中央空调自动控制（PLC）系统详细介绍

本自控方案采用工业级控制器PLC（可编程序控制器）为核心的控制系统，所有的逻辑控制功能均由程序完成，简化了外围电路，***的提高了系统的可靠性。并具有动态画面监控系统，监控显示采用触模式液晶显示屏，操作简单方便。本系统能够对温度、压力、液位、设备状态等现场参数进行采集、显示，并根据工艺要求自动控制机组、水泵、电动阀、风机等机房内所有设备的运行，能够连续记录系统数据，方便管理人员查阅，能够自动判断系统及设备的故障，并发出声光报警。整套系统可以做到完全自动控制，无需人为参与。

湖南良源自动化（该公司致力于自动化系统集成、信息化系统开发、DCS系统开发、PLC系统开发、低压配电柜成套、变频柜软起柜等传动系统开发，具体信息详见）的工程师们多年来一直致力于该系统的开发与应用，如下只是典型的案例，具体项目会根据实际情况采取相应的解决方案。

本自控方案所有配件均采用工业级产品，主要部件均为国际国内知名厂家的产品，所有配件都经过多年在各种项目中长期使用测试过,完全能够***系统在恶劣的环境中长期稳定可靠的运行。同时本公司可提供***化的机房配电系统及整体解决方案，并可根据用户要求设计其他功能。 

本控制系统的***性

我单位自控系统采用了完善的现代工业控制技术，配备工业计算机系统及可编程控制器、执行机构和检测元件，在充分考虑系统造价的前提下同时兼顾了自控系统的***性、兼容性、可靠性和实用性。

自控系统采用集散型（DCS）结构，实现集中管理、分散控制的技术目标。系统由控制工作站（即上位机）和现场控制器（即下位机）两部分组成。上位机以图形和菜单的形式提供友好的人机界面，并承担控制模型中较为复杂的计算、以及系统运行数据的管理；下位机除提供底层输入输出操作外，还承担简单的闭环控制。下位机在脱离上位机时能维持空调系统的基本运行，并具备支持这一功能的人机交互手段。

自控系统和水源热泵机组相结合能发挥更大的软硬件功能，可通过控制器直接控制机组，使得用户不用走到机组前面也能够对热泵机组的运行状态了如指掌。

作为楼宇自控系统(BAS)的一个子系统，本自控系统方案为BAS提供Ethernet网接口，符合OPC通讯协议，使BAS无需附加设备就能接纳本系统。本方案还维护一个数据共享区并实时更新共享区中的数据，供BAS中其它系统读取、调用，以实现信息共享。

自控系统方案的中央计算机采用工业微机，为金属全密封工业机箱，配备可连续工作的工业电源及PC完全兼容主板，能适应较为恶劣的工业现场，并能满足长时间不间断工作的要求。系统总体结构参见下页所示，主系统下辖4个子系统：

开关量输入/输出模块，用于控制水泵、风阀、风机的开关量输出，及上述设备的运行状况检测、故障检测和液位开关检测。

模拟量输入/输出模块，用于对模拟量信号的检测，及对调节阀等设备的模拟量输出。

中央控制单元可通过RS485通讯接口，实现热泵机组内部参数的读取。

现场总线集线器，用于对所有集成式数字传感器输出信号的采集。子系统由可编程控制器（PLC）组成，中央控制单元与各子系统之间由RS485通讯接口实现数据交换。

自控系统结构特点：

采用一对多的DCS结构，集中管理分散控制，以充分释放故障风险。

采用了总线技术，使结构更为紧凑，故障率得以进一步降低。

采用了电流变送传感器，稳定可靠，不受干扰且不存在信号衰减。

中央控制单元由工业微机担任，金属全密封工业机箱，配备可连续工作的工业电源及PC完全兼容主板，能适应较为恶劣的工业现场，并能满足长时间不间断工作的要求。

下位机以控制器为核心，完成数据采集及底层的控制回路。下位机在脱离上位机时仍能对空调系统进行基本控制，下位机和上位机通过RS485总线进行数据交换。

中央控制单元

中央控制单元由工业控制计算机及外围辅助设备自动监测控制和管理软件等组成，为整个自控系统的核心部分.

