力控组态软件在冷水机组中的应用

[摘要]：三维力控组态软件为实时监测系统的设计提供了强有力的软件开发平台。它具有强大的数据采集与处理功能和动态显示的人机界面。基于三维力控组态软件的变容量水冷冷水机组的实验测控系统设计,理想地实现了冷水机组实验平台的各个测控点的实时监测工作,并保障了设备系统的可靠、高效和安全运行。
[关键词]:变容量水冷冷水机组；三维力控组态软件；动态显示；状态监测。
　　
　　概述：
　　变容量空调[1][2]调节特性良好且能效比高[3][4]，在家用空调和变频多联机（VRV）[5]等方面应用越来越广泛。通常，按照额定运行工况或最大运行工况设计变容量空调，而在实际工作过程中变容量空调常常运行在部分负荷工况，偏离了设计工况点，尤其当在较低负荷运行时，制冷循环的工作状态更远离设计工况，因此，部分负荷工况时制冷循环的性能与设计工况不同。分析变容量空调系统的运行特性，对研究其制冷效率（COP）、季节能效比（SEER）、节能、控制有着重要的意义。而先进的控制系统和灵活的组态软件,提供了实时监测和控制的技术基础。

　　基于力控组态软件的变容量水冷冷水实验测控系统,开发了灵活多样的组态方式,提供良好的用户界面和简捷使用方法,可以非常容易地实现和完成计算机集成系统的各项控制功能。它是在计算机系统基础上建立起来的一个实验平台实时监测系统,可以实现实验平台各种实验数据的计算机采集、实时/历史曲线显示，数据报表、仿真控制等一系列功能。
　　
　　1．系统概况
　　1．1 机组概况
　　实验装置原理如图1所示，总体结构上类同于一台小型变容量水冷冷水机组。制冷循环由变频压缩机1（自带吸气气液分离器11）、冷凝器2、高压储液器5、电磁阀6、过滤器7、视液镜8、电子膨胀阀3、蒸发器4等组成回路；制冷循环的制冷剂流量通过设定压缩机的转速（频率30Hz ～ 100Hz）调节，蒸发器的出口状态通过设定节电子膨胀阀的开度（0%～100%）调节。冷冻水循环系统采用闭式循环，由冷冻水恒温水箱12、水泵13、阀门14、蒸发器4等组成回路。冷却水循环采用混合水循环，由冷却水恒温水箱15、水泵16、阀门17、冷凝器2、旁通阀门18等组成。机组运行R22制冷剂。

　　1．2 实验测控系统的功能
　　变容量水冷冷水机组的实验平台主要包括以下几个功能：
　　（1）实验平台基本参数的监测
　　（2）设备启停和参数设定的仿真控制。
　　（3）数据的二次计算、记录与自动分析。

　　1．3 数据采集模块的组成
　　数据采集采用5510E母板和5018热电偶模块、5017UH模拟模块（台湾研华科技股份有限公司），通过RS232C串行口连接接到PC机，5510E母板是台湾研华科技股份有限公司开发的基于PC的PLC，共有8个扩展插槽，其扩展模块的输入和输出接口采用接插件端子，插拔方便，因此5510E主机也可以共享。

　　1．4 实验台主要测量参数
　　温度参数：蒸发器进口温度、蒸发器进口温度、压缩机出口温度、冷冻水进口温度、冷冻水出口温度、冷却水进口温度
　　冷却水出口温度。
　　压力参数：电子膨胀阀前压力、储液罐出口压力、蒸发压力、蒸发器前后压差、大气压力。

