可编程序控制器在制冷设备控制中的应用

择要：本文介绍了可编程序控制器(Programmable Controller 简称PC或PLC)在制冷方面的应用及使用注意事项，说明可编程序控制器是计算机技术与自动控制技术相结合开发的完整的、通用的工业控制装置。

锦州站加冰所制冷工艺中有很多控制回路，互相还有联锁关系。采用PC机控制后，体积小，编程容易，使用可靠。文中列举设计实例予以说明。

一、问题的提出

我院在1992年承担了锦州站加冰所改建工程的设计任务。在这项工程中，制冷工艺采用了三台制冷用的氨压缩机；两个20m?5.8m的制冰池、两个低压循环桶、四台氨泵；两座冷却塔、四台水泵、两台风机；储冰用的三座冷库以及机器间的排风机等设备。这些设备有连锁及保护等要求，需要集中控制。如按传统的电控系统设计，初略估计需60多台继电器，控制柜大约要做成宽赘咦厚=2000?2200?400的尺寸。据我们了解，其它的铁路加冰所设计时，有的没有搞集中控制，有的搞了集中控制柜，但是体积很大，或者多个控制台并列安装，占地较大，成本较高，而且都是通常的电磁控制，有些设计还没有形成整体的控制和操作。经过调查，发现有一种新设备可以用于控制回路，这就是可编程序控制器。

二、可编程序控制器概况

可编程序控制器(Programmable Controller 简称PC或PLC)是以微处理机为基础，综合了计算机技术与自动控制技术而开发的新一代工业控制器产品。它具有面向用户的编程语言，是一个完整的、通用的工业控制装置，可广泛用于各种生产机械的过程控制。

它与传统的继电控制器控制系统相比，不但接线简单，功能完善，体积小，可靠性高，而且通用性强，容易掌握。虽然它也是计算机系统，但是它的抗干扰能力足以在工业环境下正常工作。使用人员不需要掌握二次开发必须的高级语言，利用可编程的梯形图，可以象继电器的连接一样，按要求将控制线路输入到PLC内，再进行离线及在线调试后，即可正常应用。而且只要保证其内部锂电池有电，所输入的程序就不会丢失。

它的更显著的特点，在于其可编程性。如果工艺过程变化，PLC不必更换，只要将内部程序随工艺要求改动，即可适应工艺变化。这点是普通继电器系统无法比拟的。

三、实际应用

锦州站加冰所是一座设计能力为日产60ｔ块冰的较大型的铁路加冰所。它的制冷设备采用3台制冷氨压缩机，2台低压循环桶，2座冷却塔以及机器间排风机等。下面分别予以说明。

1．低压循环桶回路

每座低压循环桶配备两台氨泵，互为备用。低压循环桶保护及控制回路的一部分由浮球液位传感器提供正常液位信号及超高液位报警信号；另一部分是氨泵配套的压差控制器提供液流信号。

a．当桶内液位低于正常液位60mm时，供液电磁阀开启补液;液位回升至正常液位时，电磁阀关闭。如因设备故障，液位继续上升至警戒液位时，声光报警，关闭氨压缩机，以保护机器。

在低压循环桶补液过程中，氨泵不能启动；如氨泵已经在运转，则补液不影响氨泵运转。

b．当氨泵进出液管不能建立压差时，延时10秒后，自动关闭氨泵、声光报警。

c．冷藏库温度到上限值，自动开启氨泵；到下限值，自动关闭氨泵。

d．两台氨泵一主一备，一台因压差故障停止运转时，延时10秒，另一台自动投入运行。

2．氨压缩机回路

制冷过程中，需要不断的用冷水对氨压缩机进行冷却。在开机之前，要先确认有水(用水流继电器)，工作中断水要确认不是水中气泡(延时10秒)才能停机，以保护氨压缩机。氨压缩机有冷水流通的时候，如发生停机现象，延时20秒后，自动关闭给水电磁阀，以节约用水。

3．冷却塔水泵、风机回路

两座冷却塔各有一台风机，共配四台水泵(其中有一台为备用泵)。

控制要求为:先启动一号水泵和一号风机，这时可以启动氨压缩机。在1号水泵正常工作下，冷凝压力仍上升，至1.3MPa，表示冷凝管冷凝水量不足，则2号水泵投入运行；如冷凝压力继续上升，则在压力到达1.4MPa时，第二座冷却塔投入运行，即3号泵和2号风机运转。这样可使冷凝压力控制在1.5MPa以下。如果冷凝压力在各水泵投入运行后下降，则按预定次序顺序退出，直到冷凝压力稳定为止。

