(完整版)可編程控制器課程設計

1、 可編程控制器課程設計中央空調的設計一、前言我國是一個人均能源相對貧乏的國家，人均能源占有量不足世界水平的一半，隨著我國經濟的快速發(fā)展，我國已成為世界第二耗能大國，但能源使用效率普通偏低,造成電能浪費現(xiàn)象十分嚴重。盡管我國電網總裝機容量和發(fā)電量快速擴容，但仍趕不上用電量增加的速度，供電形勢嚴峻,節(jié)能節(jié)電已迫在眉睫。中央空調系統(tǒng)是現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設施之一，電能的消耗非常大，約占建筑物總電能消耗的50%。由于中央空調系統(tǒng)都是按最大負載并增加一定余量設計，而實際上在一年中，滿負載下運行最多只有十多天，甚至十多個小時，幾乎絕大部分時間負載都在70%以下運行。通常中央空調系統(tǒng)中冷凍主機的負荷

2、能隨季節(jié)氣溫變化自動調節(jié)負載，而與冷凍主機相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動調節(jié)負載，幾乎長期在100%負載下運行，造成了能量的極大浪費，也惡化了中央空調的運行環(huán)境和運行質量。隨著變頻技術的日益成熟，利用變頻器、PLC、數(shù)模轉換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的有機結合，構成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，自動調節(jié)水泵的輸出流量，達到節(jié)能目的提供了可靠的技術條件。二、問題的提出1、原系統(tǒng)簡介中央空調系統(tǒng)改造前的主要設備和控制方式：450冷噸冷氣主機2臺，型號為特靈二極式離心機，兩臺并聯(lián)運行；冷凍水泵和冷卻水泵各有3臺，型號均為TS-200-150315，揚程32米，配用功率37KW。均采用兩用一備的方式運

3、行。冷卻塔3臺，風扇電機7.5KW，并聯(lián)運行。2、原系統(tǒng)的運行及存在問題由于中央空調系統(tǒng)設計時必須按天氣最熱、負荷最大時設計，且留有10%-20%左右的設計余量。其中冷凍主機可以根據(jù)負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應的調節(jié)。這樣，冷凍水、冷卻水系統(tǒng)幾乎長期在大流量、小溫差的狀態(tài)下運行，造成了能量的極大浪費。而且冷凍、冷卻水泵采用的均是Y起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的34倍，在如此大的電流沖擊下，接觸器的使用壽命大大下降；同時，啟動時的機械沖擊和停泵時的水錘現(xiàn)象，容易對機械器件、軸承、閥門和管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備件費用。另外,由于冷凍泵軸

4、輸送的冷量不能跟隨系統(tǒng)實際負荷的變化，其熱力工況的平衡只能由人工調整冷凍主機出水溫度，以及大流量小溫差來掩蓋。這樣，不僅浪費能量，也惡化了系統(tǒng)的運行環(huán)境、運行質量。特別是在環(huán)境溫度偏低、某些末端設備溫控稍有失靈或靈敏度不高時，將會導致大面積空調室溫偏冷，感覺不適，嚴重干擾中央空調系統(tǒng)的運行質量。因為空調偏冷的問題經常遇到各種想不到的問題造成不少人力資源的浪費。本人提出：“利用變頻器、PLC、數(shù)模轉換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等構成的溫差閉環(huán)自動調速系統(tǒng)。對冷凍、冷卻水泵進行改造，以節(jié)約電能?！比⒐?jié)能改造的可行性分析改造方案主要有：方案一是通過關小水閥門來控制流量，經測試達不到節(jié)能效果。且控制

