基于plc的中央空調(diào)自動控制系統(tǒng)設(shè)計

wordPAGE..基于plc的中央空調(diào)自動控制系統(tǒng)設(shè)計摘要中央空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設(shè)施之一，電能的消耗非常大，約占建筑物總電能消耗的50%。通常中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍主機(jī)的負(fù)荷能隨季節(jié)氣溫變化自動調(diào)節(jié)負(fù)載，而與冷凍主機(jī)相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動調(diào)節(jié)負(fù)載，幾乎長期在100%負(fù)載下運(yùn)行，造成了能量的極大浪費(fèi)，也惡化了中央空調(diào)的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行質(zhì)量。本文首先介紹了中央空調(diào)的結(jié)構(gòu)和工作原理，然后采用西門子的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(yùn)轉(zhuǎn)速度，保證系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際負(fù)荷的情況調(diào)整流量，實(shí)現(xiàn)恒溫控制，同時又可以節(jié)約大量能源。關(guān)鍵詞：PLC；中央空調(diào)；控制

DesignofautomaticcontrolsystemforcentralairconditioningsystembasedonPLCAbstractThecentralairconditioningsystemisoneofthenecessarysupportingfacilitiesofmodernlarge-scalebuildings.Theconsumptionofelectricenergyisverylarge,whichaccountsforabout50%ofthetotalenergyconsumption.Thefrozenhostusuallyinthecentralair-conditioningsystemloadcanautomaticallyaccordingtothechangeoftemperatureandloadregulation,refrigerationpumpandcoolingpumpmatchedwiththefrozenhostcanautomaticallyadjusttheload,almostrun100%underloadoperation,resultinginagreatwasteofenergy,butalsoworsentheoperationenvironmentandoperationqualityofCentralairconditioning.Thispaperfirstintroducesthestructureandworkingprincipleofcentralairconditioning,thenuseSIEMENSS7200PLCasthemaincontrolunit,usingthetraditionalPIDcontrolalgorithm,throughtheSIEMENSMM440invertercontrolpumpspeedensuresystemaccordingtotheactualsituationtoadjustloadflow,realizeconstanttemperaturecontrol,butalsocansavealotofenergy.Keywords：PLC;centralairconditioning;control

目錄摘要 I1緒論 11.1課題的研究背景 11.2國內(nèi)外中央空調(diào)控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 22中央空調(diào)控制的原理 42.1中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理 42.2中央空調(diào)電機(jī)的軟啟動原理及應(yīng)用 43中央空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 63.1變頻器的原理 63.2西門子MM440變頻器性能介紹 63.2.1主要特征 73.2.2控制性能的特點(diǎn) 73.3PLC選型 73.4人機(jī)界面設(shè)計 83.5系統(tǒng)硬件設(shè)計 94控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 124.1PLC的初始設(shè)定 124.2PLC主程序流程圖 144.3程序設(shè)計 14中央空調(diào)控制系統(tǒng)的I/O分配表 144.3.2程序中使用的存儲器及功能 16結(jié)論 17參考文獻(xiàn) 18致謝 20附錄PLC軟件源程序 22word..1緒論1.1課題的研究背景隨著國民經(jīng)濟(jì)的開展和人民生活水平的日益提高，中央空調(diào)系統(tǒng)己廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑域，如賓館、酒店、寫字樓、商場、廠房等場所，用于保持整棟大廈溫度恒定。