PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)

1、PLC設(shè)計與調(diào)試課程設(shè)計報告內(nèi)容 課程設(shè)計報告內(nèi)容、格式各專業(yè)根據(jù)專業(yè)不同統(tǒng)一規(guī)范，經(jīng)教研室主任審核、主 管院長審批備案。注：1.課程設(shè)計任務(wù)書和指導(dǎo)書在課程設(shè)計前發(fā)給學(xué)生，設(shè)計任務(wù)書放置在設(shè)計報告封面后和正文目錄前。2.為了節(jié)省紙張，保護環(huán)境，便于保管實習(xí)報告，統(tǒng)一采用A4紙，實習(xí)報告建議雙面打印（正文采用宋體五號字）或手寫。12/13學(xué)年第二學(xué)期 PLC應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書 指導(dǎo)教師：蔡長青 張卓 班級：自動化1141、2班 地點：PLC512B室 課程設(shè)計題目：基于PLC控制的中央空調(diào)系統(tǒng)1、 課程設(shè)計目的本課程設(shè)計的目的在于培養(yǎng)學(xué)生運用已學(xué)的PLC控制技術(shù)的基礎(chǔ)知識和基本理論，加以綜

2、合運用，進行 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的初等訓(xùn)練，掌握用PLC進行系統(tǒng)控制設(shè)計的原則、設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計步驟，為從事PLC相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計或今后的工作需要打下良好的基礎(chǔ)。2、 課程設(shè)計內(nèi)容(包括技術(shù)指標(biāo))1、控制面板介紹空調(diào)的控制面板如上圖所示，使用時，按動啟動按鈕，根據(jù)使用者的需求從左 到右依次選擇工作模塊。(1)制冷制熱模塊的選擇是根據(jù)人的操作決定，同時可以選擇吹風(fēng)，定時模式， 溫度比較是PLC中自動進行的。(2)當(dāng)室內(nèi)溫度達到設(shè)定溫度值時，通過 PLC自動控制，室內(nèi)風(fēng)機停止，當(dāng)室內(nèi) 溫度重新超出設(shè)定溫度值時，室內(nèi)風(fēng)機自動啟動。(3)啟動定時器時，當(dāng)定時時間到，室內(nèi)外風(fēng)機停止工作。(4)通過變頻器控制

3、風(fēng)機轉(zhuǎn)速，達到變頻控制目的，實現(xiàn)最優(yōu)控制。2、中央空調(diào)系統(tǒng)工作過程首先啟動冷(熱)水泵，當(dāng)通水管道充滿水后，延時啟動壓縮電機，實現(xiàn)初步節(jié)能與安全。此時中央空調(diào)啟動，可以實現(xiàn)單獨房間的控制。打開房間1開關(guān)，室內(nèi)風(fēng)機先啟動，通過定時器延時控制一段時間，啟動室外風(fēng)機，自動進行溫度比較，啟動定時器，定時時間到，室內(nèi)外風(fēng)機關(guān)閉。打開房間2開關(guān)，室內(nèi)風(fēng)機先啟動，通過定時器延時控制一段時間，啟動室外風(fēng)機，自動進行溫度比較，啟動定時器，定時時間到，室內(nèi)外風(fēng)機關(guān)閉。打開房間3開關(guān)，室內(nèi)風(fēng)機先啟動，通過定時器延時控制一段時間，啟動室外風(fēng)機，自動進行溫度比較，啟動定時器，定時時間到，室內(nèi)外風(fēng)機關(guān)閉。注：不同房間單獨

4、獨立控制不受外部干擾。3、交流電機正反轉(zhuǎn)控制交流電機由變頻器來控制轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速分為四級：1200r/min , 800r/min ,600r/min , 400r/min。4、傳感器溫度傳感器：用于室內(nèi)溫度的高低編碼器：用于檢測電機的轉(zhuǎn)速三、課程設(shè)計原則1、盡可能地滿足被控對象的控制要求；2、在滿足控制的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟；3、保證控制系統(tǒng)安全可靠；4、考慮到被控對象的改進，在選擇 PLC的I/O數(shù)量時，應(yīng)適當(dāng)留有余量。四、課程設(shè)計步驟1、對控制系統(tǒng)任務(wù)和要求作深入的調(diào)查研究，明確控制任務(wù)；2、選擇和確定用戶I/O設(shè)備根據(jù)傳統(tǒng)控制線路，確定出PLC改造所需的各種輸入/輸出設(shè)備，即各