中央控制单元的主要作用是对自控系统的管理功能，如提供图形化人机交互界面，负责将系统的运行数据定时加入到数据库、并具有数据库维护及制表、打印等功能，根据对各受控设备和检测点的巡检结果作出故障判断并发出故障或异常报警，根据事先按逐时负荷编制的时间表自动切换系统工况以在必要时实现无人值守等。

中央控制单元还为操作人员对系统进行人工干预提供操作界面，通过该界面，经过特殊授权的操作人员可绕过自动控制系统直接启停设备。

中央控制单元的工业计算机采用金属全密封工业机箱，配备可连续工作的工业级电源和PC完全兼容的主板，能适应较为恶劣的工业现场，并能满足长时间不间断工作的要求。

中央控制单元采用工业计算机，出于安全考虑，中央监控计算机不配备软器和光驱。

中央控制单元配备22寸液晶显示器及操作柜等外围辅助设备。

中央控制单元从用户角度出发，结合我国的实际情况精心设计了工业控制软件和上位机监控软件。该控制软件不仅实现了楼宇自控系统监控、历史数据记录等控制功能，还具备了丰富的故障检测、故障报警、故障处理功能，***了系统的***运行。

现场控制单元

现场控制单元器采用开放式可编程控制器（PLC）,分为开关量输入输出、模拟量输入输出等部分。

现场控制单元利用RS485通讯接口接受中央控制单元的指令，并将现场数据采集的结果送给中央监控计算机。

开关量输入输出模块负责对状态信号的采集及实现状态控制输出。它们分别是各水泵、电机及风机的运行状态、各液位开关、主要开关的运行状态及故障状态等信号。

模拟量输入输出模块负责对过程信号的采集及实现过程控制输出。它们分别是流量传感器、压差传感器的采样信号、以及各调节阀的控制信号。

控制范围

基本功能

能够在自动/手动方式下运行，自动运行状态下根据工艺流程自动运行，具有安全保护功能，防止误操作；手动运行状态下无任何操作限制（只在维护时使用）。

设置中央监控站，对系统进行监视与控制，根据现场实际情况画出监视界面，直观生动。

可选择采用液晶触模屏作为显示终端，操作简单方便。

可通过监控界面设定工艺参数，如温度、压力的报警上下限、及其它参数。

可判断设备的故障并在界面中显示。

可以显示设备的不同状态。如在界面中设备为绿色代表设备正常运行；如在界面中设备为灰色代表设备停止状态；如在界面中设备为红色闪烁代表设备处于故障状态。当故障时可发出声光提示。