已經(jīng)成為人們生活中的必不可少的工具。目前，全球能源緊張，節(jié)能問題自然成為全世界關(guān)注的首要問題。從資源總量來看，雖然我國屬于資源大國，但長期不合理開發(fā)及粗放型的利用，使我國資源正在迅速減少，甚至已經(jīng)枯竭，所以節(jié)能己成為我國一個迫在眉睫的問題。隨著社會的進(jìn)步開展，現(xiàn)代城市化的不斷推進(jìn)，人們對高品質(zhì)建筑生活環(huán)境的要求也越來越高，所以中央空調(diào)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在大型和超大型公共建筑中。這雖然滿足了人們對建筑空間的品質(zhì)要求提供高品質(zhì)的環(huán)境空間的品質(zhì)要求，但也大大增加了用電能耗。在建筑能耗中，一些西方興旺國家中央空調(diào)能耗占總能耗的60%-70%，而我國建筑總能耗中，中央空調(diào)能耗也到達(dá)50%-60%。中央空調(diào)系統(tǒng)能源消耗在辦公樓、酒店、醫(yī)院、商場的中占總能耗的比例分別為48%、46%、30%、40%而且呈現(xiàn)顯著上升趨勢，占據(jù)了大局部的能源消耗，所以我們必須把中央空調(diào)節(jié)能研究作為重要的著手點(diǎn)，從而到達(dá)節(jié)能降耗的目的。當(dāng)前很多國家已開始制定節(jié)能的行動，把建筑是否節(jié)能作為評價建筑是否合格的重要內(nèi)容以及考察建筑物質(zhì)量優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，因此，積極開發(fā)新能源及高科技節(jié)能控制技術(shù)的合理應(yīng)用是節(jié)約能源，減少空調(diào)能耗的最主要途徑，這對節(jié)約能源，維護(hù)良好的生態(tài)環(huán)境，推動自然資源的可持續(xù)的開展，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長有著重要意義。隨著季節(jié)的變化，戶外氣候和環(huán)境條件，太陽光照強(qiáng)度的變化，以及人員流量的變動，實(shí)際使用中空調(diào)負(fù)載的也會不斷變化。在傳統(tǒng)運(yùn)行模式下，中央空調(diào)系統(tǒng)的制冷機(jī)組已擁有比較健全的能能量調(diào)節(jié)機(jī)制，根據(jù)負(fù)荷的變化，系統(tǒng)可自動調(diào)整制冷機(jī)組的運(yùn)行功率，以到達(dá)節(jié)能的目的。但當(dāng)前大多數(shù)中央空調(diào)系統(tǒng)的冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中還是運(yùn)用對水菜臺數(shù)的加減控制來完成對負(fù)荷的適應(yīng)，使得系統(tǒng)的功率消耗能耗不能根據(jù)建筑物內(nèi)實(shí)際冷量需求來對應(yīng)調(diào)節(jié)，更達(dá)不到使得制冷量與實(shí)際需求量在變化中的最優(yōu)匹配以及動態(tài)調(diào)節(jié)，從而使剩余揚(yáng)程消散在空調(diào)末端的控制閥門上，造成能量的浪費(fèi)。同時在空調(diào)局部負(fù)荷時，雖然空調(diào)末端提供的冷量可以實(shí)現(xiàn)以實(shí)際需求冷量輸出，但冷凍水系統(tǒng)中冷凍水粟的輸出功率卻沒有相對應(yīng)的減少，即仍是全功率運(yùn)行。而大多數(shù)中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷水主機(jī)、冷凍水栗以及風(fēng)機(jī)的量程范圍都是根據(jù)全年最大的空調(diào)負(fù)載進(jìn)行設(shè)置的，也就是說，一年大多數(shù)時間，水菜流量量程比正常所需要大一些，導(dǎo)致?lián)P程偏高，從而出現(xiàn)我們常見的中央空調(diào)水系統(tǒng)的小溫差大流量的情況，這時冷凍水粟一般都是每年保持定流量運(yùn)行，使得冷凍水系統(tǒng)中大多數(shù)的功率消耗都是無效的。根據(jù)現(xiàn)在不完全統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全國現(xiàn)存建筑中已經(jīng)安裝中央空調(diào)系統(tǒng)的有約7萬棟，如果全部均釆用節(jié)能自控技術(shù)，估計可以節(jié)約用電量500億千瓦。