另外，4台水泵为3台运行，一台备用。工艺要求在三台水泵工作中，只要任一台发生故障停泵，备用泵应能自动投入。

4．机器间排风机回路

制冷工艺要求机器间设排风机，定时启闭，间歇式工作。要求工作3分钟，停止3分钟。

在实际应用中，利用PC机易编程的特点，画出继电器梯形图。比如机器间排风机回路设计，如果用继电器实现，需要图2电路，而用PC机实现则如图3。低压循环桶与氨泵是配套使用的，制冷自控程序框图见图4，用PC控制见图5。为了看懂输入输出关系，用文字标明的是输入输出的外部元件与可编程序控制器内部逻辑关系对应符号。

四、注意事项

PLC是一种专为在工业环境中应用而设计的电子设备，具有很强的抗干扰能力。尽管PLC适用于大多数工业环境，但它对适用场合、环境条件（如温度、湿度等）还是有一定的要求的。为了提高PLC使用可靠性，在设计过程中，采用一些措施防止PLC失效是很有必要的。

1．避开电磁波干扰源

加冰所附近的电磁干扰源不多，没有高频淬火设备、高频炉、晶闸管装置等，但是与强电系统的断路器、接触器装在同一控制装置中，其相对位置和布线走向对PC同样会有电磁干扰。为此，220V以上的电源线路或电缆不应与PLC信号线共用线槽；电气设备单独做好接地保护；按PLC安装手册上的要求布置走线及PLC与强电装置距离等。外引电缆时，信号线与交流电源线尽量布在不同的电缆沟内。如果实在无条件，则应当采用屏蔽信号电缆，或在电缆外套上金属管。

2．环境温度及湿度

PLC使用环境温度为0～55℃。正常工作环境湿度为35%～85%。由于PLC工作后，机柜内一般不会低于0℃，其安装位置在绝缘良好的机架上，且放在有人值班的控制室内，所以这些条件很容易满足。

3．防止振动和冲击

在安装使用PLC的地方，当振动和冲击超标时，会使螺钉松动，电气接触不良（如操作按钮常闭触点不能保持），使PLC工作不正常。

锦州加冰所控制室位于车站调车场南侧，除调车的机车外，没有再大的振动源，经过3年多的运行，证明PLC能承受这样的环境。

当然，如果不能远离振动源，则应在盘（柜）安装时，采取抗振防冲击的措施，如在机架上垫上防振橡胶垫，改变盘（柜）的共振频率等。

4．避免腐蚀性气体侵蚀

在有腐蚀性气体环境中，往往会使PLC的电气触点、接线端子受到腐蚀，使印刷电路板损坏，导电电阻增大或断线等故障发生。加冰所是用氨压缩机制冷，不可避免要有氨气泄漏。氨气呈弱酸性，PLC长期在这种环境中运行是不利的。实际设计中，在控制室与氨压缩机室之间的门采用周边装橡胶垫圈的密封门，尽量减少氨气对控制室的侵蚀。这对于操作人员保健也是有利的。

五、设计小结

由于采用可编程序控制器取代了普通继电器单元，控制柜外形尺寸不大，柜内只有PLC机和几台物理量传感继电器，以及几台接触器。普通继电器及时间继电器等基本不用设。

经过实际应用四年来的检验，证明可编程序控制器的可靠性是相当高的。不但PLC本身无故障，采用可编程序控制器设计控制系统，还免除了继电器系统每年需要检修调试的麻烦，其经济效益和社会效益都是明显的。我认为，如果继电器的数量超过30台，应用可编程序控制器来构成控制系统就是比较合理的。当然系统越复杂，用PLC构成就越好。

由此我们想到，在铁路设计工作中，采用一些先进技术、先进设备来逐步改变落后的现状很有必要。可编程序控制器的应用给了我们一种启迪。也为我们的设计增加了可靠性。据当时了解情况来看，国内及路内尚无用可编程序控制器在制冷方面的应用。1996年铁道部已将我院设计的此项工程评为部级优秀设计。