5、種按鈕、 開關(guān)、繼電器和接觸器等。3、確定系統(tǒng)整體設(shè)計方案，選擇 PLC型號確定系統(tǒng)整體設(shè)計方案十分重要，要在全面了解控制要求的基礎(chǔ)上確定電氣控 制方案。根據(jù)所選用的電器或元件的類型和數(shù)量， 計算所需PLC的輸入/輸出點數(shù), 選擇合適的點數(shù)。由于本設(shè)計中只涉及到開關(guān)量，因此在選擇 PLC型號時，只需 考慮I/O點數(shù)，并有一定的余量（10%15%選擇小型PLG4、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計（1）主電路的設(shè)計；（2）確定出輸入、輸出信號，畫出 PLC的I/O接線圖。5、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計（1）首先分別設(shè)計出全自動洗衣機各部分的控制軟件梯形圖；（2）整體控制軟件梯形圖設(shè)計。6、聯(lián)機調(diào)試；7、撰寫設(shè)計說明書。

6、五、時間安排時間內(nèi)容備注第15周周一集中講解課程設(shè)計要求，分配設(shè)計題目， 明確任務(wù)和具體安排周二調(diào)研、查閱資料、給出設(shè)計方案周三檢查設(shè)計力泵,周四調(diào)整設(shè)計力條周五上機調(diào)試第16周周一上機調(diào)試周二上機調(diào)試周三寫課程設(shè)計報告周四老師對報告進行初步檢查周五答辯六、基本要求（一）課程設(shè)計報告1 .控制流程圖一張（A4）（手繪）2 .控制系統(tǒng)硬件設(shè)計圖一張；（A4）（手繪）3 .控制系統(tǒng)軟件梯形圖一張；（A4）（手繪）4 .設(shè)計說明書一份，包括以下內(nèi)容1） 寫出設(shè)計計劃和基本步驟。2）寫出控制要求并畫出設(shè)計流程圖。3）畫出I/O分配表和I/O接線圖。4）畫出具體設(shè)計的梯形圖，并加以注釋。5）寫出調(diào)試過程

7、和結(jié)果。6）寫課程設(shè)計小結(jié)。（二）成績評定標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生進行全面考核，重點考核設(shè)計圖紙、說明書質(zhì)量；獨立思考、獨立工作 能力，綜合運用知識的能力；平時的工作態(tài)度及表現(xiàn)；答辯情況。最后按平時表現(xiàn)、報告質(zhì)量、答辯成績，其權(quán)重分別為 0.2、0.4、0.4綜合評 定成績，分優(yōu)、良、中、及、不及格五個等級。組長：李志萍副組長：祁宇哈組員：高海風(fēng)、王勇、馮元勝、邢洋任務(wù)分配任務(wù)一資料準(zhǔn)備任務(wù)二總體設(shè)計任務(wù)三繪圖任務(wù)四繪制梯形 圖任務(wù)五調(diào)試任務(wù)六報告排版王勇祁宇哈高海風(fēng)李志萍王勇R7t馮元勝祁宇哈祁宇哈高海風(fēng)馮兀勝邢洋李志萍李志丫平馮兀勝邢洋馮元勝邢洋摘要中央空調(diào)現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用在各大商場、辦公大廈等場所中，傳

8、統(tǒng)控制系統(tǒng)中 在控制較適宜的溫度的同時，卻消耗了大量的能量。如今，人們越來越重視中央 空調(diào)的舒適性和節(jié)能性，本文重點研究了中央空調(diào)冷凍泵機組控制系統(tǒng)，為舒適 的生活工作環(huán)境及有效節(jié)能提供了技術(shù)條件。本文首先介紹了中央空調(diào)的結(jié)構(gòu)和工作原理，總結(jié)了傳統(tǒng)中央空調(diào)的缺點， 即冷凍泵、冷卻泵不能自我調(diào)節(jié)負載，長期處于滿負荷運行，造成了極大的能源浪費，隨著變頻技術(shù)日趨成熟，利用變頻器、PLG數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器等器件的有機結(jié)合，構(gòu)成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)水泵的輸出流量達到節(jié)能目的。該系統(tǒng)采用西門子的S7-200PLC作為主控制單元，利用傳統(tǒng) PID控制算法，通過西門子MM440變頻器控制水泵運