1.2國內(nèi)外中央空調(diào)控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀中央空調(diào)在世界上已經(jīng)有幾百年歷史了，在中國也有20多年的應(yīng)用時間，由于對于能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與節(jié)能減排都已成為各國關(guān)注的熱點(diǎn)，大量學(xué)者也做出了相應(yīng)的研究工作。由于隨著季節(jié)變動，中央空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷變化較大，因此大型空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能包含多個方面：如低負(fù)荷率條件下的冷水機(jī)組進(jìn)行壓縮機(jī)變頻調(diào)節(jié)可以有效的提高制冷壓縮機(jī)性能和能效比。由于壓縮機(jī)低速限制，低負(fù)荷條件下運(yùn)行會導(dǎo)致壓縮機(jī)頻繁啟停，壓縮機(jī)變頻運(yùn)行調(diào)節(jié)范圍窄，壓縮機(jī)性能和效率顯著下降，動態(tài)切換策略是一個級聯(lián)的整合控制結(jié)構(gòu)，通過直觀的切換策略以及動態(tài)補(bǔ)償，動態(tài)調(diào)整壓縮機(jī)啟停閾值以及電子膨脹閥的開度，理論分析說明，當(dāng)動態(tài)補(bǔ)償器的輸出矩陣選擇正確，可以有效地提高壓縮能效比?？照{(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷與濕負(fù)荷的解藕獨(dú)立控制在一定程度上能夠降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。國外學(xué)者T.T.Chow等人通過使用遺傳算法的方式對吸收式冷機(jī)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行了建模預(yù)測分析，并從全局角度出發(fā)提出了全局節(jié)能最優(yōu)化參數(shù)方案；WangY等人從工程實(shí)際應(yīng)用角度對冷盤管進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，對整個空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了模擬和分析；Ahmedo通過分析冷凍水流量中現(xiàn)場控制器的分布于參數(shù)，給出了詳盡的冷凍水控制方案和在實(shí)際工程中的實(shí)施應(yīng)用；LuL等人在分析實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)理想的節(jié)能潛力的根底上，為空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與運(yùn)行提供理論，指導(dǎo)建立了冷卻和除濕獨(dú)立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，據(jù)理想獨(dú)立除濕系統(tǒng)與實(shí)際系統(tǒng)之間的差異，例如熱處理方法，換熱溫差和能源動力運(yùn)輸?shù)??？照{(diào)末端設(shè)備的熱惰性是變風(fēng)量運(yùn)行控制調(diào)節(jié)品質(zhì)不高的關(guān)鍵原因，一種通過提高送風(fēng)溫度的魯棒預(yù)測控制策略被應(yīng)用于空氣處理機(jī)組的控制，控制策略使用不確定時滯系統(tǒng)增益，加上時間延遲模型來描述各種天氣條件下的空氣處理過程的時間延遲和系統(tǒng)增益的不確定性，基于LMI的魯棒模型預(yù)測控制算法被應(yīng)用于設(shè)計空氣處理機(jī)組魯棒控制器同傳統(tǒng)的PID控制相比，可以保證良好的魯棒性，對于各種氣候條件都具有良好的適應(yīng)性，但根據(jù)仿真計算結(jié)果，基于魯棒控制的控制策略與傳統(tǒng)控制策略相比，其調(diào)節(jié)品質(zhì)改善并不顯著。天花板輻射冷卻面板、風(fēng)機(jī)盤管與100％新風(fēng)量的混合運(yùn)行模式可以得到顯著的節(jié)能減排效果，比傳統(tǒng)的VAV控制系統(tǒng)節(jié)能率高大約17.3%，但系統(tǒng)前期投資也更大，需要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較。

