PLC和HMI在水源热泵自动控制系统设计实例_李刚

术与应用

2011年第4期

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PLC 和HMI 在水源热泵 自动控制系统设计实例

李 刚

（新东北电气集团电器设备有限公司，沈阳 110044）

摘要 论文针对笔者自行开发设计的水源热泵的制热机组，设计可编程控制器PLC 和触摸屏HMI 自动控制系统。

关键词：水源热泵；制热机组；可编程控制器；触摸屏

Design Case of PLC & HMI Auto-control System on WSHP

Li Gang

(New Northeast Electric Group Electrical Equipments Co., Ltd, Shenyang 110044)

Abstract This paper, designed & developed for the author's source heat pump heating unit, was designed auto-control system of PLC & HMI.

Key words ：WSHP(Water Source Heat Pump)；heating compressor unit ；PLC ；HMI

1 引言

水源热泵以其高效节能、运行稳定可靠、属于可再生能源、环境效益显著、一机多用、自动控制程度高、使用寿命可达20年以上、占地面积小等诸多优势，得到许多厂家应用。

对水源热泵而言，用可编程控制器（即PLC ）和人机界面触摸屏（即HMI ）自动控制系统较之接触器-继电器自动控制系统，硬件系统简洁明了、软件系统得天独厚。

笔者曾在吉林某地就开发设计了一套水源热泵系统，经过几年的实际应用，效果良好。笔者愿把开发设计的经验献与同仁。

2 制热系统结构

在与用户商谈时，笔者把水源热泵冬季供热，夏季也可以制冷的特点给予叙述，但用户说北方夏季高温的情况也就15-20天，不需制冷，但冬天季节时间长，保证有效供暖即可。水源热泵系统冬季工作时，地下水由潜水泵抽上来经过水源热泵机组制冷介质蒸发器和冷凝器，通过少量的高位电能输人，实现低位热能向高位热能转移。

热泵侧循环水，由用户末端设备回来的35

℃~ 40℃的水，经过水源热泵机组再制备成50℃的热水送到用户末端设备进行制热采暖。取热后的地下水通过回灌井返回到地下。水源热泵热水机组制热实际系统图如图1所示。

图1 水源热泵热水机组制热实际系统图

技术与应用

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3 自控系统主电路设计

本水源热泵自控系统包括主电路设计、控制电路设计。主电路设计包括热水泵主电路，冷水泵1/2主电路，压缩机主电路。主电路需完成的功能由热水泵起动及运转；冷水泵1和2起动及运转；压缩机起动及运转。

压缩机起动为四级有级调节，星-角起动，并有四个能量电磁阀组成。其分别是25%电磁阀、50%电磁阀、75%电磁阀、100%电磁阀。其中，25%电磁阀为

卸荷阀，其余为增加能量电磁阀。为保护压缩机设置喷液电磁阀、油位电磁阀、压缩机加热电磁阀。

水源热泵制热机组主电路简图如图2所示。

4 自控系统控制电路设计

本水源热泵自控系统包括控制回路电器设计，PLC 硬件系统设计，PLC 和HMI 的软件设计。 4.1 控制回路电器、PLC 及HMI 硬件系统设计

详见表1所示PLC 控制点数统计表。

图2 水源热泵制热机组主电路简图

表1 PLC 控制点数统计表

DI/DO AI/AO 序号

控制点名称

DI DO AI AO

1 热出水温度传感器 1

2 热回水温度传感器 1

3 冷进水温度传感器 1

4 冷出水温度传感器 1

5 喷液105℃传感器 1

6 超120℃温度传感器 1

7 防冰3℃温度传感器 1

8 超高温温度传感器 1

9 相序保护 1 10 热/冷流量开关 2 11 压缩机模块保护 1

12 自动启动 1 13 自动停止 1 14 急停 1 15 手动启动 1 16 手动停止 1 17 高压压力控制器 1 18 低压压力控制器 1

技

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P LC 和HMI 的选型

根据表1：PLC 控制点数统计，及本着够用且实用的原则，选择韩国LGK7M-DR40U 的PLC 一套及G7F-RD2A 四路模拟输入、输出扩展模块2套；LG PMU-330伪彩，5.7英吋触摸屏1块。 4.2 PLC 和HMI 系统的硬件设计

PLC 虽然抗干扰能力很强，但设计时还应该考虑电磁干扰，在控制电源回路里加上滤波器，保证PLC 有良好的接入电源。PLC 和HMI 的硬件设计见图3所示的水源热泵机组系统PLC 硬件图。

图3 水源热泵机组系统PLC 硬件图

4.3 PLC 及HMI 系统程序软件设计

PLC 与触摸屏HMI 通过RS232C 连接，触摸屏HMI 可实时显示和监控设备的运行状态，并且只需轻触触摸屏屏幕地相应位置即可向PLC 发出指令和数据，再通过PLC 完成对设备的控制，可制成多幅监控画面。

实际上，软件设计就是根据项目的工艺条件而设计完成的。软件设计的好还取决于对工艺的透切理解、以及面对对象多层次的保护。如图4所示， PLC 及HMI 程序框图。

图4 PLC 及HMI 程序框图

5 结论

水源热泵项目为吉林梅河口7800m 2中小商场供暖立项，本人于2006年开发设计的。对这个项目，本人初使的设计构思，就是设计复杂，但操作极其简单，维护简便。现在从水源热泵的主电路设计、控制电路设计、PLC 和触摸屏HMI 的设计均实现了水源热泵制热机组的工艺条件，运转良好。

该项目的成功实施，也带动了水源热泵在周边地区的进展，使之成为带标志性的项目。

参考文献

[1] 陆耀庆主编.实用供热空调设计手册（第二版）, 北

京:中国建筑工业出版社.

[2] 中华人民共和国国家标准，地源热泵系统工程技术

规范（2009年版）,GB50366-2005,中华人民共和国建设部/国家监督检验检疫总局联合发布.

[3] 徐邦裕等编著.热泵,（第1版）, 北京:中国建筑出版

社,1998.

[4] 马最良等编著.水源热泵空调系统设计. 北京:化学

工业出版社, 2004.

作者简介

李 刚（1962-），男，河北宁河人，高工，1996年东北大学工学硕士毕业，从1984年大学毕业起长期从事电气和机械系统的开发设计。