力控組態軟件在冷水機組中的應用

[摘要]：三維力控組態軟件為實時監測系統的設計提供了強有力的軟件開發平臺。它具有強大的數據采集與處理功能和動態顯示的人機界面。基于三維力控組態軟件的變容量水冷冷水機組的實驗測控系統設計,理想地實現了冷水機組實驗平臺的各個測控點的實時監測工作,并保障了設備系統的可靠、高效和安全運行。
[關鍵詞]:變容量水冷冷水機組；三維力控組態軟件；動態顯示；狀態監測。
　　
　　概述：
　　變容量空調[1][2]調節特性良好且能效比高[3][4]，在家用空調和變頻多聯機（VRV）[5]等方面應用越來越廣泛。通常，按照額定運行工況或最大運行工況設計變容量空調，而在實際工作過程中變容量空調常常運行在部分負荷工況，偏離了設計工況點，尤其當在較低負荷運行時，制冷循環的工作狀態更遠離設計工況，因此，部分負荷工況時制冷循環的性能與設計工況不同。分析變容量空調系統的運行特性，對研究其制冷效率（COP）、季節能效比（SEER）、節能、控制有著重要的意義。而先進的控制系統和靈活的組態軟件,提供了實時監測和控制的技術基礎。

　　基于力控組態軟件的變容量水冷冷水實驗測控系統,開發了靈活多樣的組態方式,提供良好的用戶界面和簡捷使用方法,可以非常容易地實現和完成計算機集成系統的各項控制功能。它是在計算機系統基礎上建立起來的一個實驗平臺實時監測系統,可以實現實驗平臺各種實驗數據的計算機采集、實時/歷史曲線顯示，數據報表、仿真控制等一系列功能。
　　
　　1．系統概況
　　1．1 機組概況
　　實驗裝置原理如圖1所示，總體結構上類同于一臺小型變容量水冷冷水機組。制冷循環由變頻壓縮機1（自帶吸氣氣液分離器11）、冷凝器2、高壓儲液器5、電磁閥6、過濾器7、視液鏡8、電子膨脹閥3、蒸發器4等組成回路；制冷循環的制冷劑流量通過設定壓縮機的轉速（頻率30Hz ～ 100Hz）調節，蒸發器的出口狀態通過設定節電子膨脹閥的開度（0%～100%）調節。冷凍水循環系統采用閉式循環，由冷凍水恒溫水箱12、水泵13、閥門14、蒸發器4等組成回路。冷卻水循環采用混合水循環，由冷卻水恒溫水箱15、水泵16、閥門17、冷凝器2、旁通閥門18等組成。機組運行R22制冷劑。

　　1．2 實驗測控系統的功能
　　變容量水冷冷水機組的實驗平臺主要包括以下幾個功能：
　　（1）實驗平臺基本參數的監測
　　（2）設備啟停和參數設定的仿真控制。
　　（3）數據的二次計算、記錄與自動分析。

　　1．3 數據采集模塊的組成
　　數據采集采用5510E母板和5018熱電偶模塊、5017UH模擬模塊（臺灣研華科技股份有限公司），通過RS232C串行口連接接到PC機，5510E母板是臺灣研華科技股份有限公司開發的基于PC的PLC，共有8個擴展插槽，其擴展模塊的輸入和輸出接口采用接插件端子，插拔方便，因此5510E主機也可以共享。

　　1．4 實驗臺主要測量參數
　　溫度參數：蒸發器進口溫度、蒸發器進口溫度、壓縮機出口溫度、冷凍水進口溫度、冷凍水出口溫度、冷卻水進口溫度
　　冷卻水出口溫度。
　　壓力參數：電子膨脹閥前壓力、儲液罐出口壓力、蒸發壓力、蒸發器前后壓差、大氣壓力。

