一、引言
某食品有限公司新建一座大型冷庫，它先后分兩期實施。2006年竣工的一期工程為三層，容積23000M3，容量5500噸（按肉類計算－－下同），2007年竣工的二期工程為四層，容積35000M3，容量8500噸，共計14個冷藏間，總容積58000 M3，容量14000噸；另有凍結間4間，計40噸/日。冷藏間設計溫度為-22℃；凍結間原設計為-25℃，后來將冷風機面積增加，實際能達到-30℃以下。
該工程由國內(nèi)貿(mào)易工程設計院設計，制冷工藝安裝工程由某安裝公司施工。原設計制冷工藝部分是手指令程序控制，計算機輔助管理。后來我們將制冷工藝系統(tǒng)改為全自動程序控制，由某集團配合我們對圖紙作了部分修改。
冷庫制冷系統(tǒng)有氨系統(tǒng)和氟系統(tǒng)兩種。在小型冷庫中一般使用氟系統(tǒng)，它能比較容易地實現(xiàn)自控；大中型冷庫用的則是氨系統(tǒng)，由于氨制冷對安全性要求較高，而以前氨的自控元器件不過關、控制技術不成熟，搞自動化的較少�，F(xiàn)在，隨著技術進步和計算機的發(fā)展，利用信息技術改造傳統(tǒng)的制冷工業(yè)已經(jīng)成為可能。目前，有一些新建的冷庫在上自動化，我國某市就有二、三個中型氨系統(tǒng)的自動化冷庫，但設備都是全進口的，利用國產(chǎn)設備實現(xiàn)氨系統(tǒng)冷庫全自動控制的，某食品公司冷庫在我省還是第一個。
冷庫采用計算機自動控制其制冷與配套動力系統(tǒng)，可以保證了制冷設備和系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運行，達到高效、節(jié)能、安全的目的。據(jù)某集團的資料介紹，自動化冷庫較傳統(tǒng)冷庫一般可節(jié)電21％。某食品冷庫的機房（含二期容量）和一期庫房于2006年1月開始安裝，4月中旬進行自動控制的調(diào)試，5月中旬完成；2007年8月二期庫房竣工后并入使用。至目前為止已接近兩年，自動運行情況較好，對出現(xiàn)一些問題，及時作了適當?shù)匦拚�，證明對氨制冷系統(tǒng)自動控制是完全可行的。初步核算一年多來單位容量耗電量約為0.25kw.h/噸.日，是普通冷庫耗電量的二分之一至四分之一，低于國家二級企業(yè)規(guī)定的標準0.3kw.h/噸.日，而且98％以上是用的低谷電，大大地降低了生產(chǎn)成本。
二、冷庫制冷系統(tǒng)與設備配置：
2－－1、系統(tǒng)配置
制冷系統(tǒng)分-35℃、-30℃、-10℃三個。-35℃系統(tǒng)用于凍結間，-30℃用于冷藏間。這兩個系統(tǒng)采用配搭式雙級壓縮循環(huán)，共用一個中間冷卻器（-10℃）和同一高壓級；高壓級還用于-10℃的空調(diào)系統(tǒng)，它通過兩個臥式蒸發(fā)器為加工間夏季空調(diào)提供-3—2℃的乙二醇溶液－－目前-10℃系統(tǒng)暫未上馬。
2－－3、制冷系統(tǒng)特點：
2－－3－－1、兩個低溫系統(tǒng)采取配搭式螺桿機雙級壓縮。單機雙級螺桿機大多是國外的產(chǎn)品，價格十分昂貴，而采用螺桿配搭式雙級壓縮可以以較低的投資，可以取得同樣的效果。具有節(jié)省系統(tǒng)的運行費用、降低了壓縮機的壓縮比、容積效率提高的優(yōu)點。本工程由于把-35℃、-30℃的高壓級與-10℃系統(tǒng)合并為同一系統(tǒng)，比起其各自為獨立的系統(tǒng)，可以大大減少壓縮機組的使用臺數(shù)，并使得壓縮機組在部分負荷下的運行概率減低，增加系統(tǒng)的運行可靠性，并節(jié)約了能耗，節(jié)省了投資。
2－－3－－2中間冷卻器使用了二次節(jié)流完全冷卻方式。該方式在國內(nèi)剛處于起步階段，其優(yōu)點是可以減少節(jié)流過程中的不可逆損失，減低了低壓循環(huán)桶的供液溫度（傳統(tǒng)的一次節(jié)流中間冷卻器盤管溫度比中間溫度高5－7℃，而二次節(jié)流完全冷卻向低壓循環(huán)桶的供液溫度即為中間溫度），從而提高了低壓級的產(chǎn)冷量。二次節(jié)流的中間冷卻器它除作低溫系統(tǒng)的中冷外，還兼作-10℃系統(tǒng)的循環(huán)桶，附帶了部分負荷，使單位功率的制冷量增大，系統(tǒng)運行費用降低，能取得更大的節(jié)能。由于沒有了獨立的中間冷卻器，使制冷系統(tǒng)的管道簡化了許多，也減少了初始的投資。