9、轉(zhuǎn)速度，保證系統(tǒng)根據(jù)實際負荷的情 況調(diào)整流量，實現(xiàn)恒溫控制，同時又可以節(jié)約大量能源。通過對中央空調(diào)的理論分析，驗證了以出回水溫差為根據(jù)對其進行變流量控制 的可靠性。對變頻控制系統(tǒng)進行了設(shè)計，為實現(xiàn)溫度信號遠距離傳送，設(shè)計了基于USS協(xié)議的RS-485總線通訊的網(wǎng)絡(luò)。通過西門子 TD200文本顯示器實現(xiàn)人機 界面的設(shè)計，最后使用MCGS工控組態(tài)軟件進行了系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計研究。關(guān)鍵詞中央空調(diào)；PLC ;變頻器；PID ;AbstractCentral air conditioning has been widely used in major shopping malls, office build

10、ings and other places, the traditional control system in the control of suitable temperature at the same time, it consumes a lot of energy.nowadays, people pay more and more attention to central air conditioning comfort and energy efficiency, this paper focuses on the research of central air conditi

11、oning refrigeration pumpunit control system, for comfortable living and working environment and effective energy-saving provide technical conditions.This paper introduces the structure and working principle of central air conditioning, summarizes the traditional central air-conditioning system short

12、comings, namely refrigeration pump, cooling pump can not self regulation in long-term load, full load operation, causing great waste of energy, along with the frequency conversion technology is mature with each passing day, the use of frequency converter, PLC, digital to analog conversion module, te

13、mperature sensors and other devices the organic combination of form, thermoelectric closed-loop automatic control system, automatically adjust the pumpoutput flow to achieve the purpose of energy saving. The system adopts Siemens S7-200PLC as the main control unit, by using the traditional PID contr

14、ol algorithm, through the MM440 Siemens inverter control pumpspeed, ensure the system according to the actual load adjusting flow, to achieve constant temperature control, but also can save a lot of energy.Through the theoretical analysis on the central air conditioning, proved to a backwater temper

15、ature based on the variable flow control reliability. The frequency conversion control system was designed, in order to realize the temperature signal remote transmission based on USS protocol, the design of RS-485 bus communication network. Siemens TD200 text display is realized through the man-mac

16、hine interface design, finally using the MCGS configuration software for system configuration design and research.KeywordsCentral air conditioning ； PLC ; frequency converter ； PID ；目錄1 緒論11.1 中央空調(diào)的制冷原理11.2 中央空調(diào)的制熱原理 21.3 中央空調(diào)的不同系統(tǒng)21.4 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展 32 設(shè)計方案52.1 控制系統(tǒng)的比較52.2 中央空調(diào)的主要指標(biāo)52.3 檢測電路52.4 電機調(diào)速方

17、式選擇 53系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1 控制系統(tǒng)組成（PLC 63.2 傳感器63.3 變頻器介紹73.4 變頻器的原理73.5 中央空調(diào)應(yīng)用變頻節(jié)能特點 83.6 電動機介紹83.8 可編程控制器的選擇 93.9 可編程控制器的外圍接線圖 93.10 硬件實際連接示意圖 94系統(tǒng)軟件設(shè)計 91.1 PLC主程序流程圖 91.2 工作方式介紹95 調(diào)試105.1 現(xiàn)場聯(lián)機106 .總結(jié)10致謝10參考文獻11附錄1中央空調(diào)控制系統(tǒng)電路圖 11附錄2梯形圖11附錄元件清單111 緒論中央空調(diào)系統(tǒng)由冷熱源系統(tǒng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。采用液體汽化制冷的原理為空氣調(diào) 節(jié)系統(tǒng)提供所需冷量，用以抵消室內(nèi)環(huán)境的冷負荷

18、；制熱系統(tǒng)為空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供用以抵消 室內(nèi)環(huán)境熱負荷的熱量。制冷系統(tǒng)是中央空調(diào)系統(tǒng)至關(guān)重要的部分，其采用種類、運行方式、 結(jié)構(gòu)形式等直接影響了中央空調(diào)系統(tǒng)在運行中的經(jīng)濟性、高效性、合理性。中央空調(diào)軟化水 設(shè)備應(yīng)用范圍：全自動軟水器：可廣泛應(yīng)用于蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、交換器、蒸發(fā)冷凝器、 空調(diào)、直燃機等系統(tǒng)的補給水的軟化。還可用于賓館、飯店、寫字樓、公寓等生活用水的處理及食品、飲料、釀酒、洗衣、印染、化工、醫(yī)藥等行業(yè)的軟化水處理。中央空調(diào)系統(tǒng)由冷熱源系統(tǒng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，制冷系統(tǒng)為空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供所需冷量，用以抵消室內(nèi)環(huán)境 的冷負荷；制熱系統(tǒng)為空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供用以抵消室內(nèi)環(huán)境熱負荷的熱量。制冷系

