在大型制冷系统中,现在更多的是采用离心式制冷机组,以下以恒速驱动的离心式及变速驱动的离心式两类冷水机组为例,介绍离心机组所采用的自动控制,这两类机组的控制系统是采用PLC系统控制,通过PLC的控制,实现机组的能量调节、安全保护及故障检测和程序控制。

1.能量调节系统

离心式机组是通过调节压缩机可调导叶的开度大小来进行压缩机能量调节的,可调导叶安装在压缩机叶轮的进口处,通过调节导叶的开启度,就可调节进入压缩机的制冷蒸气量,从而调节制冷量。图4-10所示为离心式压缩机及可调导叶所处的位置示意图。

图4-10 离心式机组的导叶调节

与前所述的螺杆式机组相同,离心式压缩机可调导叶的开闭受冷媒水的出口温度控制。机组投入运行后,将根据冷媒水出水温度(即外界热负荷)的大小,自动调节导叶开度,当外界热负荷减小到压缩机能量调节的最小范围时,机组将自动停机。

测量冷媒水出口温度的温度传感器、PLC、电动执行机构及导叶,共同组成了机组的反馈能量调节系统,如图4-11所示。PLC所采用的控制规律为PID(比例—积分—微分)控制规律,温度传感器采用铂电阻,既保证了温度测量的准确性,又保证了反馈控制的精确性。

图4-11 离心式机组的反馈能量调节系统框图

图4-12 恒速/变速驱动离心机能耗比较曲线

除上述自动控制外,机组还具有手动调节功能,可随时手动调节导叶的开启度。

除常规的恒速驱动的离心式压缩机外,目前还有新开发生产的变速驱动的离心式机组,该机组除使用导流叶片进行能量调节外,还通过调节离心压缩机电动机的转速来调节压缩机的有效排气量,从而大大提高了压缩机的效率。如当外界热负荷下降时,压缩机电动机的转速就减慢,同时优化调节导叶的开度。由于变频驱动装置的使用,使得压缩机的能耗与恒速压缩机相比大大减小,尤其是在低负荷的情况下。图4-12所示是恒速驱动离心式压缩机与变速驱动离心式压缩机能耗比较曲线,在各负荷工况下能耗比较曲线,变速驱动离心式机组年运行费用可节省30%。另外,变速驱动的离心机组还可以实现机组的轻载起动。

2.机组安全保护

微机控制系统的应用,使得机组具有更强的故障保护、自处理、停机报警、显示及寄存等能力。当微机控制系统接到起动指令后,就开始检测机组各参数的值及各部件所处的状态,同时判断这些部件的状态是否正常,这些检测与判断伴随着机组的运行不断进行,一旦有异常及故障发生,即作出反映,自行处理或停机报警,并能将故障内容以代码的方式在显示器上闪耀显示。故障发生后到停机前的有关参数,将被寄存在微机系统内,供操作及检修人员查询。可根据显示的代码,了解机组发生故障的类型,以便做出准确的判断,及时修理。

离心式冷水机组的安全保护与措施见表4-9。

表4-9 离心式冷水机组的安全保护与措施

图4-13 机组主电动机电流控制框图

3.程序控制系统

机组的程序控制,包括机组的开机程序、正常停机程序与故障停机程序,这些程序是保证机组安全、可靠运行的前提条件,也是延长机组寿命、减小机组事故发生率的必要保证。

开机程序包括在全自动状态下正常起动及循环起动。正常起动即机组的起始开机,循环起动即机组在冷媒水低温停机后的再起动。正常起动需要操作人员按下机组“起动”按钮,当机组接到这个指令后,即按顺序依次开冷媒水泵、冷却水泵及油泵,并检测冷媒水、冷却水的流量是否正常、油压是否正常,随后延时起动主机。

图4-14 机组正常起动程序框图

主机根据冷媒水温度自动调节导叶开度,进入正常的反馈控制阶段,机组正常起动的程序框图如图4-14所示。机组再循环起动前,主机处于待命状态,等待冷媒水出水温度回升,当冷媒水出水温度回升至某一设定温度后,同时机组的停机也已起超过了一定时间,油温也达到规定值时,则主机进入自动再起动状态,起动程序框图如图4-15所示。

图4-15 机组再循环起动程序框图

停机程序包括正常停机和故障停机,正常停机又包括手动停机与自动停机,手动停机是操作人员按“停止”按钮。自动停机是因为冷媒水出水温度过低而导致的,它们停机顺序基本相同,唯一不同的是自动停机要将使冷媒水泵持续运行,等待再开机循环。手动与自动停机框图如图4-16所示。另外,故障停机的顺序与手动停机顺序相同,只是控制系统显示器不闪耀显示故障代码及报警。(www.daowen.com)

