中央空調(diào)智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 SJ005-1CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書題目： 中央空調(diào)智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二級(jí)學(xué)院： 電子信息與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 班級(jí)： 10自 二 學(xué)生姓名： 馬 晉 學(xué)號(hào)： 10020619 指導(dǎo)教師： 高 敏 職稱： 講 師 評(píng)閱教師： 職稱： 2014 年 6 月 摘要隨著我國(guó)社會(huì)高度信息化，新的高科技技術(shù)不斷應(yīng)用到各個(gè)方面中，使得智能化已成為一種發(fā)展的必然趨勢(shì)。智能化也往往是從設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)開始。PLC控制系統(tǒng)取代了繼電器電路的邏輯控制，不僅提高了控制系統(tǒng)的精度與速度，也

2、增加了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性，使硬件設(shè)計(jì)變成軟件設(shè)計(jì)。因此采用基于PLC的控制系統(tǒng)是中央空調(diào)智能化的一種趨勢(shì)。本文設(shè)計(jì)了由變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊等組成的溫差閉環(huán)控制在中央空調(diào)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的參數(shù)顯示與修改、工作方式切換、故障報(bào)警由觸摸屏控制。系統(tǒng)的運(yùn)行與控制都可以由修改軟件程序完成，簡(jiǎn)化了操作柜設(shè)計(jì)，使控制過程更加智能化。關(guān)鍵字：中央空調(diào) 控制系統(tǒng) PLC 智能化 AbstractAs Chinas highly information-oriented society continues to develop, the new high-tech technology continu

3、es to be applied to various aspects ,which makes intelligence become an inevitable trend of development. Also intelligence begins from equipment automation system. PLC control system to replace the logic control relay circuit, not only improve the accuracy and speed control systems, but also increas

4、es the flexibility of the control system design, hardware design into software design to make. Therefore, the use of PLC based central air conditioning control system is an intelligent trend. This paper designs temperature difference from the inverter, PLC, digital to analog conversion modules and o

5、ther components of the closed-loop control in the central air-conditioning control system.The parameter display and modify of control system, work mode switching and fault alarm are all controlled by the touch screen.The operation and the control of system can be done by modifying software program,w

6、hich simplifies the design of operation cabinet and make the control process more intelligent.Key words: Central air conditioning Control System PLC Intelligence 目錄第一章 緒論11.1課題背景11.2 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展21.3 本研究課題的主要工作21.4 本章小結(jié)3第二章 中央空調(diào)控制系統(tǒng)原理與方案42.1中央空調(diào)組成42.2中央空調(diào)控制系統(tǒng)原理52.3中央空調(diào)控制系統(tǒng)工藝要求62.4 PLC控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案72.5 本

7、章小結(jié)7第三章 中央空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)83.1變頻器的選擇83.1.1 變頻器主要的參數(shù)設(shè)置83.2 PLC的選擇93.2.1 PLC主機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求93.2.2三菱 FX2N系列介紹103.2.3 模擬量IO模塊的分配103.2.4 PLC主接線圖113.3 傳感器檢測(cè)模塊123.3.1 FX2N-4AD-PT介紹123.4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)133.4.1觸摸屏簡(jiǎn)介133.4.2觸摸屏設(shè)計(jì)要求143.4.3 觸摸屏選擇153.4.4 觸摸屏畫面設(shè)計(jì)153.5本章小結(jié)17第四章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)184.1 PLC主機(jī)與觸摸屏之間的通信設(shè)計(jì)184.1.1 RS-485介紹184.1.2 MODBU

8、S RTU協(xié)議簡(jiǎn)介184.1.3 PLC主機(jī)與觸摸屏之間硬件連接194.1.4 PLC主機(jī)與觸摸屏之間軟件設(shè)置194.2流程圖244.2.1設(shè)備啟動(dòng)順序244.3 主程序分析與設(shè)計(jì)254.3.1冷凍水出回水和冷卻水進(jìn)出水的溫度檢測(cè)及溫差計(jì)算程序254.3.2 FX2N-4DA 4通道的D/A轉(zhuǎn)換模塊程序分析254.3.3手動(dòng)調(diào)速PLC程序分析264.3.4手動(dòng)調(diào)速和自動(dòng)調(diào)速的切換程序264.3.5溫差自動(dòng)調(diào)速程序274.3.6變頻器的保護(hù)和故障復(fù)位控制274.4本章小結(jié)28第五章 調(diào)試29總結(jié)30致謝31參考文獻(xiàn)32附錄331緒論第一章 緒論1.1課題背景隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的日益