19、統(tǒng)是 中央空調(diào)系統(tǒng)至關(guān)重要的部分,其采用種類、運行方式、結(jié)構(gòu)形式等直接影響 了中央空調(diào)系統(tǒng)在運行中的經(jīng)濟性、高效性、合理性。1.1 中央空調(diào)的制冷原理氣態(tài)制冷工質(zhì)（如 氟利昂）經(jīng)壓縮機壓縮成高溫高壓氣體后進入冷凝器,與水（空氣風(fēng)冷式制冷系統(tǒng)（圖）進行等壓熱交換，變成低溫高壓液態(tài)。液態(tài)工質(zhì)經(jīng)干燥過濾器去除水份、雜質(zhì)，進入膨脹閥節(jié)流減壓，成為低溫低壓液態(tài)工質(zhì)，在蒸發(fā)器內(nèi)汽化。液體汽化過程要吸收汽化潛熱，而且液體壓力不同，其飽和溫度（ 沸點）也不同，壓力越低，飽和溫度越低。例如， 1kg的水， 在絕對壓力為0.00087MPa,飽和溫度為5C,汽化時需要吸收 2488.7KJ熱量；1kg的氨，在 1

20、個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力（0.10133MPa）下，汽化時需要吸收 1369.59KJ熱量，溫度可抵達-33.33 C。 因此，只要創(chuàng)造一定的低壓條件，就可以利用液體的汽化獲取所要求的低溫。依此原理，汽化過程吸取冷凍水的熱量，使冷凍水溫度降低（一般降為7C）。制冷工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸取熱量，溫度升高變成過熱蒸氣，進入壓縮機重復(fù)循環(huán)過程。蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)主要分為水冷 式和風(fēng)冷式，如圖 2-1和圖-2所示。壓縮機水冷式制冷系統(tǒng)（圖）制冷壓縮機是蒸氣壓縮式制冷裝置的一個重要設(shè)備。制冷壓縮機的形式很多，根據(jù)工 作原理的不同，可分為兩大類：容積式制冷壓縮機和離心式制冷壓縮機。常用的壓縮機主要 有活塞式壓縮機、渦旋式

21、、螺桿式以及離心式壓縮機，如圖 2-3所示。容積式制冷壓縮機是靠改變工作腔的容積，將周期性吸入的定量氣體壓縮。常用的容積式制冷壓縮機有往復(fù)活塞式制冷壓縮機和回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機。離心式制冷壓縮機是靠離心力的作用,連續(xù)地將所吸入的氣體壓縮。這種壓縮機的轉(zhuǎn)數(shù)高，制冷能力大。國外空調(diào)用氟利昂離心式制冷壓縮機的單機制冷量高達30000kwo1.2 中央空調(diào)的制熱原理壓縮機吸入低壓氣體經(jīng)過壓縮機壓縮變成高溫高壓氣體，高溫氣體通過換熱器把水溫提高，同時高溫氣體會冷凝變成液體。液體再進入蒸發(fā)器進行蒸發(fā)，（蒸發(fā)器蒸發(fā)的同時也要有換熱媒體，根據(jù)換熱的媒體不同機器的型號結(jié)構(gòu)也不同。常用的有風(fēng)冷和地源。）液體經(jīng)過蒸發(fā)器

22、后變成低壓低溫氣體，低溫氣體再次被壓縮機吸入進行壓縮。就這樣循環(huán)下去，空調(diào)側(cè)循環(huán) 水就變成45-55度左右的熱水了。熱水經(jīng)過管道送到需要采暖的房間，房間安裝有風(fēng)機盤管 把熱水和空氣進行熱交換實現(xiàn)制熱目的。1.3 中央空調(diào)的不同系統(tǒng)1）水系統(tǒng)工作原理水冷中央空調(diào)包含四大部件，壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器，制冷劑依 次在上述四大部件循環(huán)，壓縮機出來的冷媒（制冷劑）高溫高壓的氣體，流經(jīng)冷 凝器，降溫降壓，冷凝器通過冷卻水系統(tǒng)將熱量帶到冷卻塔排出，冷媒繼續(xù)流動 經(jīng)過節(jié)流裝置，成低溫低壓液體，流經(jīng)蒸發(fā)器，吸熱，再經(jīng)壓縮。在蒸發(fā)器的兩 端接有冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，制冷劑在此次吸的熱量將冷凍水溫度降低，使低溫