2中央空調(diào)控制的原理2.1中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理中央空調(diào)系統(tǒng)是一種大型的對建筑物進(jìn)行集中空氣調(diào)節(jié)并進(jìn)行管理的設(shè)備，一般由空氣處理設(shè)備、送〔回〕風(fēng)機(jī)、送〔回〕風(fēng)通道、空氣分配裝置及冷、熱源等組成。根據(jù)需要，它們能組成不同形式的系統(tǒng)。在工程實(shí)際中，應(yīng)從建筑物的用途和性質(zhì)，熱濕負(fù)荷特點(diǎn)、空調(diào)機(jī)房面積和位置、初投資和運(yùn)行維修費(fèi)用等許多方面去考慮，選擇合理的空調(diào)系統(tǒng)。氣態(tài)制冷工質(zhì)〔如氟利昂〕經(jīng)壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓氣體后進(jìn)入冷凝器，與水〔空氣〕進(jìn)行等壓熱交換，變成低溫高壓液態(tài)。液態(tài)工質(zhì)經(jīng)枯燥過濾器去除水份、雜質(zhì)，進(jìn)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)氣化。液體氣化過程要吸收氣化潛熱，而且液體壓力不同，其飽和溫度〔沸點(diǎn)〕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5℃，氣化時需要吸收2488.7KJ熱量；1kg的氨，在1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力〔0.10133MPa〕下，氣化時需要吸收1369.59KJ熱量，溫度可抵達(dá)-33.33℃。因此，只要創(chuàng)造一定的低壓條件，就可以利用液體的氣化獲取所要求的低溫。依此原理，氣化過程吸取冷凍水的熱量，使冷凍水溫度降低〔一般降為7℃〕。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(jìn)入壓縮機(jī)重復(fù)循環(huán)過程。2.2中央空調(diào)電機(jī)的軟啟動原理及應(yīng)用電壓由零慢慢提升到額定電壓，使電機(jī)啟動的全過程都不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的啟動運(yùn)行。這就是軟啟動。電機(jī)的軟啟動可以通過軟啟動器或者變頻器來實(shí)現(xiàn)。軟起動器是一種集軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國外稱為Soft

Starter。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導(dǎo)通角，使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。變頻器〔Variable-frequencyDrive，VFD〕是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動機(jī)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。通過改變電源的頻率來到達(dá)改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而到達(dá)節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。軟起動器和變頻器是兩種完全不同用途的產(chǎn)品。變頻器是用于需要調(diào)速的地方，其輸出不但改變電壓而且同時改變頻率；軟起動器實(shí)際上是個調(diào)壓器，用于電機(jī)起動時，輸出只改變電壓并沒有改變頻率。變頻器具備所有軟起動器功能，但它的價格比軟起動器貴得多，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜得多。軟啟動器是通過星三角轉(zhuǎn)換來降低啟動電流；而變頻器是通過改變頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的，能降低能耗。變頻器也有軟啟動功能，是通過改變電源頻率實(shí)現(xiàn)。軟啟動器只能通過晶閘管調(diào)壓實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動、軟停車，但不具備調(diào)速功能。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電機(jī)控制調(diào)速裝置。通過變頻控制電機(jī)運(yùn)行，是真正的高效調(diào)速方式，效率很高。變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)真正的軟啟動、軟停止和高效調(diào)速。兩者可以配合使用，大中型供水設(shè)備中，常由變頻器帶動一臺泵變速運(yùn)行，由一臺軟啟動器完成其余各泵開、停操作，變頻泵可定時輪換使各泵運(yùn)行時間均衡，運(yùn)行中變頻與工頻可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)切換。