5、不好會引起冷凍水未端壓力偏低，造成高層用戶溫度過高，也常引起冷卻水流量偏小，造成冷卻水散熱不夠，溫度偏高；方案二是根據(jù)制冷主機負載較輕時實行間歇停機，但再次起動主機時，主機負荷較大，實際上并不省電，且易造成空調時冷時熱，令人產生不適感；方案三是采用變頻器調速，由人工根據(jù)負荷輕重調整變頻器的頻率，這種方法人為因素較大，雖然投資較小，但達不到最大節(jié)能效果；方案四是通過變頻器、PLC、數(shù)模轉換模塊、溫度模塊和溫度傳感器等構成溫差閉環(huán)自動控制，根據(jù)負載輕重自動調整水泵的運行頻率，排除了人為操作錯誤的因素。雖然一次投入成本較高，但這種方法在社會上已經被廣泛應用，已經證實是切實可行的高效節(jié)能方法。最后決定

6、采用方案四冷凍、冷卻泵進行節(jié)能改造。以下是分析過程：1、中央空調系統(tǒng)簡介團例說明=t溫度計v壓力表”宦:”水泵手柄式蛭閥中央空調系統(tǒng)結構圖中央空調系統(tǒng)的工作過程是一個不斷進行能量轉換以及熱交換的過程。其理想運行狀態(tài)是：在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中，在冷凍泵的作用下冷凍水流經冷凍主機，在蒸發(fā)器進行熱交換，被吸熱降溫后（7C）被送到終端盤管風機或空調風機，經表冷器吸收空調室內空氣的熱量升溫后（12。0，再由冷凍泵送到主機蒸發(fā)器形成閉合循環(huán)。在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中，在冷卻泵的作用下冷卻水流經冷凍機，在冷凝器吸熱升溫后（37。C）被送到冷卻塔，經風扇散熱后（32。C）再由冷卻泵送到主機，形成循環(huán)。在這個過程里，冷凍

7、水、冷卻水作為能量傳遞的載體，在冷凍泵、冷卻泵得到動能不停地循環(huán)在各自的管道系統(tǒng)里，不斷地將室內的熱量經冷凍機的作用，由冷卻塔排出。如圖一所/示O在中央空調系統(tǒng)設計中，冷凍泵、冷卻泵的裝機容量是取系統(tǒng)最大負荷再增加10%20%余量作為設計安全系數(shù)。據(jù)統(tǒng)計，在傳統(tǒng)的中央空調系統(tǒng)中，冷凍水、冷卻水循環(huán)用電約占系統(tǒng)用電的12%24%，而在冷凍主機低負荷運行時，冷卻水、冷凍水循環(huán)用電就達30%40%。因此，實施對冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的能量自動控制是中央空調系統(tǒng)節(jié)能改造及自動控制的重要組成部分。四、控制設計的具體方案1、主電路的控制設計根據(jù)具體情況，同時考慮到成本控制，原有的電器設備盡可能的利用。冷凍

8、水泵及冷卻水泵均采用兩用一備的方式運行，因備用泵轉換時間與空調主機轉換時間一致，均為一個月轉換一次，切換頻率不高，決定將冷凍水泵和冷卻水泵電機的主備切換控制利用原有電器設備，通過接觸器、啟停按鈕、轉換開關進行電氣和機械互鎖。確保每臺水泵只能由一臺變頻器拖動，避免兩臺變頻器同時拖動同一臺水泵造成交流短路事故；并且每臺變頻器任何時間只能拖動一臺水泵，以免一臺變頻器同時拖動兩臺水泵而過載。2變頻器的控制方式變頻器的啟停及頻率自動調節(jié)由PLC、數(shù)模轉換模塊、溫度傳感器、溫度模塊進行溫差閉環(huán)控制，手動/自動切換和手動頻率上升、下降由PLC控制。3、主要設備選型考慮到設備的運行穩(wěn)定性及性價比，以及水泵電機