23、的水 流到用戶端，再經(jīng)過風(fēng)機盤管進行熱交換，將冷風(fēng)吹出。2）風(fēng)系統(tǒng)工作原理新風(fēng)的傳輸方式采用置換式，而非空調(diào)氣體的內(nèi)循環(huán)原理和新舊氣體混合的不健康做法， 戶外的新穎空氣經(jīng)過負壓方式會自動吸入室內(nèi)，經(jīng)過安裝在臥室、室廳或起居室窗戶上的新 風(fēng)口進入室內(nèi)時，會自動除塵和過濾。同時，再由對應(yīng)的室內(nèi)管路與數(shù)個功用房間內(nèi)的排風(fēng) 口相連，構(gòu)成的循環(huán)系統(tǒng)將帶走室內(nèi)廢氣，集中在排風(fēng)口 “呼出”，而排出的廢氣不再做循 環(huán)運用，新舊風(fēng)形良好的循環(huán)。3)盤管系統(tǒng)工作原理風(fēng)機盤管空調(diào)系統(tǒng)的工作原理，就是借助風(fēng)機盤管機組不斷地循環(huán)室內(nèi)空氣，使之通過盤管而被冷卻或加熱，以保持房間要求的溫度和一定的相對濕度。盤管使用的冷水或

24、熱水， 由集中冷源和熱源供應(yīng)。與此同時，由新風(fēng)空調(diào)機房集中處理后的新風(fēng)，通過專門的新風(fēng)管 道分別送入各空調(diào)房間，以滿足空調(diào)房間的衛(wèi)生要求。風(fēng)機盤管空調(diào)系統(tǒng)與集中式系統(tǒng)相比， 沒有大風(fēng)道，只有水管和較小的新風(fēng)管，具有布置和安裝方便、占用建筑空間小、單獨調(diào)節(jié) 好等優(yōu)點，廣泛用于溫、濕度精度要求不高、房間數(shù)多、房間較小、需要單獨控制的舒適性 空調(diào)中。1.4 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展(1)在單室內(nèi)機的房間空調(diào)器方面變頻技術(shù)、微電腦和電子膨脹閥在空調(diào)器上的應(yīng)用為空調(diào)器的智能控制創(chuàng)造了最基本的條件。我國自90年代初開始研究空調(diào)器的智能控制，現(xiàn)已研制出多種形式的變頻空調(diào)器或智能空調(diào)器，對推進我國空調(diào)業(yè)的進步作

25、出了貢獻。西安交大朱瑞琪于1991年開始研究制冷空調(diào)設(shè)備的變頻能量調(diào)節(jié)技術(shù)。李家朋針對我國房間空調(diào)器普遍采用單相壓縮機的現(xiàn)狀，探索開發(fā)出兩相變頻器，并應(yīng)用電子膨脹閥進行變流量控制，利用16位微機并引進模糊概念提高空調(diào)器的控制功能，為變頻空調(diào)器國產(chǎn)化作出了大膽的探索。李家朋在空調(diào)器舒適性和節(jié)能運行的控制中，提出了用表征房間熱負荷大小的“熱容C'和表征房間漏熱程度的“熱阻R'進行模糊辯識的方法。研究表明，用此方法研制的模糊控制空調(diào)器會按季節(jié)、氣溫、漏熱情 況等條件，自動地選擇合適的工作模式，保證了空調(diào)環(huán)境的舒適度和制冷系統(tǒng)的節(jié)能要求。(2)在多室內(nèi)機的房間空調(diào)器 (一機多掛系統(tǒng))方

