一、项目概述

合肥国家实验室冷热源改造项目自控方案，自控系统需满足以下要求：

1、要求PLC品牌为西门子。

2、协议要求为MODBUS TCP。

3、PLC的IP地址为甲方指定,或可修改。

4、下位机作为客户端发送数据至上位机指定地址，每个房间一个数据地址表。

5、所有温湿度均以浮点数形式提供。

6、房间需求的温湿度和压差可由上位机控制，其他均由空调系统自行控制调节，达到需求温湿度和压差。

 

二、系统架构

本系统上位机软件使用西门子WINCC软件，编程软件使用TIA PortalV17软件

 

三、控制原理

方案一

实验室内部独立设置一套PLC系统，将本房间内所有设备（设备包含：中温水温度、流量，工艺冷却水温度、流量，新风温度、湿度、压力，房间温度、湿度，内外压差，主要空调设备状态）接入房间PLC系统，实验人员可通过房间PLC系统对本房间内设备进行控制。

通过房间PLC系统将数据与全厂系统进行共享，操作人员可通过上位画面监视实验室环境参数，同时实验人员可通过房间面板查看全厂空调、冷热源设备运行情况。

此方案全厂自控系统只对房间设备进行监视，不做控制。

方案二

全厂自控系统对房间内仪表设备进行数据采集，操作人员可通过操作站监视房间内环境参数。

房间内空调自带设备控制面板，实验人员可通过控制面板对空调设备进行控制。

此方案全厂自控系统只对房间仪表进行监视，不做控制。

方案三

全厂自控系统对房间内仪表设备进行数据采集以及控制，操作人员可通过操作站监控房间内环境参数。

房间内配置面板，仅监视设备、环境参数。

此方案全厂自控系统对房间仪表及设备进行监视以及控制。

方案四

全厂自控系统不监控实验室内任何设备，如实验室老师有需求，国家实验室可提供通讯接口，实现在总控室操作站中可监视该实验室参数。

房间内自带控制面板，自行监控房间内所有设备。

实验室内空调形式一

空调控制原理（由实验室内部PLC完成）：

1 、调节DCC水阀开度，满足房间温度要求；调节新风电动阀开度，保证房间湿度和压力要求。

2 、风管穿机房、楼板处、防火分区处设置70℃(电动)防火阀，当温度超过70℃时关闭并发出报警信号。

3 、监测吊顶内送风机运行状态，故障时自动关闭风机并报警。

4 、风机可在接收消防信号后关闭。

实验室内空调形式二

空调控制原理（由实验室内部PLC完成）：

1 、调节DCC水阀开度，满足房间温度要求；调节新风电动阀开度，保证房间湿度和压力要求。

2 、风管穿机房、楼板处、防火分区处设置70℃(电动)防火阀，当温度超过70℃时关闭并发出报警信号。

3、 监测吊顶内送风机运行状态，故障时自动关闭风机并报警。

4 、风机可在接收消防信号后关闭。

风冷式冷水机组循环冷却水系统控制说明:

1、自控系统通过485通讯控制冷机循环水泵频率。

2、冷机循环水泵的启停以及机组的启停由机组自带控制器完成。

3、风冷机组配套储能水箱以及PCW回水箱设有液位传感器LE-01~02

自带控制器控制水箱补水管上电动的启闭以及液位信号通过485通讯传至控制室。

4、自控系统通过通讯连接至加药控制系统、风冷单冷机组以及水泵控制系统。

控制说明:

1、各机组均自带控制柜，具有对本机的控制，水泵联锁起停，以及运行参数的监测功能。

2、机组采用群控方式，夏季冷机全开，其中四管制冷热水机组同时制冷冷热，根据末端冷热负荷自动加减机。过渡季根据负荷逐渐关停部分制冷机组。

3、冷热水供回水采用定压差调节，根据供回水压差调节电动二通阀开度。

4、中温冷冻水根据供水温度调节阀门开度，控制出水温度恒定。

5、起动顺序：冷冻水泵→冷水机组。停机顺序与起动顺序相反。

7、自控系统通过通讯连接至机组以及水泵控制系统。

8、自控系统通过485通讯控制冷机循环水泵频率。

9、冷机循环水泵的启停以及机组的启停由机组自带控制器完成。

控制说明:

1、各机组均自带控制柜，具有对本机的控制以及运行参数的监测功能。

2、机组采用群控方式，夏季冷机全开，其中风冷热泵机组冬季切到制热模式，根据末端冷热负荷自动开停机，进行台数控制和负荷分配，优化系统运行。

3、冷热水供回水采用定压差调节，根据供回水压差调节电动二通阀开度。

4、起动顺序：冷冻水泵→冷水机组。停机顺序与起动顺序相反。

5、冷热水系统热计量，设备的运行状态及主要工作参数及报警信号均通过485通讯引至控制室集中监控。

6、自控系统通过通讯连接至机组以及水泵控制系统。

7、自控系统通过485通讯控制冷机循环水泵频率。

8、冷机循环水泵的启停以及机组的启停由机组自带控制器完成。

一般空调系统流程:

1、 整个新风空调系统采用DDC/PLC控制系统，并按照楼层实验室分区域划分新风空调系统，共计83套，设备放置在每层空调机房内。

2 、新风空调系统主要对新风进行处理以保证实验室内湿度要求。在空调器新风入口及出口均设有温度、湿度传感器，DDC/PLC根据室外新风温湿度信号，计算其绝对含湿量，并根据设定露点状态将室外空气在焓湿图上分成3个区域（如图中I、II、III区）。室外空气在不同区域采用不同的空气处理过程，详见空气处理流程图。DDC/PLC分别控制冷、热盘管及加湿器按照分区处理程序运行。

3 、温度控制：

处理后空气露点L设定为11.1°C，90%，全年恒定。DDC/PLC可根据实验室内湿度信号修正设定值。业主在使用中也可根据试验要求调整设定露点。设定露点改变后，则焓湿图上确定新风分区的参数也需相应调整。夏季冷盘管处理到11.1℃，90%，根据冷盘管后的露点传感器调节水阀开度；再热盘管处理到22℃，以再热盘管后温度信号来控制再热盘管水阀开度，调节送至回风夹道的新风温度满足要求。冬季热盘管处理到27℃（室内露点等焓点），根据预热盘管后焓值传感器调节水阀开度；再经过湿膜加湿段处理到室内露点11.1℃，90%，根据湿膜加湿段后的露点传感器调节加湿器阀门开度；再热盘管处理到22℃，以再热盘管段后温度传感器来控制热水阀开度，调节送至回风夹道的新风温度满足要求。

4 、湿度控制：

去湿工况：根据表冷盘管后露点传感器控制表冷盘管控制阀开度，使送风含湿量维持在控制范围内。当送风含湿量低于控制下限且表冷盘管冷冻水控制阀完全关闭，自动转入加湿工况。

加湿工况：根据加湿段后露点传感器控制预热盘管控制阀开度，满足送风状态点相对湿度要求。加湿精度要求不低于±5%。

5、 送风机控制：

通过房间内的压力传感器控制风机电机变频，以维持室内压力恒定。同时接收送风机前后压差信号以监测风机运行状态，故障时自动关闭风机并报警。

6 、各级过滤器压差报警: 各级过滤器设压差显示报警装置，自动显示压差，当其超过设定值时，自动报警。

7 、防冻保护：接收新风空调加热盘管后温度信号，当温度低于5°C（可调）时，关闭送风机，并发出报警信号。

8 、当发生火灾时，防火阀70°C熔断关闭,风机连锁关闭,并传信号至消防中心;或者接消防中心传出的信号，防火阀及与此联锁的风机关闭。

9 、每台新风空调箱出口处设置流量变送器，当流量波动范围＞10%，发出报警信号。

控制原理：

1、新风机组：送风温湿度；过滤器压差状态；送风机启停控制及运行、故障、手/自动状态；冷热水盘管水阀的控制；加湿器水阀控制。

2、冷热源系统：控制并监测相关设备的启停、运行状态和故障状态。