如何使用單片機進行制冷系統(tǒng)及智能控制的設(shè)計研究

　　溫度是與人類的生活和工作關(guān)系最密切的物理量，也是各門學(xué)科與工程研究設(shè)計中經(jīng)常遇到和必須精確測定的物理量。從工業(yè)爐溫、環(huán)境氣溫到人體溫度；從空間、海洋到家用電器等各個技術(shù)領(lǐng)域都離不開測溫和控溫。因此，測溫、控溫技術(shù)發(fā)展最快，范圍最廣。

　　在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動化的重要任務(wù)，對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案也有所不同。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時無刻不在與溫度打著交道。自18世紀工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展對是否能掌握溫度控制有著絕對的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說幾乎80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。溫度是一個系統(tǒng)經(jīng)常需要測量、控制和保持的量，而溫度是一個模擬量，不能直接與單片機交換信息，采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)將模擬的溫度量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量在原理上雖然不困難但成本較高，還會遇到其它方面的問題。

　　隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們需要對各中加熱爐，熱處理爐，生化溫室中溫度進行監(jiān)測和控制。溫度監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域 ，如家電、汽車、材料、電力電子等，和人們的日常生活息息相關(guān)，例如微波爐，冰箱，熱水器等都需要對溫度進行控制，而開發(fā)一個智能的溫度控制系系統(tǒng)顯著尤為重要，而如今隨著科技的進步，已經(jīng)開發(fā)出很多不同用途的智能溫度控制系統(tǒng)，大大方便了人們的日常生活，為經(jīng)濟的發(fā)戰(zhàn)做出了貢獻。溫度測量和控制在工業(yè)控制領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用，溫度控制充當(dāng)了一個很重要的角色，所以說溫度控制在整個國民經(jīng)濟的發(fā)展中都有著重要的意義。

　　目前，國內(nèi)的大型冷庫大多采用儀表控溫。人工手動的定值方式。對于大型多種類型庫房的冷庫，這種控制方式往往無法滿足冷庫溫度控制的要求。為此，我們在設(shè)計大型冷庫溫度控制系統(tǒng)時。采用AT89C52單片機為核心設(shè)計系統(tǒng)的控制器。通過對各庫房內(nèi)多點測溫點的檢測。分析庫內(nèi)溫度場的分布情況，然后根據(jù)對庫溫的各種具體要求，控制制冷系統(tǒng)的運行。

　　我國冷庫自建國以來經(jīng)歷了從小到大、從少到多、從單一到綜合、從一般到先進的發(fā)展歷程。冷庫的發(fā)展離不開對制冷技術(shù)的依托，而制冷技術(shù)的發(fā)展又離不開自動控制的應(yīng)用。自動控制在我國冷庫制冷裝置及其系統(tǒng)的應(yīng)用始于六十年代，從自控元件儀表自主開發(fā)研制和試點工程，到大量工程應(yīng)用和發(fā)展;整個裝置系統(tǒng)的引進和應(yīng)用，直至電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，經(jīng)歷了從無到有、從初級到高級的不斷開發(fā)、拓展的歷程。當(dāng)今我國冷庫制冷裝置及其系統(tǒng)的自動控制技術(shù)己日趨成熟并得以廣泛應(yīng)用和發(fā)展;可以這樣說，當(dāng)今制冷技術(shù)的發(fā)展已越來越離不開自動控制的支撐;當(dāng)今電子技術(shù)、PLC和CPU的應(yīng)用已越來越深入于冷庫自動控制的內(nèi)容;當(dāng)今自動控制的實施在安全、經(jīng)濟和節(jié)能等領(lǐng)域亦越來越體現(xiàn)其無可替代的重要地位。

　　由于計算機技術(shù)的應(yīng)用，使制冷系統(tǒng)的自動控制上升了一個很大的臺階，做到了常規(guī)控制難以做到的控制內(nèi)容。例如庫房溫度排序、氨壓縮機列隊、當(dāng)前負荷和制冷量計算、蒸發(fā)溫度設(shè)定、庫房溫度設(shè)定、系統(tǒng)最佳運行、冷凝水泵動態(tài)調(diào)節(jié)、事故處理、數(shù)據(jù)采集打印和隨機查詢等功能的實現(xiàn)，就是計算機技術(shù)應(yīng)用的成果。自行設(shè)計的冷庫自動控制與以往相比，最大的不同是可以選用的自控元件儀表品種多了、質(zhì)量也高了，其結(jié)果就是克服了長期以來“頭腦靈活而手腳不靈”的尷尬局面，使冷庫自動控制成了十分必要而且實用的技術(shù)。