图4-16 机组手动/自动停机框图

此外机组还设有紧急停机按钮,无论机组处于何种控制状态,紧急停机按钮均有效,在特殊情况下需要紧急停机时,按下按钮,主机将自动停机、报警,并在显示器上显示相应代码。

4.典型空调冷水机组的程序控制实例(19DM/DK冷水机组)

(1)开机程序

空调冷水机组的手动开机是在微电脑控制程序的外部进行的。微电脑内部15min起动计时到起动计时器及3min停机到起动计时器,计时完毕后,将L/R(远/近程操作)开关放在L位置(近程操作),并按下起动按钮。此时,微电脑控制器会执行一系列的起动前测试,以确定所有安全保护器的保护参数值都在极限值以内。如果这一系列的测试结果都正常,则冷媒水泵的控制继电器动作,起动冷媒水泵；5min后冷却水泵的控制继电器动作,起动冷却水泵；1min后微电脑开始检测冷媒水、冷却水水流开关的触点,一确定触点会在5min内闭合。水流开关的触点闭合后,冷却塔风扇电动机的控制继电器动作,起动冷却风扇。此时,如果油压开关的触点是在开路状态,则微电脑指令油泵控制继电器动作,并监视油压开关的触点是否在15s内闭合。如果微电脑尚未建立主电动机位置控制(Diffuser Wall)的校正点,或因停电,按POR(暖机复位)按钮等原因,而是记忆体内的校正点消失,此时微电脑会重新建立校正点。

在此之前,上述任何一个条件不能满足,都会使主机的起动程序终止,并在LCD上显示起动前失败的代码。但是在主电机起动继电器动作后,上述的任何一个条件不能满足时,则将造成主电动机跳机,并在LCD上显示跳机的代码。如果在主电动机起动继电器动作前起动程序中断,则“8次起动/12h”计数器将不计数。

当油压建立10s后,运转计时器开始计时,同时主电动机起动继电器动作,并监视其辅助触点是否在2s内打开,确认起动器的触点有无闭合。确认正常后,“8次起动/12h”累加一次起动次数,并起动内部15min防止起动计时器；监视冷凝器高压开关的触点是否闭合；监视主电动机起动加速时间及起动器的切换时间(起动切换)是否在规定的极限值内。如果一切正常,则主机进入运行状态。程序控制过程如图4-17所示。

图4-17 程序控制过程

A—起动开始,执行起动前的检查,冷媒水泵起动 B—冷却水泵起动(A点后5min) C—水流量确认正常,冷却塔风扇、油泵起动(最长为B点后5min) D—油压确认正常(最长为D点后15s) E—主电动机起动,15min防止起动计时器及运转时间记录器开始计时(D点后10s) F—停机,主电动机断电,运转时间记录器停止计时,3min防止起动计时器开始计时 G—油泵、冷却塔风扇、冷凝水泵、冷却水泵停止工作O/A—允许再起动(两个防止起动计时器计时完毕,E点后至少15min及F点后至少3min)

(2)再循环起动

冷媒水再循环开关断开使主机停止运行,当冷媒水出水温度升高到设定点上2.8℃时,并15min和3min计时完毕,微电脑会自动指令起动主机。由再循环开关起动主机的过程,除了加负载速率固定为0.437℃/min及“8次起动/12h”计数器不累加起动次数外,其他程序与手动起动一样。

(3)停机程序

手动停机在微电脑外部进行。无论L/R开关在什么位置,只要按下停止按钮,即可停机。但是,如果L/R开关放在“R”位置手动停机,微电脑会识别为安全保护跳机,在起动时必须按下“复位”按钮,才能再开机。

(4)再循环停机

主机在正常运行中,当冷媒水的出水温度低于设定点以下2.8℃或在冷媒低温开关设定点1.67℃以内时,微电脑会发出负荷再循环停机指令。再循环停机程序,除了冷凝水泵继续运行外,其他与手动停机程序完全一样。

(5)安全保护跳机

安全保护跳机与手动停机程序完全一样,只是在LCD上会显示跳机的故障代码,并能在微电脑的储存器里储存,可以随时查看。安全保护跳机后,再起动时必须按下“复位”按钮后,才能起动运行。

(6)微电脑故障诊断功能

微电脑故障代码及故障处理方法见表4-10。

表4-10 微电脑故障代码及故障处理方法

(续)

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