9、的匹配。選用三菱FR-F540-37K-CH變頻器；PLC所需I/O點數(shù)為：輸入24點、輸出14點，考慮到輸入輸出需留一定的備用量，以及系統(tǒng)的可靠性和價格因素，選用FX2N-64MR三菱PLC；溫度傳感器模塊FX2N-4AD-PT，該模塊是溫度傳感器專用的模擬量輸入A/D轉換模塊，有4路模擬信號輸入通道（CHI、CH2、CH3、CH4），接收冷凍水泵和冷卻水泵進出水溫度傳感器輸出的模擬量信號；溫度傳感器選用PT-1003850RPM/C電壓型溫度傳感器，其額定溫度輸入范圍-100C600C,電壓輸出010V，對應的模擬數(shù)字輸出-10006000；模擬量輸出模塊型號為FX2N-4DA，是4通道D

10、/A轉換模塊，每個通道可單獨設置電壓或電流輸出，是一種具有高精確度的輸出模塊。4、改造需要增加的設備：名稱數(shù)量型號PLC1FX2N-64MR變頻器4FR-F540-37K-CH溫度傳感器輸入模塊1FX2N-4AD-PT溫度傳感器4PT-1003850RPM/C模擬量輸出模塊1FX2N-4DA轉換開關2250V/5A啟動按鈕18250V/5A停止按鈕2250V/5A五、主要設備的特性簡介1、變頻器隨著微電子技術，電力電子技術，全數(shù)字控制技術的發(fā)展，變頻器的應用越來越廣泛。變頻器能均勻的改變電源的頻率，因而能平滑的改變交流電動機的轉速，由于兼有調頻調壓功能，所以在各種異步電動機調速系統(tǒng)中效率最高，

11、性能最好。變頻器分為間接變頻和直接變頻，變頻水泵采用間接變頻方式。間接變頻裝置的特點是將工頻交流電源通過整流器變成直流，再經過逆變器將直流變成頻率可控的交流電。變頻器以軟啟動取代YA降壓啟動，降低了啟動電流對供電設備的沖擊，減少了振動及噪音。2、PLCPLC是一種以微處理器為核心，綜合了計算機技術，半導體存儲技術和自動控制技術的新型工業(yè)控制器。PLC與傳統(tǒng)的繼電器控制比較，有以下特點：（1）通用性好，接線簡單，通過選配相應的模塊，可適應用于各控制系統(tǒng)。（2）功能強，可以通過編程實現(xiàn)任意復雜的控制功能。除邏輯控制功能外，還具有模擬量控制，順序控制，位置控制，高速計數(shù)以及網絡通信等功能。（3）可靠

12、性高，無機械觸點，消除了電弧損害，接觸不良等，使用壽命長。（4）定時準確，定時范圍寬。（5）體積小，耗電小。（6）編程和接線可同步進行，擴展靈活，維修方便。六、三菱FR-F540-37K-CH變頻器主要參數(shù)的設定Pr.160:0允許所有參數(shù)的讀/寫Pr.1:50.00變頻器的上限頻率為50HzPr.2:30.00變頻器的下限頻率為30HzPr.7:30.0變頻器的加速時間為30SPr.8:30.0變頻器的減速時間為30SPr.9:65.00變頻器的電子熱保護為65APr.52:14變頻器DU面板的第三監(jiān)視功能為變頻器的輸出功率Pr.60:4智能模式選擇為節(jié)能模塊Pr.73:0設定端子25間的頻

13、率設定為電壓信號010VPr.79:2變頻器的操作模式為外部運行七、三菱PLC控制器FX2N-64MR與三菱FR-F540-37K-CH變頻器的接線以及UO分配1、I/O分配：X0:1#冷卻泵報警信號X1:1#冷卻泵運行信號X2:2#冷卻泵報警信號X3:2#冷卻泵運行信號X4:1#冷凍泵報警信號X5:1#冷凍泵運行信號X6:2#冷凍泵報警信號X7:2#冷凍泵運行信號X10:冷卻泵報警復位X11:冷凍泵報警復位X12:冷卻泵手/自動調速切換X13:冷凍泵手/自動調速切換X14:冷卻泵手動頻率上升X15:冷卻泵手動頻率卜降X16:冷凍泵手動頻率上升X17:冷凍泵手動頻率卜降X20:1#冷卻泵啟動信