3中央空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1變頻器的原理主電路是給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換局部，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。它由三局部構(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(jìn)行再生運(yùn)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。3.2西門子MM440變頻器性能介紹MICROMASTER440全新一代用于控制三相交流電動機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管〔IGBT〕作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。采用脈沖頻率可選的專用脈寬調(diào)制技術(shù)，可使電動機(jī)低噪聲運(yùn)行。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動機(jī)提供了良好的保護(hù)創(chuàng)新的BiCo〔內(nèi)部功能互聯(lián)〕功能有無可比較的靈活性[15]。其具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的可變速控制系統(tǒng)供電的理想變頻傳動裝置。由于MICROMASTER440具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級的電動機(jī)控制系統(tǒng)。既可用于單獨(dú)傳動系統(tǒng)，也可集成到自動化系統(tǒng)中。變頻器適用于各種變速驅(qū)動裝置。由于它具有高度的靈活性因而可以在廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。它尤其適合用于吊車和起重系統(tǒng)、立體倉儲系統(tǒng)、食品、飲料和煙草工業(yè)以及包裝工業(yè)的定位系統(tǒng)。3.2.1主要特征易于安裝；易于調(diào)試；牢固的EMC設(shè)計；可由IT電源供電；對控制信號的響應(yīng)是快速和可重復(fù)的；參數(shù)設(shè)置的范圍很廣，確保它可對廣泛的應(yīng)用對象進(jìn)行配置；電纜連接簡便；具有多個繼電器輸出；具有多個模擬量輸出〔0~20mA〕；6個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換可NPN/PNP接線；2個模擬輸入：1)ADC1：0~10V，0~20mA和-10至+10V2)ADC2：0~10V，0~20mA；2個模擬輸入可以作為第7和第8個數(shù)字輸入；BICO技術(shù)；模塊化設(shè)計，配置非常靈活；開關(guān)頻率高〔傳動變頻器可到16kHz〕，因而電動機(jī)運(yùn)行的噪音低；內(nèi)部RS485接口〔端口〕；詳細(xì)的變頻器狀態(tài)信息和完整的信息功能。3.2.2控制性能的特點(diǎn)最新的IGBT技術(shù)；數(shù)字微處理器控制；高質(zhì)量的矢量控制系統(tǒng)；磁通電流控制〔FCC〕改善動態(tài)響應(yīng)，并且優(yōu)化電動機(jī)的控制；線性V/F特性；平方V/F特性；多點(diǎn)v/f特性〔可編程V/F特性〕；力矩控制；捕捉再起動；滑差補(bǔ)償；在電源中斷或故障跳閘以后，自動再起動；可以由用戶定義的自由功能塊，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算的操作；動態(tài)緩沖；用于定位控制的減速斜坡函數(shù)曲線；高品質(zhì)的PID控制器〔具有參數(shù)自整定功能〕，可用于一般的過程控制；可編程的加速/減速斜坡函數(shù)，0秒至650秒；斜坡起始段和結(jié)束段的平滑功能；快速電流限制〔FCL〕功能，防止運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘；快速、可重復(fù)的數(shù)字輸入響應(yīng)時間；使用兩個高分辨率的10位二進(jìn)制模擬輸入，實(shí)現(xiàn)速度精調(diào)；復(fù)合制動，實(shí)現(xiàn)快速制動控制；4個跳轉(zhuǎn)頻率。3.3PLC選型可編程邏輯控制器〔ProgrammableLogicController，PLC〕，它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。為便于今后系統(tǒng)的改造或者升級，需要留出一定的I/O點(diǎn)以做擴(kuò)展使用。我們選用西門子S7-200PLC作為主控制器，其中主機(jī)型號：CPU226。S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：1)極高的可靠性；2)極豐富的指令集；3)易于掌握；4)便捷的操作；5)豐富的內(nèi)置集成功能；6)實(shí)時特性；7)強(qiáng)勁的通訊能力；8)豐富的擴(kuò)展模塊。