　　1．5 拟合计算及热平衡方程
　　作为实验系统测控软件，单单采集到温度压力数据还无法达到“分析”实验特性的要求。结合R22制冷剂的热物性拟和曲线与热平衡方程式，将采集的温度、压力值直接在组态软件的应用程序动作中进行计算，得到饱和液（气）体比焓、过热气体比焓，制冷（热）量、COP等制冷特性参数值并作为过程量输出存储。
　　
　　2．监测系统软件平台设计
　　实验测控系统的平台选用Windows XP操作系统，应用软件的人机界面和数据库由ForceControl6.0监控组态软件开发。ForceControl6.0监控组态软件是力控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，总结多年的开发、实践经验和大量的用户需求而设计开发的高端产品，是力控科技全体研发工程师集体智慧的结晶，该产品主要定位于国内高端自动化市场及应用，是企业信息化的有力数据处理平台,产品面向. NET开发技术，开发过程采用了先进软件工程方法，与力控早期产品相比，ForceControl6.0产品在数据处理性能、容错能力、界面容器、报表等方面产生了巨大飞跃。

　　2．1 定义I/O设备
　　从导航项目中找到“I/O设备组态”项并展开；展开类别“智能模块”选择合适的设备厂商，这里选择“ADVANTECH（研华）”；选择合适的设备型号，这里选择“ADAM5000-E”；在的“I/O设备定义”对话框中定义设备参数

　　2．2 创建实时数据库并进行连接
　　在导航器中找到数据库组态，开始创建监控系统的数据库。系统中所采集的温度、压力点与计算所得的比焓值、阀门开度，变频器频率等都要保存在数据库中。在建立数据库时，首先按照点类型创建新点，对其参数进行设置，然后把已创建的点和点参数与I/O设备检测到的某一具体数据项建立映射关系，当这一关系建立后，数据库中的点和点参数才与来自I/O设备的数据源建立了一个数据链路。

　　2．3 人机界面
　　系统的人机界面由数据采集主画面、控制及报警窗口、趋势曲线窗口，数据报表窗口、实时压焓图和历史数据压焓图。

　　（1）数据采集主画面
　　数据采集主画面将采集扳得到的温度、压力和二次计算所得的比焓等数值实时显示并在趋势曲线中显示。如图2。
　　

（2）控制及报警窗口
　　控制及报警窗口包含变频器、电磁阀、冷冻水泵、冷却水泵的开关控制。变频器（30Hz-100Hz）、电子膨胀阀（0%-100%）、冷冻水和冷却水温度（0℃-50℃）、冷冻水和冷却水的电加热器（0%-100%）冷冻水和冷却水的流量计（0L/M-40L/M）的设定值。
　　报警软件
　　

　　（3）操作运行窗口
　　系统操作运行窗口显示整个系统的运行画面，如图4。画面可以实时地显示每个测量点的温度、压力等参数值，以动画的形式模拟显示控制过程中制冷剂流动、冷冻水循环系统、冷却水循环系统、电子膨胀阀和压缩机等执行机构的运行状态。
　　

　　（4）趋势曲线窗口
　　实时曲线窗口显示采集点温度、压力的实时变化趋势曲线，通过该曲线可以形象地观察各运行工况下系统动态变化的趋势。趋势曲线可以任意显示其中任何一个测量点实时或历史数据曲线，并可对时间轴（X轴）与参数测量范围（Y轴）进行缩放的操作，即可显示1分钟至12小时数据查看、1倍至八倍的Y轴的缩放。并且可对曲线中任意一段局部放大。

　　（5）数据报表窗口
　　在此窗口可以查阅系统的实时数据报表，或根据条件查询历史数记录并生产历史数据报表，还可根据需要进行编辑和打印。可以导出到EXCEL表格以便数据分析。

　　（6）压焓图窗口
　　这个窗口是此平台的一个创新点，首先由组态软件拟合出制冷剂的饱和液体线与饱和气体线，将采集到的压力与比焓值显示在压焓图上，极大地方便了实验分析研究。
　　实时压焓图将采集所得的压力值与计算所得的比焓值实时显示在压焓原理图上。
　　历史压焓图可以最多同时显示8个不同的运行工况循环曲线。如图5所示。
　　

　
　
　　3．结束语
　　本文在项目开发过程中形成，系统投入运行后，效果良好稳定。经过连续运行表明：系统设计合理、投入成本较低、开发周期短，运行稳定、既减轻了工作人员的劳动强度，又提高了数据采集准确度，是一种实验测控系统设计的新思路，具有较高的实用和推广价值。