14、號X21:1#冷卻泵停止信號X22:2#冷卻泵啟動信號X23:2#冷卻泵停止信號X24:1#冷凍泵啟動信號X25:1#冷凍泵停止信號X26:2#冷凍泵啟動信號X27:2#冷凍泵停止信號Y2:冷卻泵自動調速信號Y3:冷凍泵自動調速信號Y4:1#冷卻泵報警信號Y5:2#冷卻泵報警信號Y6:1#冷凍泵報警信號Y7:2#冷凍泵報警信號Y10:1#冷卻泵啟動Y11:1#冷卻泵變頻器報警復位Y12:2#冷卻泵啟動Y13:2#冷卻泵變頻器報警復位Y14:1#冷凍泵啟動Y15:1#冷凍泵變頻器報警復位Y16:2#冷凍泵啟動Y17:2#冷凍泵變頻器報警復位2、接線圖：昇貝-壽黑-8寸口T-IT-J?L1r111

15、r1:寸sgArjiA=t11i1i1_，-?-JLI詔詔詔D+匕n=-+也n=-+匚n=-H0：-H繭UUFX2N-4EAPLC與變頻器接線圖八、三菱FX2N64MRPLC主要部分程序分析1、冷凍水出回水和冷卻水進出水的溫度檢測及溫差計算程序4t適悄啊悴蚩妝OOifcTOKOKIKI00*域腳卜邊誼晦畧.負于均鍛FKHMKOK!.P10TOC o 1-5 h zADIt1)1I-K1APTF1)1I191103MBOOO吃甜隸褪甜般戕冇解竝務M0DOO2、FX2N-4DA4通道的D/A轉換模塊程序分析咤購斗和/利鞫沖蛙軸TOKIKOHOK1卜toKIKID1WQK-M胛DECC皿Q1卜UOV

16、DUC2D1W3卜D/A轉換模塊的數(shù)字量入口地址為:CH1通道:D1100；CH2通道:D1101；CH3通道：D1102；CH4通道：D1103；數(shù)字量的范圍為-2000+2000,對應的電壓輸出為-10V+10V,變頻器輸入模擬電壓為0+10V,對應30Hz50Hz的數(shù)字量為+1200+2000，為保證2臺冷卻泵之間的變頻器運行頻率的同步一致，使用了LDM8000MOVD1100D1101；2臺冷凍泵也使用了LDM8000MOVD1102D1103的指令。3、手動調速PLC程序分析)110如4貯一II卜-awDIIOCK20Dlioo-疋胡喇禪桶(SUBD1100K20Dll&o-*胡頫佛

17、孵旳OHss-MOVKlD01100-*曲璟上取卿端QH石、-MOVKSOOODU00-X14為冷卻泵手動頻率上升，X15為冷卻泵手動頻率下降，每次頻率調整0.5Hz，所有手動頻率的上限50Hz，下限30Hz。*芋諒丿ti珅如抹I期士1|_4、手動調速和自動調速的切換程序JJO)-MH”X12為冷卻泵手/自動調速切換開關；X13為冷凍泵手/自動調速切換開關;5、溫差自動調速程序K盤w-ADDD1100K?0DllOO-Ml?-牧賤TfE貓籾應Dll00K1200MOVK1200DllOO牧熊上桝寧齡0血D110G1MOVK2000DllOO溫差采樣周期，因溫度變化緩慢，時間定為5秒能滿足實際需

18、要；當溫差小于4.8C時，變頻器運行頻率下降，每次調整0.5Hz；當溫差大于5.2C時，變頻器運行頻率上升，每次調整0.5Hz；當冷卻進出水溫差在4.85.2C時不調整變頻器的運行頻率。從而保證冷卻泵進出水的溫差恒定，實現(xiàn)節(jié)能運行。6、冷凍泵和冷卻泵的變頻器運行和停止控制2臺變頻器驅動的冷卻泵和2臺變頻器驅動的冷凍泵的起?？刂朴煤唵芜壿嬳樞虻目刂疲琍LC程序此處略。7、變頻器的保護和故障復位控制變頻器的過電流電子熱保護動作時PLC能自動檢測，給出報警信號，提醒值班人員及時處理，以下為變頻器故障后的復位PLC程序：317YG13yY017y8、PLC梯形圖和程序設計、梯形圖1DM6QOOIWfl