9、提高，為了保證溫度恒定，中央空調(diào)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域，例如酒店、賓館、辦公大廈、商場(chǎng)、工廠廠房等場(chǎng)所。隨著時(shí)間的推移，人們對(duì)中央空調(diào)控制系統(tǒng)運(yùn)行效果的評(píng)價(jià)也改變了。舒適節(jié)能才是最符合人們對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)提出新的要求，希望在能耗更低的情況下保持室內(nèi)合適的溫度、濕度。統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，傳統(tǒng)的中央空調(diào)控制系統(tǒng)耗電量極大，且存在巨大的能源浪費(fèi)。中央空調(diào)系統(tǒng)普遍存在著30以上的無(wú)效能耗，有些中央空調(diào)系統(tǒng)的無(wú)效能耗甚至可以高達(dá)50以上。采用新技術(shù)降低系統(tǒng)能耗成為當(dāng)務(wù)之急。因?yàn)槟茉词前l(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要因素，我國(guó)近年來(lái)能源短缺的現(xiàn)實(shí)，節(jié)能減排才是重中之重。建設(shè)節(jié)能型社會(huì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)全面

10、建設(shè)小康社會(huì)宏偉目標(biāo)，構(gòu)建和諧社會(huì)的重要基礎(chǔ)保障1。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，中央空調(diào)的制冷機(jī)組、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)等都是按照建筑物最大負(fù)荷制定的，且留有充足余量。不管在什么時(shí)間，負(fù)荷的多少，各電機(jī)都長(zhǎng)期處在工頻狀態(tài)下全速運(yùn)行，雖然可滿足最大的用戶負(fù)荷，但不具備隨用戶負(fù)荷動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的功能，而在大多數(shù)時(shí)間里，用戶負(fù)荷是較低的，這樣就造成很大的能源浪費(fèi)。有個(gè)例子可以很好的說明這些，中央空調(diào)控制系統(tǒng)中的一些冷凍水泵電機(jī)和冷卻水泵電機(jī)，常年在固定的最大流量下運(yùn)轉(zhuǎn)，但由于春夏、早晚和用戶功率的變化，在大部分時(shí)間里，系統(tǒng)的真實(shí)熱負(fù)載值與決定水泵電機(jī)流量和壓力值的最大設(shè)計(jì)負(fù)載值

11、相比，一年中實(shí)際負(fù)載率在50以下的總小時(shí)數(shù)約占全部工作時(shí)間的60%以上。冷凍水的設(shè)計(jì)溫差約為57，冷卻水設(shè)計(jì)溫差約為45，在系統(tǒng)的流量固定情況下，全年大部分工作時(shí)間溫差僅13，即在溫差小、流量大的情況下運(yùn)行，增加了管道中的的能量損失，浪費(fèi)了水泵電機(jī)工作的輸送能量。也就是說，空調(diào)系統(tǒng)存在著至少30以上的節(jié)能空間。這至少30%的節(jié)能空間來(lái)源于很多方面：第一，負(fù)荷估算值偏大，系統(tǒng)消耗能量大大增加，最新制冷主機(jī)可根據(jù)負(fù)載的一些變化相應(yīng)的加載和卸載，而水泵中的流量卻不隨制冷主機(jī)調(diào)節(jié)，必然存在大的能量消耗；此外，每年氣象條件是呈周期性變化的，系統(tǒng)不能做出對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)，許多環(huán)節(jié)上都留有節(jié)能空間。第二，空調(diào)主機(jī)

12、選型容量加大，在冷負(fù)荷估算值加大后，空調(diào)主機(jī)制冷量也相應(yīng)的加大。第三，水系統(tǒng)中通過節(jié)流閥或調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)流量、壓力，冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)中消耗了水泵較大的輸送能量。在傳統(tǒng)的運(yùn)行方式下，只要啟動(dòng)水泵，就會(huì)在工頻滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行。第四，起停頻繁對(duì)設(shè)備長(zhǎng)期正常運(yùn)行帶來(lái)負(fù)面影響。起動(dòng)電流約為額定值5倍，電機(jī)在大電流運(yùn)行下，頻繁起停，接觸器觸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生電弧，會(huì)給電網(wǎng)造成一定沖擊，起動(dòng)沖擊和停止時(shí)出現(xiàn)承重現(xiàn)象會(huì)對(duì)各種機(jī)械設(shè)備造成損傷。為此，如果能通過冷凍水供回水溫度、壓差，冷卻水泵的流量等工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整并對(duì)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化起停，使空調(diào)系統(tǒng)高效、節(jié)能運(yùn)行，將產(chǎn)生非常明顯的經(jīng)濟(jì)效果。另外，根據(jù)交流電機(jī)的特性，

