 ,能 够 有 效 地 平 滑 测 试 数 据 ,对 于 周 期 性
干 扰 、 脉 冲 干 扰 等 干 扰 因 素 有 很 好 的 滤 波 效 果 ,而 且 算 法
的 运 算 量 不 大 ,很 好 地 解 决 了 本 设 计 中 数 据 的 在 线 处 理 。
参 考 文 献 :
[ 1 ] 潘 新 民 ,王 燕 芳 . 微 型 计 算 机 控 制 技 术 [M ]. 北 京 :人 民 邮 电
出 版 社 , 1999.
[ 2 ] 张 毅 刚 ,彭 喜 源 ,等 . MCS51单 片 机 应 用 设 计 [M ]. 哈 尔 滨 :哈
尔 滨 工 业 大 学 出 版 社 , 1999.
[ 3 ] 王 幸 之 ,王 雷 ,等 . 单 片 机 应 用 系 统 抗 干 扰 技 术 [M ]. 北 京 :北
京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 , 2000.
[ 4 ] 马 明 建 ,等 . 数 据 采 集 与 处 理 技 术 [M ]. 西 安 :西 安 交 通 大 学
出 版 社 , 1998.
[ 5 ] 蒋 焕 文 ,等 . 电 子 测 量 [M ]. 北 京 :中 国 计 量 出 版 社 , 2001.
收 稿 日 期 : 2009208224
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