基于蓝普锋PLC的毛细管网敷设空调控制系统

1 概述

毛细管网辐射空调系统是一组健康节能的新型空调、热水、地暖、除尘等家装电气系统。更是高科技对于人类追求更健康、舒适的回报。从普通空调到变频空调再到新风机。普通空调的二十四小时制冷，机组无时无刻不在运作，电费昂贵，噪音大这些问题一直围绕着生活。变频空调这是从节能的方面改进了空调的现状。但是无论是普通空调还是变频空调他们无不是在一个密闭的空间内不停地进行着压缩制冷，空气依旧是那污浊不堪的空气。新风机顾名思义它与传统空调的最大区别在于新风上，从室外引进新风经过过滤、杀菌输送到室内，保持室内一整天新鲜空气不断。而毛细管网辐射空调系统则是用毛细管网系统铺设在房间顶棚，墙壁和和地板内，由于毛细管网间隔非常小，则能够使得房间顶棚或地板的温度基本均匀一致。在这种情况下，传热形式为辐射60％对流40％的形式使得此种制冷或供暖形式等同于自然界物体间的动态热平衡规律，因此这一静态制冷及自然温暖的环境使人体感到非常舒适，不会产生常规空调由于需要满足制冷量或制热量而采用高风速时带来的不舒服的吹风感和相应的干燥感觉。相对低的空气流速实现了完全的“安静制冷”。相对于平均环境辐射温度的室内空气温度相对偏高，这对于人体的呼吸器官的健康有利。因此减少了风湿病和呼吸道疾病患病的几率。换热面积最大＋可铺装绝对面积最大＋换热均匀，这就是毛细管网不可替代的优势。

目前，大部分毛细管网敷设空调控制采用单片机等专用控制器控制，但随着项目施工现场的不同功能不断增加，对控制器的性能、处理能力、稳定性、环境适应性、开放性和通讯能力等提出了更高要求。从发展趋势看，传统的单片机控制器在实现毛细管网敷设空调控制功能时其劣势逐步显现。首先，单片机控制器不提供用户可编程的环境，所有控制程序需由单片机控制器厂商完成，既不利于提高工作效率，也不利于生产厂商的知识产权保护。其次，相比经受各类恶劣环境考验的PLC而言，单片机控制器的稳定性及可靠性要差一些。单片机控制器的信号处理能力，特别是模拟量调节能力比PLC要差，最后一点，单片机控制器在开放接口和网络的互联互通上性能要差一些，不利于构建智能家居物联网系统。潮湿季节空调房间结露现象严重，为了解决这些问题，本文设计了基于RPC2000系列可编程控制器的毛细管网敷设空调控制系统，并且取得了良好的效果。

2 毛细管网敷设空调控制系统的工作原理与方案设计

在设计毛细管网敷设空调控制系统时，首先要考虑系统的稳定性和可靠性，其次要考虑系统的开放性和先进性。本文旨在设计一种基于PLC和触摸屏的毛细管网敷设空调控制系统。通过PLC和触摸屏HMI，结合组态编程，构建良好的人机界面，同时实现监控、监测、报警、参数设定、故障查询、数据记录等功能，使得控制过程简化，改善工作条件，最大程度上改善设备投入，降低生产成本。

毛细管网敷设空调控制系统中PLC负责数据采集和控制，触摸屏HMI负责数据显示、指令发送和参数设定。在本次设计的毛细管网敷设空调控制系统中，PLC主要实现夏夏季制冷、冬季采暖、通风、除湿和度假的5个模式，具有一键启动/关闭系统功能，具有过滤网、交换芯提醒清洗更换功能，通风模式具有纯通风、除湿和加湿的功能。

3毛细管网敷设空调控制系统的硬件选型与配置

PLC或基于PLC技术的专用控制器是毛细管网敷设空调控制系统的核心基础部件，控制器的选择决定了毛细管网敷设空调控制系统的性能和档次。从产品性能、稳定性、开放性等方面考虑，本方案设计的毛细管网敷设空调控制系统的硬件平台选择RPC2000系列PLC。