13、要實(shí)現(xiàn)連續(xù)平滑的速度調(diào)節(jié)，最佳的方法就是采用變頻器調(diào)速，采用變頻器進(jìn)行風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能改造，不僅避免了由于采用擋板或閥門造成的電能浪費(fèi)，而且還會(huì)極大提高調(diào)節(jié)和控制的精度，從而方便地實(shí)現(xiàn)恒溫空調(diào)系統(tǒng)。使用智能化空調(diào)的目的主要是減少能源消耗，實(shí)現(xiàn)資源的綜合應(yīng)用與人類生活的舒適。1.2 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展中央空調(diào)系統(tǒng)作為現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設(shè)施之一 ，其控制系統(tǒng)的選擇十分重要。中央空調(diào)控制系統(tǒng)的控制有3種控制方式：原始的繼電器式控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制器以及基于PLC的控制系統(tǒng)。繼電器式控制系統(tǒng)因故障率高，系統(tǒng)復(fù)雜，功耗高等缺點(diǎn)已逐漸被人們淘汰，直接數(shù)字控制器雖在智能化方面有很大改善，但由

14、于直接數(shù)字控制器本身抗干擾問題和分級(jí)式結(jié)構(gòu)的局限性而限制其應(yīng)用范圍。相反，基于PLC的控制系統(tǒng)由于其運(yùn)行可靠、方便維護(hù)，較強(qiáng)的抗干擾能力等顯著優(yōu)點(diǎn)使其得到廣泛應(yīng)用。所以現(xiàn)在越來(lái)越多的中央空調(diào)控制系統(tǒng)采用 PLC控制，因PLC程序修改容易，擴(kuò)展能力強(qiáng)使得大量的基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)迅速發(fā)展，并取代了傳統(tǒng)的DDC控制系統(tǒng) ，且可以通過PLC通訊接口連接上位監(jiān)控系統(tǒng)，便于在控制室查看各節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)，并且很方便的進(jìn)行電能消耗 、運(yùn)行時(shí)間的統(tǒng)計(jì)以及故障監(jiān)視和分析 。因此，采用基于PLC的智能化控制系統(tǒng)無(wú)論對(duì)于節(jié)約電力能源、提高運(yùn)行效率，還是提高控制系統(tǒng)功能具有重要的作用。1.3 本研究課題的主要工

15、作本文在分析和綜合了中央空調(diào)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)以及中央空調(diào)控制任務(wù)的基礎(chǔ)上，對(duì)中央空調(diào)冷凍水機(jī)組采用傳統(tǒng)PID控制，對(duì)基于MODBUS通信協(xié)議的RS-485總線設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了人機(jī)界面設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)了基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)。研究工作的具體內(nèi)容如下：1、對(duì)空調(diào)PLC控制系統(tǒng)的組成進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。2、設(shè)計(jì)基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)。3、設(shè)計(jì)了基于RS-485網(wǎng)絡(luò)的通信控制系統(tǒng)，用觸摸屏控制PLC主機(jī)的運(yùn)行。4、設(shè)計(jì)觸摸屏人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，監(jiān)測(cè)并控制中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況。1.4 本章小結(jié)本章主要分析了中央控制溫度存在的問題，并介紹了其控制系統(tǒng)的發(fā)展，最后明

16、確了對(duì)空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)與工作內(nèi)容。37 常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告第二章 中央空調(diào)控制系統(tǒng)原理與方案2.1中央空調(diào)組成 中央空調(diào)系統(tǒng)主要由冷水系統(tǒng)、末端系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng)組成。冷水系統(tǒng)包括冷凍機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻水塔和水管。末端系統(tǒng)包括組合式風(fēng)柜、吊頂風(fēng)、暗裝臥式風(fēng)機(jī)盤管和明裝立式風(fēng)機(jī)盤管。送風(fēng)系統(tǒng)包括送風(fēng)管、回風(fēng)管和新風(fēng)管。由圖2-1可以看出，中央空調(diào)的冷水機(jī)組主要有兩個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成，即冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，壓縮機(jī)（圖2-2）不斷地從蒸發(fā)器中抽取制冷劑蒸汽，低壓制冷劑蒸汽在壓縮機(jī)內(nèi)部被壓縮為高壓蒸汽后進(jìn)入冷凝器中，冷卻水和制冷劑進(jìn)行熱量交換，制冷劑放