2－－3－－3、安裝了蒸發(fā)式冷凝器，節(jié)約了水、電能的消耗。
2－－3－－4、系統(tǒng)中安裝的‘多點自動空氣分離器’，能夠連續(xù)不斷地將不凝性氣體從設備中分離出來，以維持系統(tǒng)工作的經(jīng)濟性。
三、冷庫自動控制情況：
3—1、綜述：
冷庫自動化由制冷工藝系統(tǒng)的自動化和貯藏系統(tǒng)的自動化兩項構成。目前，我們所做的只是制冷系統(tǒng)的自動化－－-它包括自動運行控制、實時監(jiān)測、自動保護、數(shù)據(jù)的采集與處理，以及報表的自動生成。
新型的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)是以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構成的集成系統(tǒng)�，F(xiàn)代冷庫制冷系統(tǒng)自動化的概念，應當是利用信息技術為依托，通過各種檢測和控制器件，按照制冷工藝的要求，組成一個較為完善的自控體系，使其在沒有人直接參與的情況下，對受控對象及生產(chǎn)過程的運行狀態(tài)實時監(jiān)控，使設備與工藝系統(tǒng)按照預置的程序運行，并能自動保護。同時，對使用者提供人機對話界面, 能夠顯示各種參數(shù)的動、靜態(tài)畫面。可以打印、輸出報表，進行相關數(shù)據(jù)處理和歷史記錄地追憶。在授權的情況下，能自由設定系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
PLC(Programmable Logie Controller)是一種非常成熟的工業(yè)控制器，已被廣泛地應用于工業(yè)自動化控制。它用一臺專用工業(yè)控制計算機作為上位機，與主控柜上的PLC、機組上的PLC和設備上的PLC通過通訊電纜將數(shù)據(jù)采集、顯示，實現(xiàn)對設備的監(jiān)測、控制、參數(shù)調(diào)節(jié)以及報警等功能，并可自動記錄設備運行的參數(shù)數(shù)據(jù)及報警情況，以備查考。
3－－2、控制系統(tǒng)的結構：
控制系統(tǒng)采用工業(yè)總線型網(wǎng)絡，保證各節(jié)點之間的可靠通訊。系統(tǒng)為集中監(jiān)控、分散控制的控制模式。
整個控制系統(tǒng)可劃分為三個層次，即監(jiān)控層、控制層和設備層。
3—2—1、監(jiān)控層：由一臺配備了組態(tài)軟件的專用工控機，負責下位機（多個PLC）的集中監(jiān)控和系統(tǒng)的參數(shù)配置、管理。在微機上顯示各個監(jiān)測點動態(tài)模擬畫面、對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)自動生成表格、定時或人為輸出到打印機打印，并可在授權的范圍內(nèi)進行設置點的數(shù)據(jù)設置。
硬件配置：監(jiān)控計算機、打印機、通訊卡、通訊電纜等。
軟件配置：系統(tǒng)軟件（Windows的操作系統(tǒng)），監(jiān)控組態(tài)軟件。
3—2－－2控制層：控制層由多個PLC組成，每個PLC都是一個獨立的子系統(tǒng)，負責對本地設備即PLC的I/O點進行數(shù)據(jù)采集和控制。
通過通訊網(wǎng)絡將所有相關的數(shù)據(jù)上傳給上位監(jiān)控機。
主要硬件設備：PLC控制器、通訊卡、通訊電纜轉(zhuǎn)接器、人機界面、接口模塊、通訊電纜等。
軟件：PLC編程軟件、人機界面組態(tài)軟件、應用軟件。
3—2－－3設備層：設備層在整個控制系統(tǒng)中處于底層，是整個控制系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)，是控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構和數(shù)據(jù)采集部分。主要包括執(zhí)行器、檢測單元。如果將PLC比作人的大腦，那么執(zhí)行機構就是人的手、腳，而檢測元件就是人的眼、鼻、耳。