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制。3.4人機(jī)界面設(shè)計人機(jī)界面〔又稱用戶界面或使用者界面〕是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。在工藝過程日趨復(fù)雜、對機(jī)器和設(shè)備功能的要求不斷增加的環(huán)境中，獲得最大的透明性對操作員來說至關(guān)重要。人機(jī)界面〔HMI〕提供了這種透明性[16]。S7-200TD設(shè)備是一種低本錢的人機(jī)界面〔HMI〕，使操作員或用戶能夠與應(yīng)用程序進(jìn)行交互?？梢允褂肨D設(shè)備組態(tài)一組層級式用戶菜單，從而提供更多應(yīng)用程序交互結(jié)構(gòu)。您也可以組態(tài)TD設(shè)備，使其顯示由S7-200CPU中的特定位使能的報警或信息。S7-200TD設(shè)備是一個2行或4行的文本顯示設(shè)備，可以連接到S7-200CPU。TD設(shè)備可用于查看、監(jiān)視和改變屬于您的應(yīng)用程序的過程變量。我們選用TD200文本顯示屏來完成中央空調(diào)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計。其提供了四個具有預(yù)定義的置位功能的按鍵，如果使用SHIFT鍵，那么最多可提供八個置位功能。TD200設(shè)備的組態(tài)需要完成以下操作：1)STEP7-Micro/WIN的文本顯示向?qū)?，?chuàng)作操作員界面和報警和組態(tài)TD設(shè)備的參數(shù)塊；2)TD參數(shù)中，選擇TD設(shè)備的類型、啟用CPU功能、選擇更新速率、選擇語言和字符集和組態(tài)按鍵；3)屏幕設(shè)置中，創(chuàng)立用戶菜單，定義屏幕；4)報警設(shè)置中，選擇顯示選項(xiàng)，定義報警信息；5)語言集設(shè)置中，選擇提示和菜單的語言，選擇字符集；6)翻譯報警和屏幕，把翻譯后的信息反應(yīng)回報警和屏幕；7)參數(shù)塊地址設(shè)置中，定義參數(shù)塊的地址，即V存儲區(qū)。3.5系統(tǒng)硬件設(shè)計假設(shè)該系統(tǒng)應(yīng)用在100平米的公寓，根據(jù)公寓的冷負(fù)荷為114~138瓦/平方米來算，大體的空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備如下：〔1〕冷凍機(jī)主機(jī)2臺；〔2〕冷凍水水泵6臺，3用3備用，冷凍水水泵功率22千瓦；〔3〕制冷主機(jī)的控制根據(jù)自身設(shè)定的冷凍水出口溫度。此主機(jī)的冷凍水出口溫度設(shè)為7℃，在其冷凍水入水溫度高于7℃情況下，制冷主時機(jī)正常工作；如入水溫度到達(dá)或接近7℃時，制冷主時機(jī)自動停機(jī)。表3-1中央空調(diào)控制系統(tǒng)的環(huán)境參數(shù)季節(jié)舒適度等級溫度〔℃〕相對濕度〔%〕風(fēng)速〔m/s〕冬季Ⅰ22~2430~60≤0.2Ⅱ18~2160≤0.2夏季Ⅰ24~2640~70≤0.25Ⅱ27~2840~70≤0.25系統(tǒng)主回路示意圖、系統(tǒng)電路圖、主要設(shè)備的端口連接圖如下：圖3-1：系統(tǒng)PLC選用西門子S7-200，CPU型號為226。該P(yáng)LC上集成了通訊接口可供RS-485線纜通訊，并設(shè)置了TD200文本顯示器，用來顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)和報警信息等。變頻器MM440可通過串口與PLC通訊。通過變頻器的控制來決定冷凍泵的工作頻率和工作臺數(shù)。圖3-2：該控制系統(tǒng)分手動和自動模式，手動模式下通過開關(guān)的閉合控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，自動模式下通過PLC及變頻器控制，啟動時1#冷凍泵變頻啟動，當(dāng)溫度條件不滿足需要增加工頻泵數(shù)量時，工頻觸點(diǎn)吸合1#冷凍泵轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，2#冷凍泵待機(jī)等待啟動脈沖信號，當(dāng)溫度條件滿足不需要多臺冷凍泵工頻運(yùn)行時，工頻觸點(diǎn)斷開減少工頻工作臺數(shù)，變頻觸點(diǎn)吸合轉(zhuǎn)為變頻運(yùn)行。以此類推。圖3-3：EM231、EM232由PLCL+端口輸出的24V電源供電，變頻器的3、4接口是用于接受模擬量輸入信號，29、30接口用于通過RS-485與PLC通訊。圖3-1中央空調(diào)冷凍水循環(huán)控制系統(tǒng)主回路連接示意圖圖3-2中央空調(diào)控制系統(tǒng)電路圖圖3-3中央空調(diào)控制系統(tǒng)主要設(shè)備的端口連接圖