RPC2000系列PLC是北京蓝普锋科技有限公司开发的新一代PLC产品，该产品融先进、实用的信号处理技术、通讯技术、计算机技术和自动控制技术于一身，在性能、质量、可靠性、稳定性、开放性和易用性等方面达到了国际先进水平^[3]。

RPC2000系列PLC为模块式结构，模块种类丰富，包括CPU、DI、DO、AI、AO、热电偶、热电阻、热敏电阻、交流信号采集等模块，以及GPRS、Profibus等通讯模块。RPC2000系列PLC具有如下优点：

（1）CPU性能优越，单指令处理时间为0.06μs，CPU本体自带RS232和RS485串口各一个，单CPU可扩展10个模块。

（2）可直接采集交流信号，并实现电气保护功能。

（3）编程语言符合IEC61131-3国际标准，具有ST、LD、IL、FBD和SFC五种语言。

（4）支持各类标准软硬件接口，可与各类组态软件和人机界面无缝集成。

（5）支持Modbus、GPRS、Profibus等通讯协议，可与各类设备互联互通。

（6）接线端子可插拔，方便系统实施和售后维护。

（7）具有良好的环境适应性，电磁兼容性好，抗干扰能力强。

在控制逻辑的硬件配置部分，综合了功能的实现及生产成本，采用的控制器为蓝普锋RPC2000系列PLC，CPU模块选用具有14路开关量输入和10路开关量输出的RPC2107，扩展模块选用4路热电阻输入的RPC2312，8路模拟量输入的RPC2313，2路模拟量输出的RPC2320，即可以实现毛细管网敷设空调控制系统的基本功能。

4毛细管网敷设空调控制系统的控制逻辑程序设计

毛细管网敷设空调控制系统的程序采用了模块化设计，程序结构清楚，并且降低了程序的设计难度。控制系统要求用户只需在触摸屏上选择“离家”或“回家”模式。系统根据选择的模式自动控制地源热泵、除湿新风热泵、新风机风机、除湿用比例积分三通水阀、热换中心水泵和比例积分三通水阀、除湿后新风回温水泵和比例积分三通水阀等。

PLC控制5个模式：夏季制冷、冬季采暖、通风、除湿、度假。

• 夏季制冷：

控制目标：1、地源热泵、除湿新风热泵；2、新风机风机、除湿用比例积分三通水阀；3、换热中心水泵、比例积分三通水阀；4、除湿后新风回温水泵和比例积分三通水阀。

1、通过RS485通讯启动热泵1和热泵2，并将模式设定为制冷，水温根据设置中的设置参数运行；并启动回温用水泵。

2、启动新风机风机，并采用除湿用比例积分三通水阀来控制新风机除湿后的风温，控制比例积分三通水阀来控制除湿后风温，风温8-14℃可设置，默认为10℃；控制回温用比例积分三通阀来控制送风风温，风温10-24℃可设置，默认为18℃。

3、当回风湿度低于70%后，如换热中心1设置为启用，方可启动换热中心1的水泵，同时采用比例积分三通水阀来控制送水水温。

4、当回风湿度低于70%后，如换热中心2设置为启用，方可启动换热中心2的水泵，同时采用比例积分三通水阀来控制送水水温。

5、启动防结露控制。

防结露控制：

当某房间的湿度传感器的湿度>露点设定值（默认为95%，从90-100%可设），打开补充送风风阀，同时通过RS485通知该房间的温控器关闭电热执行器。新风机打开混风风阀进入混和回风状态加速除湿。