3－－3、系統(tǒng)控制功能
3－－3－－1、制冷壓縮機的控制
制冷系統(tǒng)采用自動型制冷壓縮機，它是整個系統(tǒng)的關鍵設備。機組采用PLC 控制，每個機組使用一臺PLC來控制本機組的運行，并進行保護。
機組的人機界面可以就地顯示制冷壓縮機組的運行參數(shù)，如排氣壓力和溫度、吸氣壓力、供油壓力和供油溫度、滑閥位置、開機次數(shù)、累計運行時間、主電機電流等。
機組上的PLC根據(jù)系統(tǒng)的需冷情況、吸氣壓力的變化自動調(diào)節(jié)壓縮機能量滑閥的位置，使機組運行處在****的工作點。
機組的界面能記錄最后數(shù)次故障的情況，包括發(fā)生的時間、故障類別、故障時的數(shù)據(jù)，這有助于維修人員對發(fā)生的故障進行分析。
機組具有完善的保護功能。它有排氣壓力超高、油壓差低、油溫高、吸氣壓力低、主電機過載、油泵電機過載、吸氣過濾器前后壓差過大等保護與報警功能。
為了實現(xiàn)系統(tǒng)的自動運行和適應調(diào)試與維修的需要，制冷壓縮機的人機界面上設有‘本地’和‘遠程’兩種控制方式。當 控制模式設為‘本地’
時，壓縮機的開停由人工控制；當控制模式設為‘遠程’時，壓縮機的開停為自動；如果系統(tǒng)運行狀態(tài)為‘自動’，壓縮機設為‘本地’，系統(tǒng)不能開啟壓縮機，整個系統(tǒng)不能自動運行。一般情況，系統(tǒng)運行狀態(tài)為自動，壓縮機應設為‘遠程’。
3－－3－－2、系統(tǒng)的控制
整個制冷系統(tǒng)設有‘自動’和‘手動’兩種運行模式，可由‘系統(tǒng)配置菜單’選擇“投入”模式。當系統(tǒng)處于‘自動運行’模式，壓縮機設在‘遠程’狀態(tài)時，系統(tǒng)的開、停是根據(jù)庫溫和生產(chǎn)指令執(zhí)行的，這時循環(huán)水泵、蒸發(fā)冷、冷風機、低壓循環(huán)桶泵、壓縮機都是由系統(tǒng)PLC按自動程序，判斷系統(tǒng)的要求自動工作的。當系統(tǒng)處于‘手動’運行模式，壓縮機設在‘本地’狀態(tài)時，系統(tǒng)PLC不根據(jù)庫溫發(fā)出開停機的指令，水泵、蒸發(fā)冷、冷風機、低壓循環(huán)桶和壓縮機的開、停都由人工進行手動操作。手動操作和一般的手動冷庫相同，不同之處是所有的開關是在PLC的人機界面上操作，或在計算機的顯示器上點擊‘鼠標’進行，使得操作更加簡單方便。
3－－3－－2－－1、蒸發(fā)式冷凝器和水泵的控制：
可在組態(tài)界面選擇手動、自動運行方式。自動運行方式具有‘夏季’和‘冬季’兩種運行模式可選。自動運行時根據(jù)機組運行信號和冷凝壓力自動控制水泵和蒸發(fā)式冷凝器的投入臺數(shù)。當冷凝器的所有風機、水泵全部開啟，冷凝壓力高于1.5MPa時，報警停機電流保護。
冬季運行模式，根據(jù)冷凝壓力依次先開各臺冷凝器的風機，風機全部開啟后再開各冷凝器的水泵；并可冬季根據(jù)負荷采取干式運行。
3－－3－－2－－2、中間冷卻器及低壓循環(huán)桶的液位控制：
采用丹麥Danfoss公司的氨用SV4（伺服控制器）+PMFL（液位調(diào)節(jié)閥）+AKS38（浮球液位開關）控制供液和液位，當液位超高自動報警－－循環(huán)桶液位超高與壓縮機組連鎖。容器上裝有磁浮子式液位計和壓力表，由遠程液位變送器與壓力傳感器和計算機連接。
氨泵的控制，根據(jù)系統(tǒng)實際負荷控制氨泵的開啟臺數(shù)。氨泵與冷風機供液電磁閥、回氣電磁閥及壓縮機連鎖，設有氨泵壓差過低、氨泵缺液及電機過載短路等保護措施。并按照均勻磨損自動替補的原則自動換開氨泵。
3－－3－－2－－3、自動空分的控制:
自動空分單獨采用一臺PLC進行自動控制。空分和壓縮機運行聯(lián)鎖，在壓縮機運行時自動放空。多點式空分可以對系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，對各個管路進行巡檢放空。
3－－3－－2－－4、庫溫的控制：