可以显示某一参数在一段时间内变化的二维曲线历史趋势图图，如压力、温度。

RS485通讯接口扩展功能，可将数据上传至楼宇集中控制系统中，通讯接口采用MODBUS RTU通讯协议

自动检测冷冻水（热水）供、回水温度和供、回水压力。

自动检测冷却水供、回水温度。

自动检测冷机冷冻水进口温度。

自动控制冷冻水泵、冷却水泵、冷冻机的顺序启停及相关阀门的顺序调节，并检测其运行状态。

运行模式的自动切换。

根据供、回水压力自动调节旁通阀的开度，以***管网压力和流量稳定。

专家系统诊断及故障报警。

多回路参数检测与现场显示。

被控参数的设定。

设备运行状态显示。

传感器、执行器及被控设备的故障诊断与报警；

手动/自动控制切换及现场手动控制。

可通过中央管理工作站对其进行远程控制。

能自动、实时采集冷站所有机电设备的运行状态、故障状态、过程控制参数等运行数据，并能按预先设定的监控要求对冷站所有机电设备进行自动控制。

所有机电设备采用状态反馈检测方式进行控制，即系统发出控制信号后等待检测状态反馈信号如阀门的位置信号，电机的运行信号等。以达到可靠控制及故障判断。

显示冷站所有机电设备当前和历史报警记录100条以上。

提供友好的人机操作界面，以图形方式显示冷站所有机电设备当前和历史某一时刻的运行参数。

具有系统登陆和系统操作等方面的安全权限管理功能。

系统能提供稳定、可靠的设备监控功能，同时，系统具有很好的兼容性、可扩展性。

工况切换和设备起停控制，这是控制系统的基本功能。空调系统在同一个管道系统中，根据水泵与阀门的不同组合构成不同的工况。在切换工况时，不仅要遵循各工况的设备组合，还要考虑设备的启停顺序、以及启停的时间间隔。自控系统只需用鼠标在相应工况的按扭上点击就能方便准确地切换至该工况。与此同时，制冷站各设备的启动和停机都有严格的顺序和时间间隔，自控系统能自动遵循事先定好的顺序和延时时间来启停空调系统。此功能在图形界面下仅用鼠标的点击即可方便地切换工况，在方便操作的同时还能***系统在工况切换时的安全。

设备运行状态和故障状态的检测。自控系统对各运行设备的状态和故障情况进行实时检测，并将检测结果显示在屏幕上。自控系统还通过管道的温度、压力和流量对整个管道系统的状况实现检测，当出现异常时会发出声光报警。所有的故障和异常都会被系统记录在数据库。当系统认为所出现的异常会危及到设备安全时会启动紧急停车程序。

参数整定所见即所得。控制参数的整定直接影响到系统运行的效果和稳定性，在一般的自控系统中，这是一项需要反复修正而又举足轻重的工作。本方案在参数整定界面中同步显示参数修改后的控制曲线，使操作者能在整定参数的同时就看到修改后的效果，使该项工作变得方便、快捷。故障诊断和报警。控制系统对各设备的运行状况进行实时监测，在出现故障时发出警报，必要时启动紧急停机程序。系统还提供系统检测的辅助功能，在系统维护和检修中有一定的辅助意义。无人值守顺序控制。控制系统提供一张时间表，操作人员可根据逐时负荷对该表进行编辑，***各时段运行哪种工况，然后控制系统即能按该时间表运行，并在无人值守的情况下按时间表自动切换工况。此功能仅在确有必要时使用。与局域网中其它计算机交互。自控系统通过以太网接口接收从末端控制系统传来的运行数据，并根据需要显示在本系统的屏幕上。自控系统还可接受局域网中其它经授权的终端计算机的指令，提供远程监控服务。其它甲方希望自控系统提供的功能。

湖南良源自动化（该公司致力于自动化系统集成、信息化系统开发、DCS系统开发、PLC系统开发、低压配电柜成套、变频柜软起柜等传动系统开发，具体信息详见）的工程师们多年来一直致力于该系统的开发与应用，如下只是典型的案例，具体项目会根据实际情况采取相应的解决方案。

自控系统的中央计算机采用工业微机，为金属全密封工业机箱，配备可连续工作的工业电源及PC完全兼容主板，能适应较为恶劣的工业现场，并能满足长时间不间断工作的要求。系统总体结构如下所示，主系统下辖4个子系统：

开关量输入/输出模块，用于控制水泵、开关量电动阀的开关量输出，及上述设备的运行状况检测、故障检测和液位开关检测。

模拟量输入/输出模块，用于对模拟量信号的检测，及对模拟量调节阀等设备的模拟量输出。

中央控制单元可通过RS485通讯接口，实现热泵机组内部参数的读取。

子系统由可编程控制器（PLC）组成，中央控制单元与各子系统之间由RS485通讯接口实现数据交换。

主机控制系统采用工业级控制器PLC（可编程序控制器）为核心的控制系统，所有的逻辑控制功能均由程序完成，***的减少了外围控制电路，。监控显示采用计算机或液晶触模显示屏，操作简单方便。系统能够对温度、压力、液位、设备状态等现场参数进行采集、显示，并根据工艺要求能够自动控制水泵、电动阀、风机等设备的运行，能够记录一段时期内的数据，方便管理人员查阅，能够自动判断系统及设备的故障，并发出声光报警。