17、出熱量后成為高壓液體，經(jīng)熱力膨脹閥過后，液態(tài)制冷劑的壓力開始急劇下降，成為低壓液態(tài)的制冷劑后開始進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中，低壓液態(tài)的制冷劑通過與冷凍水的熱交換吸收冷凍水的熱量，冷凍水通過盤管吹出冷風(fēng)以達(dá)到降溫的目的，溫度升高了的循環(huán)水回到冷凍主機(jī)又成為了冷凍水，而變?yōu)榈蛪赫羝闹评鋭?，在通過回氣管重新吸入壓縮機(jī)，開始新的一輪制冷循環(huán)。而冷卻水在與制冷劑完成熱交換之后，由冷卻水泵加壓，通過冷卻水管道到達(dá)散熱塔與外界進(jìn)行熱交換，降溫后的冷卻水重新流入冷凍主機(jī)開始下一輪的循環(huán)。圖2-1 中央空調(diào)冷水機(jī)組系統(tǒng)組成圖2-2 制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)的原理圖 2.2中央空調(diào)控制系統(tǒng)原理 冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成

18、了冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。冷凍主機(jī)在進(jìn)行熱交換、使水溫冷卻的同時(shí)，必將釋放大量的熱量，該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換，然后再將降了溫的冷卻水送回到冷凍機(jī)組?；厮臏囟葘⒏哂谶M(jìn)水的溫度，形成溫差，所以對(duì)于冷卻泵，通過檢測(cè)進(jìn)水和回水的溫度差來(lái)實(shí)現(xiàn)恒溫差控制是可行的。溫差大，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，可以提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水的循環(huán)速度；溫差小，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量小，可以降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷卻水的循環(huán)速度，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。從冷凍主機(jī)流出的冷凍水流經(jīng)所有的房間后回到冷凍主機(jī)。無(wú)疑，回水的溫度將高于出水的溫度，形成溫差。出水

19、管和回水管上裝有檢測(cè)溫度的變送器。與PLC和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過冷凍水的溫差來(lái)控制泵的轉(zhuǎn)速也是可行的，回水溫度高，說明房間溫度高，應(yīng)該提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度。反之，回水溫度低，說明房間溫度低，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度，達(dá)到節(jié)約能源的目的。 控制系統(tǒng)原理圖如下：圖2-3中央空調(diào)控制系統(tǒng)原理圖2.3中央空調(diào)控制系統(tǒng)工藝要求控制系統(tǒng)基本功能設(shè)置有手動(dòng)和自動(dòng)的兩種選擇，手動(dòng)功能是在對(duì)設(shè)備單臺(tái)電機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)和維修保養(yǎng)的時(shí)候選用，自動(dòng)功能是在在房間內(nèi)水泵與電機(jī)順序工作時(shí)選用。在兩種狀態(tài)啟停操作時(shí)，冷卻水塔、冷卻水泵電機(jī)、冷凍水泵電機(jī)、冷凍水機(jī)組都在設(shè)定的時(shí)間范圍之內(nèi)，按

20、照順程序和逆程序進(jìn)行電機(jī)啟動(dòng)和停止，在設(shè)備出現(xiàn)故障操作時(shí)及時(shí)啟用備用系統(tǒng)，以確保機(jī)組的正常運(yùn)行與工作。主要的控制要求有以下幾點(diǎn)：1.測(cè)量冷凍水的供回水溫度差，計(jì)算空調(diào)真實(shí)的冷負(fù)荷，根據(jù)真實(shí)的冷負(fù)荷決定冷水機(jī)組的工作狀態(tài)，達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。2.各設(shè)備的順序運(yùn)行方式：?jiǎn)?dòng)：冷卻水塔風(fēng)機(jī)冷卻水泵電機(jī)冷凍水泵電機(jī)冷卻水機(jī)組。停止：冷卻水機(jī)組冷凍水泵電機(jī)冷卻水泵電機(jī)冷卻水塔風(fēng)機(jī)。當(dāng)任何一臺(tái)冷卻水泵電機(jī)或冷凍水泵電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，備用冷卻水泵電機(jī)或冷凍水泵電機(jī)會(huì)立即投入工作。3.測(cè)量冷凍水供回水管壓力差，以控制其閥門的開度，使其維持恒定壓差。2.4 PLC控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如下：PLC模塊