　　吳徑冷庫1000噸高溫庫的項目，以通用PLC為核心，采用相關(guān)元件和儀表，編制控制中國制冷學(xué)會第十七次團體會員大會暨第五屆全國食品冷藏鏈大會論文集程序，取得了可編程序控制器在制冷系統(tǒng)應(yīng)用的成功，還獲得了上海市科技成果應(yīng)用的證書。新加坡在中國投資的深圳清溪和山東龍口冷庫，用國產(chǎn)制冷設(shè)備和進口自控元件實現(xiàn)了高溫庫和高、低溫兩用庫的自動控制。廣州600（）噸山力冷庫是民營企業(yè)，在該工程中選用了進口螺桿制冷壓縮機、國產(chǎn)輔機和進口制冷自控元件，實現(xiàn)了采用頂墻排管低溫庫（包括制冰和冰庫）的自動控制。在這些冷庫的自動控制中，螺桿式制冷壓縮機的機電一體化是一個很大的特點，采用微電腦或PLC組成的主機控制屏不但提高了對本機自控的程度，還有專用通訊接口，可以與系統(tǒng)建立聯(lián)絡(luò)和納入整個系統(tǒng)的控制;通過該控制屏的人機界面不但能了解當(dāng)時運行工況和相關(guān)參數(shù)，還能根據(jù)運行要求對這些參數(shù)進行設(shè)定，滿足實際控制需要。

　　國外引進冷庫的自控特點

　　一些企業(yè)從國外引進的冷庫、制冷設(shè)備和制冷系統(tǒng)，其特點之一就是技術(shù)先進自動化程度高。這些工程基本上都采用帶微電腦控制的螺桿制冷壓縮機和各種自控元件，結(jié)合制冷對象的特點，實現(xiàn)制冷設(shè)備及其系統(tǒng)的自動控制。該時期的深圳坪山冷庫、上海外高橋冷庫、二十一世紀冷庫和福樂冰琪淋食品公司等項目的自動控制都各具特點。1）螺桿壓縮機不但能根據(jù)實際負荷的變化作相應(yīng)的能量調(diào)節(jié)，還能根據(jù)運行工況變化作相應(yīng)的內(nèi)容積比調(diào)節(jié)。2）在高、低溫多蒸發(fā)溫度的制冷系統(tǒng)中，實現(xiàn)了中冷帶負荷系統(tǒng)的配置和自動調(diào)節(jié)，使制冷壓縮機的配置數(shù)量最少、投入運行的效率最高、對制冷對象變化的適應(yīng)最靈活。3）實現(xiàn)了重力供液系統(tǒng)的自動控制，還同樣做到了中冷帶負荷的控制，使較為傳統(tǒng)的重力供液系統(tǒng)煥發(fā)了新春，在省去液泵的同時，減少了制冷裝置的功率消耗和日常維修。通過這些工程的設(shè)計、安裝和調(diào)試，還拓展了視野、豐富了經(jīng)驗、加快了與國際接軌的步伐從以往冷庫自控的發(fā)展，可以明顯地看到，自控元件儀表的制造、制冷系統(tǒng)的控制是和電子技術(shù)的發(fā)展互為依托、相互促進的。從最早的繼電器回路、到由分立原件組成的程序控制器、再到集成電路的可變程序控制器。

　　PLC控制

　　系統(tǒng)由溫度傳感器、PLC系統(tǒng)（含鍵盤和液晶顯示） 、加熱設(shè)備幾部分組成。利用PLC把傳感器采集的有關(guān)參數(shù)（如溫度）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并把這些數(shù)據(jù)暫存起來，與給定值進行比較，經(jīng)控制算法后，給出相應(yīng)的控制信號進行控制。系統(tǒng)還可以經(jīng)過串行通信接口將數(shù)據(jù)送至上位機，從而完成數(shù)據(jù)管理、智能決策、歷史資料統(tǒng)計分析等更為強大的功能，并可以對數(shù)據(jù)進行顯示、編輯、存儲及打印輸出。

　　傳感器把與環(huán)境有關(guān)的參量轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)運算放大器組成的信號處理電路變換成壓頻轉(zhuǎn)換器（V /F）需要的電壓信號。其中溫度傳感器的輸出電流與絕對溫度成正比，且具有溫度響應(yīng)快、線性度好及高阻抗電流輸出等特點，適于長距離傳輸，可把- 5～55 ℃的溫度轉(zhuǎn)換成1～4 V的電壓;測濕調(diào)理電路是將濕度傳感器測試到的10 %～90 %的相對濕度轉(zhuǎn)換成4～20 mA的電流輸出信號。監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)包括遮陰簾、電磁閥等設(shè)備。系統(tǒng)工作時， PLC通過溫度傳感器來測量溫室內(nèi)的溫度并與設(shè)定值相比較，如果溫室內(nèi)的溫度超出了設(shè)定范圍的上下限值， PLC就輸出指令，控制接通相應(yīng)的設(shè)備;當(dāng)溫室的溫度和濕度都在范圍內(nèi)時， PLC就輸出指令，切斷設(shè)備的電源。