摘 要 本文介紹組合式恒溫恒濕空調控制系統，其室內機和室外機分別配有一個控制器，兩個控制器通過串口通訊的方式傳遞控制信息和機組狀態信息。本系統的控制器采用和利時LM系列PLC，利用CPU上自帶的串口組成通訊網絡，并采用系統自帶的功能庫完成了通訊程序的編寫，方便和可靠地實現了系統的功能。
1 引言
恒溫恒濕空調廣泛應用在對環境要求較高的博物館、實驗室以及精密儀器生產線等場合。本文討論組合式恒溫恒濕空調控制系統。組合式恒溫恒濕空調是對一體式恒溫恒濕空調的改進主要體現在空調的結構形式上。所謂組合式空調，是指將空調機組拆分成兩個部分，一部分為室內機，一部分為室外機。這樣，不僅能夠節省機組的安裝空間，而且還可以使機組的運輸和安裝等工作更加方便。本系統的另一項改進是在室內機與室外機上各采用一個控制器，兩個控制器通過通訊的方式交換信息，通訊只需要一根2芯的屏蔽通訊電纜。與單控制器系統相比，本系統能夠將減少大量的遠距離接線，不僅符合節約環保的設計思想，而且大大提高了系統的可靠性，節省了安裝時間，減少了系統維護的工作量。
2 組合式恒溫恒濕空調控制系統設計
組合式恒溫恒濕空調系統分為室內機與室外機兩個部分。室外機的主要部件包括壓縮機、冷凝器、冷凝風機、四通閥和冷凝壓力開關等。室內機的主要部件包括送風機、表冷器、熱水盤管、電加熱、加濕器和過濾段等。室外機包括4個渦旋式壓縮機、2個冷凝風機和4個四通閥。每兩個壓縮機對應一個冷凝風機，每個壓縮機對應一個四通閥。切換四通閥能夠完成空調機組從制冷工況到制熱工況的切換。室內機主要完成空調機組送風和調濕過程。為了減少室內機和室外機之間的連接電纜，本系統在室內機與室外機上分別采用一個LM控制器LM3109，兩個控制器通過自帶的RS485接口連接，并把室內機作為主機，向從機發送控制指令和狀態查詢指令。主機上的RS232接口連接一個5.6英寸的彩色觸摸屏HT6000，用于空調工況監視、用戶參數和廠家參數的設置。組合式恒溫恒濕空調控制系統結構圖如圖1所示。
圖1 組合式恒溫恒濕空調控制系統結構圖
3 控制器的通訊處理
為了采用兩個LM3109控制器實現室內機與室外機的數據交換，需要在控制器中進行通訊配置和程序編寫。控制器的程序開發軟件帶有通訊功能庫，并且完全支持IEC61131-3的六種語言，可以使比較復雜的通訊過程能夠在控制器中方便地實現。室外機的通訊程序流程圖如圖2所示，采用Modbus RTU通訊協議。在室外機，首先初始化RS485接口的波特率、數據位、校驗位、停止位等參數，再初始化其為Modbus從站，并且設置Modbus從站地址。調用圖3中的通訊初始化功能塊即可完成Modbus從站的初始化工作。最后要做的就是把從機中的狀態信息有規律的放到控制器的可尋址區M區中，以備主機讀取。控制器的編程軟件支持ST語言，可以方便的處理需要交換的數據。圖4位采用ST語言編寫的程序，作用是把壓縮機和四通閥的狀態信息賦值給數據位%MX1300.0~%MX1300.7，主機通過讀取這些地址內的數值就可以獲得室外機的狀態信息。從圖4可見，數據處理很方便，程序的可讀性也很高，在調試時各個數據的狀態一目了然。
圖2 室外機的通訊程序流程圖
圖3 控制器通訊初始化功能塊
圖4 控制器通訊數據處理