21、FX2N-4AD-PT模塊主機(jī)觸摸屏 DA模塊溫度傳感器冷卻塔變頻器冷凍水變頻器冷卻水變頻器冷卻風(fēng)機(jī)冷凍水泵冷卻水泵 控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先對(duì)中央空調(diào)冷卻水和冷凍水回水溫度進(jìn)行檢測(cè)，然后將檢測(cè)溫度信號(hào)經(jīng)變送器和A/D轉(zhuǎn)換模塊反饋給PLC進(jìn)行處理，再由PLC輸出通過變頻器控制冷卻泵和冷凍泵轉(zhuǎn)速，從而對(duì)溫度進(jìn)行控制。目前，對(duì)冷卻水系統(tǒng)和冷凍水系統(tǒng)分別進(jìn)行調(diào)速的方案最為常見，節(jié)電效果也較為顯著。該方案在保證冷卻塔有一定的冷卻水流出的情況下，通過控制變頻器的輸出頻率來(lái)調(diào)節(jié)冷卻水流量。當(dāng)中央空調(diào)冷卻水出水溫度低時(shí)，減少冷卻水流量；當(dāng)中央空調(diào)冷卻水出水溫度高時(shí)，加大冷卻水流量。冷凍水系統(tǒng)也是如此。在冷凍水和

22、冷卻水的回水管道上安裝溫度傳感器，只檢測(cè)回水溫度，然后經(jīng)過PLC的處理對(duì)變頻器實(shí)行控制。這樣可使中央空調(diào)機(jī)組處于最佳節(jié)能狀態(tài)。2.5 本章小結(jié)本章首先介紹了中央空調(diào)控制系統(tǒng)的組成與工作原理，然后根據(jù)其控制工藝要求確定其設(shè)計(jì)方案。第三章 中央空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中央空調(diào)控制系統(tǒng)硬件有變頻器、PLC、溫度變送器、人機(jī)界面。實(shí)現(xiàn)功能如下：1、變頻器：為了調(diào)速，并降低啟動(dòng)電流。2、PLC：PLC作為控制單元，是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，PLC 控制器通過溫度傳感器測(cè)量進(jìn)出水溫度，編入控制器內(nèi)存，最后來(lái)控制變頻器的頻率，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水量，根據(jù)室內(nèi)的溫度高低，控制熱交換的速度，達(dá)到節(jié)能目的。3、溫度變

23、送器：將溫度變量轉(zhuǎn)化為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)。主要用于工業(yè)過程溫度參數(shù)的測(cè)量和控制。4、人機(jī)界面：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。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面。3.1變頻器的選擇 在額定頻率與額定電壓的條件下設(shè)計(jì)交流電動(dòng)機(jī)時(shí)，軸上的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率是額定值。但在變頻控制電機(jī)下，工作頻率可以隨時(shí)發(fā)生變化，電機(jī)的輸出也會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化。雖然部分變頻器具有通用性，但電機(jī)的拖動(dòng)場(chǎng)合以及工作環(huán)境的不同，所以應(yīng)選擇相適應(yīng)的變頻器。當(dāng)一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)控制一臺(tái)電機(jī)時(shí)，變頻器的額定電流應(yīng)該大于電動(dòng)機(jī)的額定電流，或變頻器的驅(qū)動(dòng)功率大于電機(jī)的實(shí)際功

24、率。根據(jù)以上的介紹以及系統(tǒng)功能的需求，本文選擇了三菱FR-A540變頻器。本系統(tǒng)所用的單臺(tái)水泵功率為4.5kW。三菱FR-A540變頻器的容量為0.4kW7.5kW。由于本系統(tǒng)采用的是一臺(tái)變頻器只為一臺(tái)電機(jī)提供電源，即一臺(tái)變頻器對(duì)應(yīng)一臺(tái)水泵，所以三菱FR-A540的功率以足夠勝任。并且三菱FR-A540變頻器性能可靠，價(jià)格低廉，市場(chǎng)占有份額大，便于購(gòu)買。所以選擇三菱FR-A540作為本系統(tǒng)的變頻器。3.1.1 變頻器主要的參數(shù)設(shè)置3.2 PLC的選擇3.2.1 PLC主機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求（1）最大程度滿足控制對(duì)象的控制要求設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提和最重要原則是充分利用PLC的各種功能，最大程度

25、地滿足控制對(duì)象的控制要求。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要深入控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行研究調(diào)查，收集資料，同時(shí)設(shè)計(jì)人員要與現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行及時(shí)的溝通與交流，確定控制方案，解決控制系統(tǒng)的難題。（2）確保PLC控制系統(tǒng)安全可靠設(shè)計(jì)人員進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要原則就是保證PLC控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮系統(tǒng)部分的關(guān)系、元件的安全可靠、軟件程序的可移植等條件。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮在系統(tǒng)掉電、電機(jī)負(fù)載過大等條件下系統(tǒng)設(shè)備的保護(hù)。（3）控制設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、便于維護(hù)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)除滿足控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能和要求之外，還應(yīng)充分考慮控制系統(tǒng)選擇設(shè)備時(shí)要經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、便于維護(hù)。這樣