　　1．5 擬合計算及熱平衡方程
　　作為實驗系統測控軟件，單單采集到溫度壓力數據還無法達到“分析”實驗特性的要求。結合R22制冷劑的熱物性擬和曲線與熱平衡方程式，將采集的溫度、壓力值直接在組態軟件的應用程序動作中進行計算，得到飽和液（氣）體比焓、過熱氣體比焓，制冷（熱）量、COP等制冷特性參數值并作為過程量輸出存儲。
　　
　　2．監測系統軟件平臺設計
　　實驗測控系統的平臺選用Windows XP操作系統，應用軟件的人機界面和數據庫由ForceControl6.0監控組態軟件開發。ForceControl6.0監控組態軟件是力控科技根據當前的自動化技術的發展趨勢，總結多年的開發、實踐經驗和大量的用戶需求而設計開發的高端產品，是力控科技全體研發工程師集體智慧的結晶，該產品主要定位于國內高端自動化市場及應用，是企業信息化的有力數據處理平臺,產品面向. NET開發技術，開發過程采用了先進軟件工程方法，與力控早期產品相比，ForceControl6.0產品在數據處理性能、容錯能力、界面容器、報表等方面產生了巨大飛躍。

　　2．1 定義I/O設備
　　從導航項目中找到“I/O設備組態”項并展開；展開類別“智能模塊”選擇合適的設備廠商，這里選擇“ADVANTECH（研華）”；選擇合適的設備型號，這里選擇“ADAM5000-E”；在的“I/O設備定義”對話框中定義設備參數

　　2．2 創建實時數據庫并進行連接
　　在導航器中找到數據庫組態，開始創建監控系統的數據庫。系統中所采集的溫度、壓力點與計算所得的比焓值、閥門開度，變頻器頻率等都要保存在數據庫中。在建立數據庫時，首先按照點類型創建新點，對其參數進行設置，然后把已創建的點和點參數與I/O設備檢測到的某一具體數據項建立映射關系，當這一關系建立后，數據庫中的點和點參數才與來自I/O設備的數據源建立了一個數據鏈路。

　　2．3 人機界面
　　系統的人機界面由數據采集主畫面、控制及報警窗口、趨勢曲線窗口，數據報表窗口、實時壓焓圖和歷史數據壓焓圖。

　　（1）數據采集主畫面
　　數據采集主畫面將采集扳得到的溫度、壓力和二次計算所得的比焓等數值實時顯示并在趨勢曲線中顯示。如圖2。
　　

（2）控制及報警窗口
　　控制及報警窗口包含變頻器、電磁閥、冷凍水泵、冷卻水泵的開關控制。變頻器（30Hz-100Hz）、電子膨脹閥（0%-100%）、冷凍水和冷卻水溫度（0℃-50℃）、冷凍水和冷卻水的電加熱器（0%-100%）冷凍水和冷卻水的流量計（0L/M-40L/M）的設定值。
　　報警軟件
　　

　　（3）操作運行窗口
　　系統操作運行窗口顯示整個系統的運行畫面，如圖4。畫面可以實時地顯示每個測量點的溫度、壓力等參數值，以動畫的形式模擬顯示控制過程中制冷劑流動、冷凍水循環系統、冷卻水循環系統、電子膨脹閥和壓縮機等執行機構的運行狀態。
　　

　　（4）趨勢曲線窗口
　　實時曲線窗口顯示采集點溫度、壓力的實時變化趨勢曲線，通過該曲線可以形象地觀察各運行工況下系統動態變化的趨勢。趨勢曲線可以任意顯示其中任何一個測量點實時或歷史數據曲線，并可對時間軸（X軸）與參數測量范圍（Y軸）進行縮放的操作，即可顯示1分鐘至12小時數據查看、1倍至八倍的Y軸的縮放。并且可對曲線中任意一段局部放大。

　　（5）數據報表窗口
　　在此窗口可以查閱系統的實時數據報表，或根據條件查詢歷史數記錄并生產歷史數據報表，還可根據需要進行編輯和打印。可以導出到EXCEL表格以便數據分析。

　　（6）壓焓圖窗口
　　這個窗口是此平臺的一個創新點，首先由組態軟件擬合出制冷劑的飽和液體線與飽和氣體線，將采集到的壓力與比焓值顯示在壓焓圖上，極大地方便了實驗分析研究。
　　實時壓焓圖將采集所得的壓力值與計算所得的比焓值實時顯示在壓焓原理圖上。
　　歷史壓焓圖可以最多同時顯示8個不同的運行工況循環曲線。如圖5所示。
　　

　
　
　　3．結束語
　　本文在項目開發過程中形成，系統投入運行后，效果良好穩定。經過連續運行表明：系統設計合理、投入成本較低、開發周期短，運行穩定、既減輕了工作人員的勞動強度，又提高了數據采集準確度，是一種實驗測控系統設計的新思路，具有較高的實用和推廣價值。