19、flOP曲_-II*D1WD-HH1,D1他-丸鳴即陛-乂琨刨側-HH4IMSOOO應HI陀咅甘耳衆(zhòng)杷命專扌麻i込b廉豐網出一就mscoo略一-IIKJKDKIK1UOK4-FROMKOK5DIOK4-吃跚嗚劉于、DDDIOKIDIO-ADDDJJK7Dll-ADDD吃KODIS-ADDD13KJ1D13-*TOKIKOHOKI-15111-iifM)K?nonJMJjxa-16if111X(H7111-MltKKliXiUJ-:-T1IO2K2000TOC o 1-5 h z:別矗體字t4APDDll師K?0DIIW-IJji:.肌川m1noINIjowQJl琛下取媒療找WHn7NOVK12

20、00DJIOO-*、-的嗨卜皚甘弗祕乂、NOVKPflOODime-ADDD1102K20D11O?J-M字i徉、_汕HDI1u2K20TjIIOJ-*-LN-NOVK2COOD1102卜170Ifi1XIHHATI叫V辛觀嘶i繡魅赫機制XO2O引IIJ4I103-SETYOlOj-曙107-鳥睥RSTY012-*1191-PI2JQD2OK加HF-D2QmL乂D2OK10_SET沏硏一開ADDDIIOOWPODHOOp槪圮軟尬白血RST刑1鉗-井SUBD1】罠K20fflJOQj-SETY016-q?tflOOD1W0n冗wonItlIhrC5_IH13壊聯(lián)壩鳥血K50000&QQMnnDf

21、jK?0D1102XDO5MBObT卜XUO7MflOhHI卜D21K40皿*=51m口（翻饗咖“KM）嚴暢Jy1的潛砌少俺金.3-JJ7J+iTOOTO?伽卜-(Y0J3)-700&-(Y0J5(Y0J7廠-f700?B77Jenpr(2)、指令表步指令0LDM80021T0K0K1K100140ADDD1102K20D1K410210LDM8000147MRD11FROMK0K5D10148ANDFX017K4150SUBD1102K20D120ADDD10K1D1010227ADDD11K7D11157MRD34ADDD12K0D12158AND=D1102K63TOK1K0H02000

22、K1174MOVK2000D110272LDM8000179LDX01273TOK1K1D1100180OUTM10K4181LDX01382LDM8000182OUTM1183MOVD1100D1101183LDIT188MOVD1102D1103184OUTT0K2593LDIM10187LDT094MPS188OUTT1K2595ANDFX014191LDM1097ADDD1100K20D1192ANDFT0100194MPS104MRD195ANDD20K52105ANDFX015200ANIM12107SUBD1100K20D1201ADDD1100K20D1001100114MRD

23、208MRD115AND=D1100K209AND=D1100K222MPP2000223AND=D20K4131MOVK2000D11008136LDIM11228AND=D20K52137MPS233OUTM12138ANDFX016234LDD1100K2000335LDX022249MOVK2000D1100336SETY012254LDM11337LDX023255ANDPT0338RSTY012257MPS339LDX024258ANDD21K52340SETY014263ANIM13341LDX025264ADDD1102K20D342RSTY0141102343LDX026271MRD344SETY016272AND=D21K40000008354LDX003291AND=D21K52355ANDM8014296OUTM13356OUTC221K50000000297LDD1102K2000363OUTC222K50000000312MOVK2000D1102368LDX007317LDX010369ANDM8014318MPS370OUTC223K50000000319AN