26、才能提高利潤(rùn)空間，最大化的提高控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。（4）適合擴(kuò)展主機(jī)PLC在主要功能實(shí)現(xiàn)之后還應(yīng)充分考慮系統(tǒng)其他功能的實(shí)現(xiàn)，方案的進(jìn)一步完善，控制要求的變化等因素，所以主機(jī)PLC應(yīng)留有一定的空間與裕量。此外，PLC應(yīng)盡量選擇模塊資源豐富的主機(jī)，這樣便于系統(tǒng)功能擴(kuò)展。根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)以及10%的裕量，PLC主機(jī)選擇三菱FX2N-64MR3.2.2三菱 FX2N系列介紹FX2N是三菱公司推出的高性能小型可編程控制器,FX系列PLC中應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品,該系列PLC是1991年推出,因其具有較高的性能價(jià)格比,受到廣大用戶的青睞.FX2N系列PLC是采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu).FX系列PLC

27、擁有無(wú)以匹及的速度，高級(jí)的功能邏輯選件以及定位控制等特點(diǎn)；FX2N是從16路到256路輸入/輸出的多種應(yīng)用的選擇方案；FX2N系列PLC裝置體積小、速度快、性能優(yōu)越，成本低廉。FX2N系列PLC還可用于多個(gè)模塊的連接、模擬控制、定位控制，是一套應(yīng)用非常廣泛的多功能PLC主機(jī)。 根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)以及10%的裕量，PLC主機(jī)選擇三菱FX2N-64MR3.2.3 模擬量IO模塊的分配3.2.4 PLC主接線圖PLC主機(jī)與變頻器接線圖3.3 傳感器檢測(cè)模塊3.3.1 FX2N-4AD-PT介紹 三菱PLC模擬量輸入模塊用于接受溫度、流量和壓力等傳感設(shè)備送來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)和模擬電壓，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)

28、供PLC使用 FX2N-4AD-PT是三菱FX2N系列PLC中的一款模擬量的特殊功能模塊，廣泛用于基本三菱工控搭建的自動(dòng)化平臺(tái)中。 FX2N-4AD-PT型模擬輸入模塊用于模擬輸入（電壓輸入和電流輸入）轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，并將這個(gè)值輸入到可編程控制器中。FX2N-4AD-PT可連接到FX0N、FX2N和FX2NC系列的可編程控制器。熱電阻輸入模塊 FX2N-4AD-PT有CH1CH4四個(gè)通道，這四個(gè)通道都可進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，分辯率為12位，其中采集信號(hào)電壓為-10V+10V，分辯率5mV。輸入時(shí)，為420mA或-2020mA，分辯率20uA。32個(gè)16位的緩沖寄存器(BMF)位于 FX2N-4AD內(nèi)部，

29、用于與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。FX2N-4AD占用FX2N擴(kuò)展總線的8個(gè)點(diǎn)，供電為5V，30mA。FX2N-2AD、FX2N-4AD、FX2N-8AD模擬量輸入模塊和溫度傳感器輸入模塊 FX2N-4AD-PT是FX2N常用的模擬量輸入模塊有。FX2N-4AD-PT通過擴(kuò)展電纜與PLC主機(jī)相連，四個(gè)通道的外部連接則根據(jù)外部輸入電壓或電流量的不同而不同。 應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1.外部輸入為電壓量信號(hào),則將信號(hào)的+、-極分別與模塊V+和VI-相連 2.若外部輸入為電流量信號(hào),則需要把V+和I+相連。 3.如有過多的干擾信號(hào)，應(yīng)將系統(tǒng)機(jī)殼的FG端與FX2n-4AD的接地端相連。 4模擬量模塊的性能說明 （1

30、）4個(gè)輸入點(diǎn)可同時(shí)使用。 （2）輸入電壓為-10V+10V,如果絕對(duì)值超過15V，則可對(duì)單元造成損壞。 （3）12位轉(zhuǎn)換結(jié)果以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存放。最大值2047，最小值-2048。 （4）分辨率電壓為1/2000，5mV，電流為1/1000，20uA。 （5）總體精度1%。 （6）轉(zhuǎn)換速度615ms。3.4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.4.1觸摸屏簡(jiǎn)介人機(jī)界面是連接操作人員與機(jī)器之間的媒介，面對(duì)信息繁雜多變的顯示屏幕，用戶可以用文字、圖形、聲音等形式來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。隨著工業(yè)電氣設(shè)備的不斷發(fā)展，以往的操作平臺(tái)需要由熟練的工作人員才能操作，而且操作程序復(fù)雜，工作效率較低。但是人機(jī)界面卻能明確顯示機(jī)器設(shè)備目前的工作