三个操作层面，确保系统运行的可靠性。

“全自动层面”——  不仅能根据工况自动启停设备，还能根据控制目标不断调控系统运行参数。

“上位手动层面”——    即当***层面失效或因操作者对系统有非常规操作要求时，可在上位机的图形接口上利用鼠标的点击可启动或关闭任意设备。

“配电柜手动操作”—    所有的设备具有手自动转换开关， 在特殊情况下可以不依赖自动系统，由人为手动开启。

所有设备采用闭环控制：

电动阀、水泵、机组等设备均采用闭环控制，即控制系统发出控制命令的同时检测被控设备的状态，大大提高了设备控制的可靠性和安全性，例如当控制一电动阀门开启是系统首先发出开启命令，同时等待阀门开到位信号，当开到位信号到达时认为阀门开启到位，继而进行下一步控制，例如启动水泵前需要打开阀门，如果阀门由于某种原因控制系统在一定的时间内没有接收到开到位信号，系统则认为阀门故障，提示报警，停止下一步的启泵动作，避免了憋泵事故的发生。

水冷机组启停控制：

水冷机组启停控制可根据循环水回水温度设定值自动选择启停台数，当温度低于设定值低限设定值时自动减少一台工作时间最长的一台主机运行，当温度高于设定值高限设定值时自动增加一台停止时间最长的一台主机投入运行。主机的启停由控制系统远程控制，***每台主机处于满负荷工况下运行，以达到的运行能效比。

在水冷机组冷冻水与冷却水回水管上各安装一电动两通阀，当空调系统开始运行时，自动打开用户侧电动阀并保持常开，以***循环水正常循环通路，当控制系统控制机组启动时，首先打开机组冷却侧回水管上的电动两通阀，并增加一台冷却泵和一台冷却塔投入运行，经一段时间延时后控制系统控制主机运行。当控制系统控制机组停止时，首先停止主机运行 ，经一段时间延时后并减少一台冷却泵和一台冷却塔停止运行并关闭水源机组水源侧回水管上的电动两通阀。采用此种方法控制可以限度的减少冷却水的用量及冷却水泵和冷却塔的电能消耗，可以起到节能节水的目的。

机组保护：

每台水源热泵空调主机的冷热水进水管和水源水进水管上分别设有1个水流开关，水流开关与主机连锁。当进水量低于主机要求的***水量时，主机将自动关闭。

***泵控制：

在定压***罐上增加一压力变送器来测量定压***罐内压力，控制系统根据压力变送器测得的压力值与***压力低限设定值比较，当低于***压力低限设定值时启动***泵，选择等待时间最长的***泵，直到达到高限设定值后自动停止。设定值通过人机界面设定。

机组运行方式：

机组内部运行控制由机组内部自动完成，当设定为外部信号启停控制时，机组根据外部信号的状态来控制机组启停。

循环水泵控制：

首先由监控界面设定的水泵运行台数，当循环泵得到运行命令时，自动选择停止时间最长的一台水泵投入运行，经过3秒（延时时间可根据实际情况调整）延时后自动选择下一台，直到达到设定台数。当循环泵得到停止命令时，自动选择运行时间最长的一台水泵停止运行，经过3秒（延时时间可根据实际情况调整）延时后自动选择下一台，直到循环泵全部停止为止。当有水泵故障时自动切换到其他备用水泵。采用这种控制方式可以限度的减少水泵启动停止的瞬间对系统的冲击。当某些水泵不能运行时可通过人机界面设定其为关闭状态，则其不参与自动运行。