4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1PLC的初始設(shè)定要實(shí)現(xiàn)PLC對變頻器的通訊控制，必須對PLC進(jìn)行編程；通過程序?qū)崿F(xiàn)PLC對變頻器的各種運(yùn)行控制和數(shù)據(jù)的采集。圖4-1初始程序段a網(wǎng)絡(luò)1：運(yùn)行開始或I1.0由關(guān)到開是清楚標(biāo)志位，以及參數(shù)讀寫控制位。網(wǎng)絡(luò)2：運(yùn)行開始或I1.0由關(guān)到開時初始化PORT0為USS通訊。圖4-2初始程序段b網(wǎng)絡(luò)3：當(dāng)I1.0由關(guān)到開時PORT0恢復(fù)為PPI通訊。網(wǎng)絡(luò)4：控制功能塊，通過PLC的輸入輸出可以控制并診斷驅(qū)動器的工作。圖4-3初始程序段c圖4-4初始程序段d網(wǎng)絡(luò)5：當(dāng)I1.1有關(guān)到開時啟動讀參數(shù)指令。網(wǎng)絡(luò)6：讀取驅(qū)動器中的參數(shù)R0068〔輸出電流〕圖4-5初始程序段e網(wǎng)絡(luò)7：讀寫操作輪替功能，由于在同一時間USS網(wǎng)絡(luò)上讀參數(shù)或?qū)憛?shù)只能有一種操作，因此有必要設(shè)置讀寫操作的輪替功能，當(dāng)讀參數(shù)完成時M0.3被置1一個掃描周期，從而M1.0復(fù)位為0，讀參數(shù)操作被屏蔽，同時M1.1被置位，開始寫參數(shù)操作。圖4-6初始程序段f網(wǎng)絡(luò)8：向驅(qū)動器中寫參數(shù)：P1082=50.0。圖4-7初始程序段g網(wǎng)絡(luò)9：讀寫操作輪替，功能同網(wǎng)絡(luò)7。4.2PLC主程序流程圖圖4-8程序設(shè)計流程圖4.3程序設(shè)計4.3.1中央空調(diào)控制系統(tǒng)的I/O分配表表4-1I/O分配表名稱地址編號說明輸入信號I0.0驅(qū)動裝置的啟動/停止控制I0.1停車信號2，封鎖主回路輸出，自由停車I0.2停車信號3，快速停車I0.3故障確認(rèn)I0.4電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向控制I1.0USS通訊和PPI通訊轉(zhuǎn)換I1.1讀/寫操作開始按鈕SAI0.5手動/自動切換按鈕SB1I0.6手動模式1#冷凍泵啟動按鈕SB2I0.7手動模式1#冷凍泵停止按鈕SB3I1.2手動模式2#冷凍泵啟動按鈕SB4I1.3手動模式2#冷凍泵停止按鈕SB5I1.4手動模式3#冷凍泵啟動按鈕SB6I1.5手動模式3#冷凍泵停止按鈕AIW0用戶房間內(nèi)溫度傳感器輸出信號Q0.0運(yùn)行模式反應(yīng)Q0.1指示運(yùn)轉(zhuǎn)方向Q0.2驅(qū)動裝置禁止?fàn)顟B(tài)指示Q0.3故障指示位KM2Q0.41#冷凍泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM1Q0.51#冷凍泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM4Q0.62#冷凍泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM3Q0.72#冷凍泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM6Q1.13#冷凍泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM5Q1.23#冷凍泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈AQW0輸出模擬信號到變頻器4.3.2程序中使用的存儲器及功能表4-2存儲器及功能地址功能VD108傳感器反應(yīng)的電壓值VD104房間內(nèi)壓力下限對應(yīng)的電壓值VD106房間內(nèi)壓力上限對應(yīng)的電壓值VD300變頻工作泵的泵號VD301工頻運(yùn)行泵的總臺數(shù)T33產(chǎn)生關(guān)斷變頻脈沖信號的時間控制T34產(chǎn)生啟開工頻脈沖信號的時間控制T37增加工頻泵的時間控制T38減少工頻泵的時間控制T39產(chǎn)生下一臺泵變頻啟動信號的時間控制M0.0/M0.1初始化完成標(biāo)志位M0.3/M0.4讀寫功能塊完成標(biāo)志位，用于功能塊輪替M1.0/M1.1讀寫功能塊控制位M2.0工頻啟動脈沖M2.1變頻啟動脈沖M2.4關(guān)斷當(dāng)前泵脈沖M2.5當(dāng)前泵工頻啟動脈沖M2.6下一臺泵變頻運(yùn)行脈沖M3.0泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換控制邏輯M3.1泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換控制邏輯M3.2泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換控制邏輯