31、狀況，使操作過程變得簡(jiǎn)單，且可以極大地減少操作上的錯(cuò)誤，即使是初學(xué)者也可以輕松地操作整個(gè)系統(tǒng)機(jī)器設(shè)備。利用人機(jī)界面還可實(shí)現(xiàn)機(jī)器設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)單化，同時(shí)也可減少PLC控制器所需的I/O點(diǎn)數(shù)，在實(shí)現(xiàn)控制界面小型化、多性能的同時(shí)可以極大地降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。 作為一種特殊的人機(jī)界面，觸摸屏的出現(xiàn)從一開始就受到了極大地關(guān)注，簡(jiǎn)單易用，功能豐富以及超強(qiáng)的穩(wěn)定性使得它極適合應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，甚至可以用于日常生活之中，應(yīng)用非常廣泛。在利用多媒體進(jìn)行信息查詢的今天，觸摸屏的使用越來(lái)越多，因觸摸屏作為最新的終端設(shè)備之一，是當(dāng)前非常適合開發(fā)使用的簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的輸入設(shè)備，此外，觸摸屏還具有結(jié)實(shí)耐用、響應(yīng)速度快、節(jié)約

32、空間、便于交流反饋等眾多優(yōu)點(diǎn)。在應(yīng)用這種技術(shù)情況下，用戶只要用手指就可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)的控制與操作，從而使人與機(jī)器交流更加方便，不會(huì)計(jì)算機(jī)軟件操作的人員可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的控制。這種人機(jī)技術(shù),使多媒體技術(shù)發(fā)生了極大地變化，是非常具有吸引力的多媒體終端設(shè)備。觸摸屏技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用也十分廣闊，主要有移動(dòng)、銀行、稅務(wù)、電力等公共部門的信息查詢；城市街頭商業(yè)信息的查詢；此外還可以用于工業(yè)控制、軍事指揮、辦公查詢、電子游戲、多媒體教學(xué)、點(diǎn)歌點(diǎn)菜等方面，將來(lái)，觸摸屏還將走入家庭。隨著數(shù)字城市的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)生活的不斷豐富，信息查詢都可以觸摸屏的形式出現(xiàn)。為了改善操作上的弊端，人們開始用觸摸屏代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鼠標(biāo)或鍵盤

33、。在工作時(shí)，我們可用手指或者其它物體來(lái)觸摸安裝在設(shè)備前的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來(lái)定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測(cè)部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測(cè)用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它同時(shí)能接收CPU發(fā)來(lái)的命令并加以執(zhí)行。3.4.2觸摸屏設(shè)計(jì)要求觸摸屏是一種操作工具，而它與人的信息交換是通過界面來(lái)進(jìn)行的，所以界面的易用性和美觀性就變得非常重要了，這就需要把握好人機(jī)界面的設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)方法。在進(jìn)行人機(jī)界面軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)充分考慮以下因素：（1）總體

34、界面的布局設(shè)計(jì)，即如何將界面的布局變得更加合理。我們可以把功能相近的一些按鍵放在一起，并與其他的按鍵相區(qū)別。（2）操作過程設(shè)計(jì)，即通過設(shè)計(jì)工作過程，而讓使用者的工作效率提高。我們盡量用最簡(jiǎn)單的步驟來(lái)完成一項(xiàng)操作。使用計(jì)算機(jī)軟件程序控制的設(shè)備時(shí)，需要反復(fù)操作控制的終端設(shè)備才能完成一項(xiàng)任務(wù)，而采用觸摸屏控制時(shí)，可大大減少工作流程，使工作大大簡(jiǎn)化。（3）工作界面人性化設(shè)計(jì)，即使用戶可以更加舒適的工作。采用什么樣的界面顏色，才能讓工作者在心情舒適的情況下，延長(zhǎng)工作時(shí)間而不覺疲勞？紅色：炫目，刺眼，易產(chǎn)生憂慮心情。藍(lán)色：平和，自然，舒適。明色：簡(jiǎn)單，明亮，但對(duì)眼睛產(chǎn)生較多刺激，長(zhǎng)時(shí)間地工作容易引起疲倦感