26、面由于多室內(nèi)機空調(diào)器的節(jié)能和舒適性控制，涉及到必須對系統(tǒng)中的工質(zhì)循環(huán)量和進入各 室內(nèi)機的工質(zhì)流量加以嚴格精確地控制問題，它不僅與系統(tǒng)的控制有關(guān)，同時也與系統(tǒng)的設(shè) 計有著密切的關(guān)系。在這方面，目前國內(nèi)主要是在研制一拖二和一拖三空調(diào)器，根據(jù)其結(jié)構(gòu) 形式和運轉(zhuǎn)特點可分為如下四種方式。1) 一臺定速壓縮機對應(yīng)一臺室內(nèi)機的多制冷系統(tǒng)。這種機型在控制上難度最小，但結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、體積大、成本高，不能體現(xiàn)一機多掛系統(tǒng)的價格優(yōu)勢和節(jié)能優(yōu)勢。2）單臺定速壓縮機多臺室內(nèi)機間歇供冷（熱）系統(tǒng)。由于制冷工質(zhì)按時間交替分配給各室內(nèi)機，所以根本不能滿足室內(nèi)環(huán)境的舒適性要求。3）單臺定速壓縮機多臺室內(nèi)機同時供冷（熱）系統(tǒng)。這種

27、系統(tǒng)采用定速壓縮機，降低了空調(diào)器成本，并能減少壓縮機的啟停次數(shù)，較好地實現(xiàn)房間的舒適性控制。但并不能從本質(zhì)上解 決壓縮機的起停損失和對電網(wǎng)的沖擊，不能提高空調(diào)器的能效比和季節(jié)性能比。4）單臺變頻壓縮機多臺室內(nèi)機同時供冷（熱）系統(tǒng)。通過采用電子膨脹閥調(diào)節(jié)進入各室內(nèi)機的工質(zhì)流量，使之滿足各室內(nèi)的冷（熱）負荷要求，改變壓縮機的運轉(zhuǎn)頻率調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)所需要的工質(zhì)循環(huán)量，并采用軟硬件相結(jié)合的方式調(diào)節(jié)室內(nèi)外風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、四通閥、室內(nèi)機的風(fēng)向 調(diào)節(jié)板等可控部件，實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的高舒適性和系統(tǒng)的節(jié)能控制。隨著智能建筑在中國的飛速發(fā)展，樓宇自動控制技術(shù)和裝置也得到快速的發(fā)展。對于樓宇 自動控制而言，在確保建筑內(nèi)舒適和安

28、全的辦公環(huán)境的同時，還要實現(xiàn)高效節(jié)能目的。因此 誕生了綜合現(xiàn)代計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和現(xiàn)代圖形顯示技術(shù)的集散型控 制系統(tǒng)。集散型中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)在我國的智能建筑中得到廣泛應(yīng)用，其自動監(jiān)視、測量、 控制和管理功能是相當(dāng)優(yōu)越的，自動化程度高，節(jié)約了大量的勞動力和運行費用網(wǎng)。20世紀(jì)90年代未至21世紀(jì)初，我國在中央空調(diào)系統(tǒng)的控制領(lǐng)域，同時推出兩項節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品：中 央空調(diào)變頻調(diào)速控制節(jié)能系統(tǒng)和中央空調(diào)變流量控制節(jié)能系統(tǒng)。將這兩項技術(shù)相結(jié)合，在集 散型中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加PLC和變頻技術(shù)，并且與智能控制方法相結(jié)合，將原有的定流量系統(tǒng)改為變流量控制系統(tǒng)，從而使中央空調(diào)的各泵組

29、和冷卻塔風(fēng)機的運行跟隨負 荷的變化而同步變化，就能夠在保證負荷需求的前提下，實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的最大節(jié)能。國內(nèi)還有一些科研機構(gòu)和企業(yè)的科研團體，也都開展了智能空調(diào)器的研制工作，其核心內(nèi) 容都集中在對單相壓縮機變屏調(diào)速控制器和智能型室溫控制器的研究，其研究成果還未見公 開發(fā)表。智能型空調(diào)器是一個綜合技術(shù)的聚合體，開發(fā)難度較大，現(xiàn)在的樣機或產(chǎn)品在控制 模式上、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性方面相比國際先進技術(shù)還存在很大的差距，有待于進一 步的研究和提高。目前，中央空調(diào)控制方法有雙位 OWOFF控制、PID控制、最優(yōu)控制、模糊控制等方法。 以PID算法為核心的各種 DDC控制系統(tǒng)是目前中央空調(diào)工程和設(shè)備較普