考慮到冷庫面積較大，溫度波動較大且分布不均勻，故每間冷庫設二只‘溫度傳感器’（中德合資久茂德牌），庫溫取兩者的平均值。并將溫度值輸送到控制系統(tǒng)的PLC和主機，利用庫溫控制壓縮機的開停，并可進行庫溫超高報警。
3－－3－－2－－5、冷風機除霜控制：
除霜控制設有手動和自動定時除霜兩種選擇（除霜時間及除霜間隔時間可根據(jù)實際情況自由設定）。由于熱氨除霜存在一定的危險性，故除霜系統(tǒng)全部采用Danfoss的EVRA電磁閥和PMLX主閥（兩級開啟）進行精確控制。手動和自動除霜方式指除霜的指令是由人工發(fā)出或系統(tǒng)根據(jù)間隔時間自動發(fā)出，整個除霜的過程（即對供液電磁閥、回汽電磁閥、熱氨閥等的開關及延時）可以由程序自動完成的。
需要指出，由于氨具有一定的危險性，即便是非常可靠的自動控制系統(tǒng)，也需人來監(jiān)護，仍要定期或不定期的進行巡視，以保證系統(tǒng)更加可靠、安全地運行。
系統(tǒng)加氨、加冷凍機油和放油因操作頻率很低，仍用手動操作。
四、經(jīng)驗教訓與問題：
4－－1、需要有性能可靠的監(jiān)控工具和程序軟件。 氨制冷系統(tǒng)對安全性要求較高，它的自動化控制比用于其他工業(yè)的控制復雜，所以選擇可靠、先進的控制器材和控制方式非常重要。PLC是以中央處理器為核心綜合計算機和自動控制等先進技術發(fā)展起來的一種工業(yè)控制器，是取代傳統(tǒng)控制模式的有效工具；而基于PLC的SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)－－-數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，為我們提供了一種可靠、靈活的監(jiān)控方式。
編制程序是一件細致而艱巨的重要工作。要求與制冷工藝人員密切配合，以裝置的整體為受控對象，綜合考慮運行中各種參數(shù)之間的關聯(lián)和影響，以保證其在任何條件下，它都是一個符合實際的、安全的和節(jié)能的****操作程序。
4－－2、自動系統(tǒng)控制元器件的可控性、可靠性是整個系統(tǒng)自動安全運行的關鍵。Danfoss公司的閥門質(zhì)量可靠，并有良好的技術支持和售后服務，使用該公司的產(chǎn)品，是理想的選擇，但資金投入較高。
相反，同時安裝的還有其他廠家的產(chǎn)品，都出現(xiàn)一些問題，有的甚至不能用。
4－－3、采用自動化控制，要求系統(tǒng)必須十分干凈。為此，我們將管材全部作了酸洗、鈍化處理。即使如此，仍可能有點雜質(zhì)，需要檢查清洗。
Danfoss閥門的易損件（如線圈）要有備件，因為進口的手續(xù)非常繁瑣，需要較長的時間，必須早有準備。
4－－4、自動化的設計與安裝要選擇有實力、經(jīng)驗的承包商總包，并要求他們有優(yōu)良好的售后服務，以取得技術支持。施工時最好連電控柜的制作和電纜的敷設都由一家負責，減少施工單位之間的扯皮。
4－－5、冷藏系統(tǒng)的自動化運行較容易，凍結系統(tǒng)的自動投入相對繁瑣和困難。因為凍結間不經(jīng)常使用，該系統(tǒng)平時的壓力較高，而廠家所產(chǎn)‘配搭低壓級’配備電機較小，要求Te ≤-25℃（0.5bar）時才能滿載運行，需要先用高壓機作單級拉低溫系統(tǒng)，而后，再轉(zhuǎn)為雙級拉中冷。因此，在拉-35℃時，有時需要手動操作，先將低壓系統(tǒng)的壓力降下來。
4－－6、自動化與用電避峰有矛盾。自動化的程序要求以庫溫為指令啟、停設備，而單位大多要求在低谷時間用電。當然，按時間設定程序也可以做到避峰操作，但用‘鼠標’點擊也很方便，因此在某種程度上說，還要人工干預。
4－－7、原設計壓縮機單機排氣量過大，使高低壓機的排氣量配比不盡經(jīng)濟合理。一般說在Te≥-40℃時，高、低壓級的排氣量的配比以1：3為宜，而現(xiàn)在我們只能配為1：2。如果多裝幾臺LG16機組，可以使自動控制的配組更加靈活。
4－－8、除霜操作雖然可以選擇‘自動’方式進行，但因熱氨除霜有一定的危險性和防止水沖霜時管道會溢水等問題，一般還是以手動除霜為宜。為此，我們現(xiàn)在只采用水沖霜，但在用水沖霜時，需開啟回氣閥，以防“液爆”。
