S7-1200PLC在超市空调节能系统中的应用

1 项目简介

　　中央空调系统是现代大型建筑特别是大卖场必不可少的配套设施之一，其电能消耗之大，约占建筑物总电能消耗的50%。降低空调系统的电能消耗对于节能减排意义和作用是不言而喻的。

　　本项目是为国内某大型超市连锁店中央空调设计的自动控制系统。该店中央空调设备由2台冷冻机组和10台AHU空调机以及相匹配的冷却泵、冷冻泵和冷却塔风机等组成。

2 工艺流程介绍

　　整个超市中央空调的控制系统是在西门子公司的SIMATIC系统软硬件平台上，通过系统集成、自主开发，研制成一套适宜的、稳定的、先进的控制系统，使该店各楼的中央空调设备达到运行平稳、高效节能的应用效果。

　　整个控制系统的结构框图如下：
 

（一） 冷冻机控制系统

　　该超市中央空调有二台450冷吨的冷冻机。采用西门子s7-1200PLC，根据季节和气温温差的变化，用比例积分控制（PID算法）来调节冷冻机的负载。

（二） AHU控制系统

　　该超市的每台AHU空调机都有一个AHU控制箱单独控制，整个系统共有10个AHU控制箱,具体分布为：一层1个，二层3个，三层4个，四层2个。系统对这些分布在各个楼层的空调机实现一对一单独控制。

　　根据区域温度与设定值之偏差，用比例积分控制来调节送风机的频率和水阀的开度，使温度达到设定值，以致达到最佳工作状态。送风机频率降低，按照P=U*I的计算公式，那么电能是按平方关系减少。而水阀的自动调节，可以有效的节省冷冻机的冷量输出，使之运行在最佳的负载状态下，这是手动控制没法满足的。

　　根据CO2的浓度，用比例积分控制来调节新风阀的开度，引入室外新风，让室内活动的人感到舒适，同时可保证室外新风对温度影响降到最小，以达到节能效果。

（三） 水循环控制系统

　　与中央空调匹配的冷却水循环系统和冷冻水循环系统，分别由三台55KW的冷却泵和三台55KW的冷冻泵、二个冷却塔及其冷却风机组成。

　　根据冷却水回水温度和供水温度差，来调节冷却泵的频率，只要满足冷冻机的负载输出就可以，此时冷却泵频率的降低就是能量的节省（必须满足冷冻机的最小冷却水流量，否则会引起喘振）。根据冷冻水回水温度和供水温度，可调节冷冻机负载的输出，而根据冷冻水流量来调节冷冻泵的频率，同时满足冷冻机的最小冷冻水流量，此时可通过调节旁通阀保证。通过调节中央空调系统最大的用电设备冷冻机的负载，那么电能的节省空间还是蛮大的，毕竟满负荷运转的条件不多。

上位机监控系统

　　在西门子工业组态软件WinCC的平台上，我们专门开发了一套能源监控软件。除了空调外，该软件还有与照明、配电、消防等系统的通讯接口，该软件可以实时监控这些设备的运行情况，及时调整耗电设备的运行参数，定时记录运行数据，为以后作进一步的能源分析和管理提供原始数据。

3 方案确定

　　由于系统是在一栋大楼里分布式分布的，所以要使用分布式IO或者多个控制之间通讯完成控制工艺。方案一s7-300PLC或s7-400PLC通过Profibus-DP网络连接远程IO。方案二S7-1200直接通过以太网实现通讯。

　　方案一可以实现功能和工艺要求，但需要布置PROFIBUS-DP网络线，S7-300或S7-400主站出现问题的话会使整个系统处于瘫痪状态。

　　方案二，由于大楼内有现成的以太网网络，通过S7-1200集成的PROFINET接口就能将若干个S7-1200组成一个网络，省去了布线的成本。网络中的任意一个S7-1200站出问题的话不会影响其他站点的正常工作。

4 产品硬件配置

　　系统硬件配置清单如下：
 

自控系统设备配置表（1）




 

5 软件开发

　　系统组成，一个冷冻机房，和10个空调机房。

　　（1）冷冻机房变频控制系统
 

（2）空调机房控制系统
 

　　本系统个主要目的是在保证超市舒适度的前提下节约更多的能源（电能），节能主要分成

1， 冷冻机的节能

　　主要通过急时的加减机，或提高，降低冷冻机的出水温度节约能源，通过S7-1200的RS485接口和冷冻机进行通讯。

2， 循环系统的节能

　　通过调整冷冻泵，冷却泵的频率和冷却塔的控制，提高主机运行效率。

3， 空调末端的节能

　　根据温度调整风机的频率和冷冻水阀的开度（PID控制）。

6 应用体会

　　本次使用S7-1200，节约了整个项目的成本，和施工的难度（不用布置网络线路）节约了项目周期。由于之前本人经常使用S7-300的PLC，觉得S7-1200比S7-200更兼容于S7-300PLC基本不用熟悉就能上手应用。

　　使用PROFINET，使调试项目变得更容易和简便。省去了每次下载程序都要拿着编程电缆去现场。

7 意见与建议

　　S7-1200中没有上载指令要分两次将项目上传比较麻烦，没有语句表功能不能使用指针。不能与WINCC直接连接要通过PC-Access连接。 

参考文献
[1] 深入浅出西门子S7-1200PLC

作者简介：
陈文奇（出生年-1980），男，上海，本科，上海迪普自动化技术有限公司，手机15601807791，E-mail:cwq985@126.com