結(jié)論本論文闡述了基于PLC和變頻器對中央空調(diào)控制的根本原理及過程。主要工作如下：〔1〕對中央空調(diào)控制系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行了解，研究了系統(tǒng)的工作過程和工作原理?！?〕提出了與傳統(tǒng)PID控制結(jié)合，實(shí)現(xiàn)比較穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)?！?〕采用PLC與變頻器協(xié)調(diào)控制的硬件系統(tǒng)，完成對中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能、穩(wěn)定的最優(yōu)化控制?！?〕經(jīng)過最后的軟件及組態(tài)設(shè)計，使系統(tǒng)完整。在設(shè)計中，我學(xué)到了許多有關(guān)PLC、變頻器、溫度變送器方面的知識，這讓我更深入的體會到PLC和變頻器在中央空調(diào)控制方面的應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)[1]高亮.地源熱泵空調(diào)自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].太原理工大學(xué)，2022.[2]胡肖飛.山西省電力公司中央空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].太原理工大學(xué)，2022.[3]王兵.基于集散控制的中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計[J].長安大學(xué)，2022.[4]李曉宇.中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2022.[5]張鑫.空調(diào)節(jié)能遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計及實(shí)踐[J].大連理工大學(xué)，2022.[6]趙巍.基于PLC的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計[D].南昌大學(xué)，2022.[7]蘇宏英，肖永新，莊煥偉.基于PLC與觸摸屏的中央空調(diào)變頻調(diào)速監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)電工程技術(shù)，2009，v.38；No.20706：56-57+100+163.[8]梁志國.基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計[J].承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2009，v.11；No.4504：38-40+53.[9]羅啟平.基于PLC和力控組態(tài)軟件的中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].煤炭技術(shù)，2012，v.31；No.21802：53-54.[10]苗國廠，白建波，盧建，鄭宇.基于PLC和人機(jī)界面的中央空調(diào)及制冷實(shí)驗(yàn)平臺控制系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2012，v.2501：13-15.[11]劉濤.中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能措施探討[M]，中國建筑工業(yè)出版社，2022.4.[12]AlaHasan,KaiSirén.Theoreticalandcomputationalanalysisofclosedwetcoolingtowersanditsapplicationsincoolingofbuildings[J].Energy&Buildings,2002〔5〕：25-30.[13]袁立新.中央空調(diào)節(jié)能控制技術(shù)應(yīng)用[D].貴州匯通華城樓宇科技有限公，2006.9[14]朱瑞華.制冷裝置自動化[M].西安交通大學(xué)出版社，2009.2.[15]李明海.中央空調(diào)水系統(tǒng)的優(yōu)化控制與節(jié)能技術(shù)研究[D].西安建筑科技大學(xué)2022.[16]孔德飛.中央空調(diào)遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件設(shè)計[D].華南理工大學(xué)，2022.[17]胡雪梅，任艷艷.中央空調(diào)的變頻控制設(shè)計及節(jié)能分析[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2022〔07〕：27-36.[18]劉磅，李信