圖5為室內機通訊程序流程圖。室內機控制器為Modbus主站。在沒有控制命令時，室內機向室外機發送Modbus查詢指令，查詢室外機的運行狀態。當有開機、停機或加降載等需求時，室內機向室外機發送控制指令。室內機還對室外機返回的數據做CRC校驗，校驗成功后才進行下一次控制命令的發送，從而避免了外界干擾對室外機的誤操作，保證了系統具有較高的可靠性。CRC校驗只需要調用一個功能塊即可，如圖6所示。
圖5 室內機通訊程序流程圖
圖6 控制器CRC校驗功能塊
4 壓縮機保護及故障處理
組合式恒溫恒濕空調機組的控制功能主要包括系統啟動、能量調節、溫度濕度控制、除霜、壓縮機保護以及故障處理等。其中系統啟動、能量調節、溫度濕度控制除霜等功能與其他的空調系統基本相同，這里不再贅述。由于此系統是分成室外機與室內機兩個部分的，所以壓縮機保護及故障處理與常規的空調系統有所不同。在本系統中，室外機和室內機都具有保護功能。例如，壓縮機不滿足最小運行時間時，室內機不會向室外機發送停機指令。而當壓縮機出現高壓、過載等故障時，室外機會自行停機保護，而無需等待室內機的停機指令。在故障處理方面，室外機也可以對一些故障自行處理，例如低壓故障，在60分鐘連續出現3次才上報給室內機，否則室外機自行處理。當通訊出現故障時，室外機也會自動停止壓縮機運行，并且發出報警信號。這樣使室內機和室外機既獨立又統一，避免因通訊延時或通訊故障對壓縮機造成損害。
5 系統操作界面
本系統的操作界面采用和利時HT6600系列觸摸屏制作。這款觸摸屏為5.6英寸彩色觸摸屏。操作界面可以完成廠家參數以及用戶參數的設置、記錄系統報警信息、監視系統的運行工況等功能。設置廠家參數需要擁有最高級得權限，設置用戶參數也需要具有操作員權限，避免其它人員的誤操作。圖7為系統主界面，操作員可以進行目標溫度、濕度設置，選擇運行工況，進行開機停機等操作，操作人員需要具有操作員權限。圖8為參數設定選擇界面，廠家可以選擇相應的選項進行參數設置，這些參數都是廠家參數，不開放給空調用戶，設置這些參數需要具有最高權限。圖9為系統運行監控界面，這里可以監視系統中各個設備的運行狀況。當系統報警時，系統會自動切換到報警界面上。
圖7 系統主界面
圖8 參數設定選擇界面
圖9 系統運行監控界面
6 應用特點
基于和利時LM系列PLC的組合式恒溫恒濕空調控制系統具有如下特點：
（1）可靠性
和利時LM系列PLC自帶的RS485串口具有很強的抗干擾能力。雖然此系統中有一個37KW的變頻器，但是系統通訊完全不受影響。從現場的使用情況看，壓縮機、風機等通過通訊控制的設備均可以快速響應室內機的指令。
（1）易用性
和利時LM系列PLC功能庫中的通訊功能塊使得兩個控制器通訊更加方便。除了支持梯形圖語言外，編程軟件還支持ST語言，適于通訊程序的批量處理，也使通訊程序的調試和監控更加方便。
（1）智能性
和利時LM系列PLC中的溫度采集模塊均為智能型。本系統采用4通道熱電阻采集模塊，每個通道均能進行短路和斷線檢測。當通道故障或傳感器接線出現短路或斷線等問題時，系統能夠及時進行機組保護，避免機組收到損害。
參考文獻
[ 1 ] 梁志國，基于PLC的中央空調控制系統設計[J]，承德石油高等專科學校學報
[ 2 ] 李援英，中央空調操作與維護[M]，機械工業出版社
[ 3 ] 和利時公司，Modbus通訊協議簡化，2008
[ 4 ] 馮玉琪、王強、劉旭等，《中央空調選型、調試、控制和維修》，人民郵電出版社
[ 5 ] 和利時公司，HOLLiAS LM小型可編程控制器硬件手冊，2008
作者簡介：劉雍，東北大學碩士研究生畢業，研究方向自動控制，現任北京和利時自動化驅動技術有限公司行業技術支持。