30、遍的使用方法，這種 控制方法在工況較穩(wěn)定的情況下，可以得到較好的控制效果。2設(shè)計方案2.1 控制系統(tǒng)的比較(1) PLC系統(tǒng)的特點1)可靠性高，PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它必須能夠在各種不同的工作 環(huán)境中正常工作。對工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力強，平均無故障時間 長。2)使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴展或者是模塊化的結(jié)構(gòu)形式，因此， 輸入/輸出信號的數(shù)量，形式，驅(qū)動能力等都可以根據(jù)實際控制要求進行選擇與確 定，而且在需要時可以隨時更換，近年來，PLC的特殊模塊增多這些可以滿足不同 的控制要求，使PLC的使用更加靈活與多變。3)編程簡單，PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨特的，

31、多種面向廣大工程 設(shè)計人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡 潔，明了適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒有計算機知識的人員也很統(tǒng)一 掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計算機 控制容易。(2)單片機系統(tǒng)的特點：1)要求環(huán)境，單片機對環(huán)境的適應(yīng)能力較低，可靠性差。2)編程和PLC相比難以學(xué)習(xí)，主要是單片機采用匯編語言或者是 C語言，這些高 級語言和PLC語言相比，難以學(xué)習(xí)。3)功能單一知識具有使用中所需要的功能。但是，它結(jié)構(gòu)簡單，處理速度快。2.2 中央空調(diào)的主要指標(biāo)(1)定時設(shè)計：根據(jù)實際情況，采用定時器方便控制。(2)模式設(shè)計：根據(jù)實

32、際情況，分為制冷、吹風(fēng)和供暖，可以相互配合控制。(3)調(diào)速設(shè)計：采用變頻調(diào)速。(4)手動環(huán)節(jié)：手動停機，手動定時。2.3檢測電路(1)溫度檢測：用于檢測當(dāng)前模式下室內(nèi)溫度高低。(2)轉(zhuǎn)速檢測：用于檢測電機轉(zhuǎn)速是否達標(biāo)。2.4電機調(diào)速方式選擇三相交流電機的調(diào)速方式大致分為以下幾種：調(diào)壓調(diào)速、調(diào)電樞電阻調(diào)速、調(diào)磁通調(diào)速, 變頻調(diào)速。在洗衣機發(fā)展過程中，對于速度的調(diào)整又有以下幾種常見的調(diào)速方法：皮帶調(diào)速、 離合器調(diào)速、變頻調(diào)速。在現(xiàn)場，調(diào)壓調(diào)速、調(diào)磁通調(diào)速都是有一定缺陷的。而皮帶調(diào)速和離合器調(diào)速都是有級調(diào)速，能滿足的速度需求相對較低，而這兩種調(diào)速方 式對于機械硬件的依賴較高，在有較強干擾時，不能滿足

33、電機額定轉(zhuǎn)速的要求，所以自動化 程度是欠缺的。但是變頻調(diào)速通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的，并且 變頻調(diào)速是高效調(diào)速，調(diào)速是轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，而其他調(diào)速方式轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào) 速范圍擴大而增加。故，我們選擇變頻調(diào)速。3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 控制系統(tǒng)組成（PLC）PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令， 并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而

34、設(shè)計?？删幊踢壿嬁刂破鲗嵸|(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相 同?；緲?gòu)成有：電源、中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊。3.2 傳感器溫度是自然界中和人類打交道最多的物理參數(shù)之一，無論是在生產(chǎn)實驗場所，還是在居 住休閑場所，溫度的采集或控制都十分頻繁和重要，而且，網(wǎng)絡(luò)化遠程采集溫度并報警是現(xiàn) 代科技發(fā)展的一個必然趨勢。由于溫度不管是從物理量本身還是在實際人們的生活中都有著密切的關(guān)系，所以溫度傳感器就會相應(yīng)產(chǎn)生。其設(shè)計原理：PT100是鉗熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。PT100的阻值與溫度變化關(guān)系為：當(dāng)PT100溫度為0c時它的阻

35、值為100歐姆，在100c時它的阻值約為 138.5歐姆。它 的工業(yè)原理：當(dāng) PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成勻速增長的。應(yīng)用在醫(yī)療、電機、工業(yè)、溫度計算、阻值計算等高精溫度設(shè)備，應(yīng)用范圍 非常之廣泛。3.3 變頻器介紹 變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。我們使用的變頻器是歐姆龍公司生產(chǎn)的。在操作過 程中應(yīng)當(dāng)注意以下幾點事項：(1)防止電磁波干擾。變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多