当该房间的湿度传感器的湿度<露点设定值时，通过rs485通知该房间的温控器打开电热执行器，新风机关闭混风风阀。< span="">

6、VOC空气质量控制

当回风VOC<设定值时，打开混风风阀进入节能新风状态；当回风>设定值+回差，且湿度<露点设定值时；关闭混风风阀进入全新风状态。< span="">

• 冬季采暖

控制目标：

1、地源热泵、除湿新风热泵；2、新风机风机、除湿用比例积分三通水阀；3、换热中心水泵、换热中心比例积分三通水阀。

1、通过RS485通讯启动热泵1和热泵2，并将模式设定为制热，回水温度设定为40℃；

2、启动新风机风机，并采用除湿用比例积分三通水阀来控制新风机送风风温，风温16-25℃可设置，默认为20℃；

3、并通过控制加湿电磁阀来控制回风湿度。

当检测到回风湿度≤加湿湿度设定，打开加湿电磁阀；

当检测到回风湿度≥加湿湿度设定+加湿回差，关闭加湿电磁阀。

4、如果混水中心1被设定为启用，采用比例积分三通水阀来控制混水中心1的送水水温，水温24-45℃可设置，默认为35℃。

5、如果混水中心2被设定为启用，采用比例积分三通水阀来控制混水中心2的送水水温，如果是设定为定水温，水温24-65℃可设置，默认为35℃。若被设定为气候补偿的话，则采用气候补偿采暖功能自动设置出水水温：

• 通风

控制对象：风机，新风阀，混风阀，热泵，比例积分三通阀，回温水泵，加湿电磁阀

1、刚开启初始状态：风机保持低速运转、新风阀打开，混风阀关闭，热泵、三通阀、回温水泵、加湿电磁阀均关闭。

2、关闭状态：关机或切换模式

3、当如果回风湿度>除湿湿度（70-100%可设，默认为70%），进入以下除湿运行。

• 除湿运行

（1）通过RS485通讯启动热泵1和热泵2，并将模式设定为制冷，水温根据“高级设置”中的设置参数运行；并启动回温用水泵。

（2）并采用除湿用比例积分三通水阀来控制新风机除湿后的风温，控制比例积分三通水阀来控制除湿后风温，风温10-18℃可设置，默认为14℃；控制回温用比例积分三通阀来控制送风风温，风温10-24℃可设置，默认为20℃。

（3）退出除湿运行：当回风湿度<65%，退出除湿运行，回到刚开启初始状态。< span="">

（4）当如果回风湿度<加湿湿度设定（此值可设10-60%，默认为40%），进入以下加湿运行。< span="">

• 加湿运行

（1）开启状态：当检测到回风湿度≤加湿湿度设定，打开加湿电磁阀；

（2）关闭状态：当检测到回风湿度>加湿湿度设定+加湿回差(默认为10%，1-20%可设)，关闭加湿电磁阀，回到刚开启初始状态。

• VOC空气质量控制

当回风VOC<设定值时，打开混风风阀进入节能新风状态，当回风voc>设定值+回差时，关闭混风风阀进入全新风状态。

1.       度假模式

2. 过滤网清洗提醒功能

3. 过滤网更换提醒功能

4. 热交换芯清洗提醒功能

5. 热交换芯更换提醒功能

5 毛细管网敷设空调控制系统的触摸屏程序设计

触摸屏主要实现房间气候数据查阅、报警指示、故障查询、参数设置、数据记录等功能。为了使用户更方便地使用触摸屏进行控制，在主控界面只设计一个按钮，用户选择“回家”或是“离家”模式，方便简洁。在参数设定界面上可以设定众多参数，用户可以根据自己的需求来进行设定。数据记录和故障查询画面可以供用户查询历史数据和故障信息。另外，触摸屏中还设置了诸多提示功能，方便用户操作。触摸屏的主控画面如图1所示，参数画面如图2所示。

图1 触摸屏的主控画面

图2 触摸屏的参数画面

6 系统特点

本文设计的毛细管网敷设空调控制系统使用简单，操作方便，和自动防结露的保护能够很好地满足控制需求，而且可靠性高，设备投入少，维护方便，成本低，能够达到最初的设计目的。

参考文献

[1]邵宗义.毛细管网供热供冷特性分析与工程应用研讨.供热制冷

[2]任杰,兰海,周井明.毛细管网平面辐射系统应用与推广.供热制冷

[3]北京蓝普锋科技有限公司网站www.runpower.cn，2014年