空调系统冷冻水泵的设计扬程一般偏大，如果不做调整易造成水泵电机过载发热，在定流量系统中往往只能关小水泵出口阀门来认为增加压力，改善水泵工作曲线，但浪费电能。带自控系统的变频水泵可有效解决此问题。

自控系统同时可根据空调压差、温差变化控制水泵的变频运行。温差小代表建筑物的冷负荷小，末端设备需要的冷量小。制冷机组设定的冷冻水出水温度恒定，当系统回水温度下降，自控系统会根据回水温度下降速度，判断决定降低一台冷冻水泵的频率（频率下降的速度及***频率受限制）或自动停止一台制冷主机的运转（延时后关停一台水泵）。反之，回水温度上升显示末端设备需要的冷量上升，则开启水泵（延时后开启制冷主机）或调高水泵工作频率。

冷却水泵控制：

首先系统检测主机将要运行的台数，冷却水泵，自动选择停止时间最长的一台水泵投入运行，经过3秒（延时时间可根据实际情况调整）延时后自动选择下一台，直到主机将要运行的台数。当循环泵得到停止命令时，自动选择运行时间最长的一台水泵停止运行，经过3秒（延时时间可根据实际情况调整）延时后自动选择下一台，直到循环泵全部停止为止。当有水泵故障时自动切换到其他备用水泵。采用这种控制方式可以限度的减少水泵启动停止的瞬间对系统的冲击。当某些水泵不能运行时可通过人机界面设定其为关闭状态，则其不参与自动运行。

冷却塔控制：

每台冷却塔与冷却水泵及制冷机组在参数及数量上一一对应。在每台冷却塔的入水口安装电动阀，当1台制冷机组停机后，对应的1台冷却水泵及冷却塔风机停止工作，此时关闭1台冷却塔入水口的电动阀，***其他正在运行的冷却塔在正常的工况点运行。反之，制冷机组准备启动前，打开电动阀，随后，水泵、冷却塔风扇运转。

系统根据冷却水泵的运行台数自动选择停止时间最长的冷却塔风机投入运行，自动选择运行时间最长的冷却塔风机退出运行，直到运行的冷却塔达到主机的运行台数，在***系统运行要求的情况下限度的节水节电。当有冷却塔故障时自动切换到其他冷却塔。冷却塔系统用于夏季运行时使用，并且与水源热泵机组连锁控制。当需要打开冷却塔时，相应先打开冷却塔系统的电动阀。根据系统运行状况来控制冷却系统循环泵启动台数。根据系统的要求，冷却水循环泵不做变流量设计。

监控内容：冷却塔风机：启停控制、风机状态、故障报警。

冷却系统循环泵：启停控制、风机状态、故障报警。

冷却系统温度：监测系统供回水温度。

相应设备联锁控制。         

供回水压差控制：

循环水集分水器之间安装一压力调节阀和压差变送器，控制系统根据测得的压差经过PID计算后控制压力调节阀开度以平衡压力的目的。

设备连锁控制

在水源热泵系统中设备的运行有一套严格的运行逻辑，为了***系统的安全***运行和节能方面的考虑，在控制系统中对系统运行逻辑程序的书写要求很严格，否则就起不到安全和节能的效果。

在整个水源热泵系统中包括的设备有：水源热泵机组、用户侧循环水泵、潜水泵、电动阀、电动蝶阀等设备。在自控系统中，为力对设备起到保护作用，要求对设备进行连锁控制，如：机组与电动蝶阀进行连锁，潜水泵与水源水侧电