36、的干擾電磁波，這 些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)，應(yīng)該選用金 屬外殼，屏蔽變頻器對儀表的干擾。所有的元器件均應(yīng)可靠接地，除此之外，各電氣元件、 儀器及儀表之間的連線應(yīng)選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應(yīng)接地。如果處理不好電磁干擾，往 往會使整個系統(tǒng)無法工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞。(2)防止輸入端過電壓。變頻器電源輸入端往往有過電壓保護，但是，如果輸入端高電壓作 用時間長，會使變頻器輸入端損壞。因此，在實際運用中，要核實變頻器的輸入電壓、單相 還是三相和變頻器使用額定電壓。特別是電源電壓極不穩(wěn)定時要有穩(wěn)壓設(shè)備，否則會造成嚴 重后果。(3)接地。變頻器正確接地是提高

37、控制系統(tǒng)靈敏度、抑制噪聲能力的重要手段，變頻器接地端子E(G)接地電阻越小越好，接地導(dǎo)線截面積應(yīng)不小于2mm2長度應(yīng)控制在 20m以內(nèi)。變頻器的接地必須與動力設(shè)備接地點分開，不能共地。信號輸入線的屏蔽層，應(yīng)接至E(G)上，其另一端絕不能接于地端，否則會引起信號變化波動，使系統(tǒng)振蕩不止。變頻器與控制柜之間 應(yīng)電氣連通，如果實際安裝有困難，可利用銅芯導(dǎo)線跨接。在連接過程中，一定要將變頻器 的接地端與電機的接地端相連。3.4 變頻器的原理主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分 為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是 將電

38、流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”， 以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉(zhuǎn)。平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。逆變器：同整流器

39、相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出3.5 中央空調(diào)應(yīng)用變頻節(jié)能特點1 、變頻器界面為LED顯示，監(jiān)控參數(shù)豐富；鍵盤布局簡潔、操作方便；2 、變頻器有過流、過載、過壓、過熱等多種電子保護裝置，并具有豐富的故報警輸出功能，可有效保護供水系統(tǒng)的正常運作；3 、加裝變頻器后，電機具有軟啟動及無極調(diào)速功能，可使水泵和電機的機械磨損大為降低，延長管組壽命；4 、變頻器內(nèi)部裝有大容量濾波電容，可有效提高用電設(shè)備的功率因數(shù)；5 、該系統(tǒng)實現(xiàn)了對溫度的 PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，室內(nèi)溫度變化平穩(wěn)，人體感覺舒適。3.6 電動機介紹電動機采用三相異

40、步交流電動機。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各種材料。按 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同,三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種。籠式轉(zhuǎn)子的異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用，其主要缺點是調(diào)速困難。繞線式三相異步電動機的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。電動機工作原理為：當(dāng)電動機的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對稱交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，

41、并且電機旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。.7主電路設(shè)計3.8 可編程控制器的選擇根據(jù)輸入信號及輸出信號的數(shù)量，經(jīng)過初略計算，輸入點數(shù)為12點，輸出點數(shù)為 5點，輸入、輸出信號都是數(shù)字量。增加20謠用量，以便隨時增加控制功能：輸入點數(shù)為：12 X (1+20%)=14.4輸出點數(shù)為： 5 X (1+20%)=6.0根據(jù)I/O點數(shù)，可選歐姆龍 CPM2型可編程控制器.3.9 可編程控制器的外圍接線圖3.10 硬件實際連接示意圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 PLC主程序流程圖4.2 工作方式介紹輸入地址分配輸入地址對應(yīng)控制電器電器兀件代號1.00總啟動SA01.01總停止SA11.02冷水電機啟動開關(guān)SB01.03熱水電機啟動開關(guān)SB11.04房間1開關(guān)SC01.05房間2開關(guān)SC11.06房間3開關(guān)SC21.07房間1定時啟動開關(guān)SQ01.08房間2定時啟動開關(guān)SQ11.09房間3定時啟動開關(guān)SQ2輸出地址分配輸出地址對應(yīng)外圍電器電器兀件代號10.00冷水電機YV110.01壓縮電機YV210.02熱水電機YV311.00房間1室內(nèi)風(fēng)機NV111.01房間1室外風(fēng)機NV211.02房間2室內(nèi)風(fēng)機NV311.03房間2室外風(fēng)機NV411.04房間3室內(nèi)風(fēng)機NV511.05房間3