人机界面

采用全中文操作界面，人机对话友好。

管理人员和操作者，可以通过观察PC机所显示的各种信息来了解当前和以往整个系统的运行情况和所有参数，并且通过鼠标进行设备管理和执行打印任务。

显示冷站的控制器监控的所有内容，同时通过人机对话，实现自控要求。

动态监控流程图显示

操作权限设置

远程设置冷水机冷冻水出水温度

远程设置冷水机电流限制值

保存、查询、打印冷源系统模拟量技术数据的历史记录、趋势图

保存、查询、打印冷水机相关技术数据的历史记录、趋势图

保存、查询、打印所有设备故障的历史记录

控制流程显示

数据记录

曲线打印

用户管理器：给不同的用户设置不同的操作权限，***系统的可靠运行，防止无权操作。

通讯接口

可根据用户要求提供TCP/IP、RS485与RS232通讯接口，可通过此接口进行计算机监控通讯，并可将数据上传至上一层的监控中心。

通讯协议：

本项目的的通讯协议可采用BACNET、MODBUS通讯协议。

我方建议优先选用MODBUS通讯协议。MODBUS是Modicon公司为其PLC与主机之间的通讯而发明的串行通讯协议。Modbus协议已经成为开放式的，有众多支持厂商的广泛应用的通讯协议。Modbus协议已成为越来越多打算采用数据通信协议的协议，在目前的控制领域中有近80％的控制软硬件产品均支持Modbus协议。Modbus/RTU协议定义了主站如何实时读取或写入数据到一个或多个从站的串行协议。它结构简单并且有很高的灵活性，能够应用于任何工业场合与民用场合。

Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如何回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。其物理层采用RS232、485等异步串行标准。由于其开放性而被大量的PLC及RTU厂家采用。Modbus通讯方式采用主从方式的查询－相应机制，只有主站发出查询时，从站才能给出响应，从站不能主动发送数据。主站可以向某一个从站发出查询，也可以向所有从站广播信息。从站只响应单独发给它的查询，而不响应广播消息。Modbus的串行口的通讯参数（如波特率、奇偶校验）可由用户选择。

由于Modbus是一种开放式协议，众多硬件与软件厂商均支持此通讯协议，因此只要符合Modbus通讯协议的不同厂家的设备与软件可在同一总线上通讯，有利于以后的维护与设备升级。

变送信号：

为了便于日后用户对系统的维护所有变送信号采用***的统一形式。

模拟输入:4－20MA

模拟输出:4－20MA

开关量输入:24V DC

开关量输出:继电器触点

系统抗干扰措施：

本公司选用的产品均通过了严格的电磁干扰测试，具有很强的抗干扰能力同时所有模拟信号线和通讯线均采用屏蔽电缆，控制箱体均采用金属屏蔽外壳，完全可以满足此系统的工况要求。

 节能分析：

空调系统节能的方法主要是避免无用的设备运行，例如：没有自动控制的情况下当机组达到温度时主机停止运行，水源水泵或冷却泵及冷却塔仍在运行，耗能耗水，自动控制时能够与主机联动控制，限度地降低能耗。同时延长了设备的使用寿命也就相应的减少了设备的资金投入及维护人员的劳动成本。

变频调节技术的引入限度的降低了系统输入功率，避免了大马拉小车的现象，进一步降低了能耗。

另一方面每台主机在满负荷工况下效率，应尽量***主机处于满负荷工况下运行，尽量避免多台主机同时处于非满负荷工况下运行。

由于空调系统大多数情况下均未达到满负荷运行,当负荷减小时一台主机就能满足负荷需求时，则停止一台主机运行同时关闭相应得水泵及冷却塔，以达到节能节水的目的。在过渡季节或早晚时间负荷较小此时可根据负荷变化适当的控制机组运行台数。

由人工控制时很难***在负荷减小时及时停止相应的主机，不能***效的节能。自动控制时系统能够***的***的节能运行。

我公司具有丰富的自动控制方面的经验，在工程设计中既要考虑系统的使用性，又要考虑到易于用户日后的系统维护，在***系统的性能的前提下尽量降低系统的复杂性及维护成本。根据我公司以往类似的项目的节能统计，系统在采用我公司的自动控制系统后能够节约10%--15%左右的综合运行费用。