35、。暗色：安靜，大氣，眼鏡感到舒適。微軟公司公司淺灰色的系統(tǒng)主色調(diào)及ICON協(xié)調(diào)的成功運(yùn)用，已經(jīng)促使目前國(guó)際所有的軟件產(chǎn)品形成一種的規(guī)范，這也是微軟成功的重要因素之一。觸摸屏界面顏色應(yīng)讓使用者感到舒適。（4）設(shè)計(jì)人機(jī)界面并不僅僅是對(duì)設(shè)備外部環(huán)境的設(shè)計(jì)，也是對(duì)產(chǎn)品設(shè)備功能的擴(kuò)展與實(shí)現(xiàn)途徑多元化的設(shè)計(jì)，這其中也涉及對(duì)其他硬件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與改裝。但產(chǎn)品設(shè)備研發(fā)前的總體規(guī)劃，會(huì)對(duì)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要的影響，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中將不僅僅注重產(chǎn)品的外部環(huán)境，也將更多涉及到規(guī)劃中產(chǎn)品設(shè)備的底層技術(shù)準(zhǔn)則，集中體現(xiàn)出了一個(gè)軟件產(chǎn)品的核心所在。人機(jī)界面作為人與機(jī)器的信息交互的樞紐，直接影響著人的作業(yè)績(jī)效，只有在設(shè)計(jì)時(shí)

36、充分考慮到人的因素，和人機(jī)交互的原理，才能夠達(dá)到人與機(jī)器的最佳配合，也才能夠充分發(fā)揮人的作業(yè)能力，最大限度的利用好機(jī)器。3.4.3 觸摸屏選擇GOT-F940是三菱公司GOT-F900系列產(chǎn)品中的一員，其顯示器尺寸為5.7英寸，規(guī)格有F940GOT-SWD-C（彩色）和F940GOT-LWD-C（黑白）兩種，可以顯示15行文字，每屏最大觸鍵為50個(gè)，可以連接三菱、歐姆龍、富士和西門子等多種型號(hào)的PLC、運(yùn)動(dòng)控制器及變頻器。 GOT-F940功能強(qiáng)大，除了具有數(shù)字圖象顯示、數(shù)據(jù)采樣、警報(bào)記錄等基本功能外，還具有聯(lián)網(wǎng)通信、控制多變頻器等擴(kuò)展功能，所以選用GOT-F940作為主機(jī)觸摸屏非常適合。3.

37、4.4 觸摸屏畫面設(shè)計(jì)1、操作畫面：包括運(yùn)行模式的選擇和機(jī)組的選擇與啟?？刂?，以及變頻器的報(bào)警復(fù)位。2、監(jiān)視畫面：包括總的工藝流程動(dòng)態(tài)監(jiān)控和局部動(dòng)態(tài)監(jiān)控，指示燈給出運(yùn)行模式及其報(bào)警信號(hào)，并在工藝檢測(cè)點(diǎn)，通過虛擬儀表顯示溫度、溫差、壓差、頻率的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。3、故障報(bào)警信息：報(bào)警頁(yè)面上虛擬燈顯示閃爍（報(bào)警控件來(lái)做）,報(bào)警表中記錄（包括歷史記錄）對(duì)故障發(fā)生的時(shí)間、位置、故障類型等 ,便于查詢和處理。觸摸屏畫面圖如下所示： 圖1 開始工作界面 圖2 選擇畫面 3.5本章小結(jié)本章主要介紹了控制系統(tǒng)的硬件部分，主要包括三菱FR-A540變頻器、三菱FX2N-64MR主機(jī)、FX2N-4AD-PT溫度檢測(cè)模塊、

38、三菱GOT-F940觸摸屏。觸摸屏作為上位機(jī)控制PLC的工作與報(bào)警。第四章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第四章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 PLC主機(jī)與觸摸屏之間的通信設(shè)計(jì)4.1.1 RS-485介紹智能儀表是隨著80年代初單片機(jī)技術(shù)的成熟而發(fā)展起來(lái)的，智能儀表占據(jù)著世界儀表市場(chǎng)的絕對(duì)份額。企業(yè)運(yùn)作的信息化需求促使了這一發(fā)展，企業(yè)在選擇儀表設(shè)備時(shí)，越來(lái)越關(guān)注儀表的聯(lián)網(wǎng)通信功能。發(fā)展最初的是數(shù)據(jù)模擬信號(hào)經(jīng)儀表設(shè)備顯示后輸出一些簡(jiǎn)單過程量，后來(lái)逐漸出現(xiàn)RS-232儀表接口。RS-232接口可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式，但這種通信方式不可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通行功能。之后出現(xiàn)的RS485儀表接口解決了這個(gè)難題。RS-485

39、電纜的選擇：普通雙絞線適合短距離、低速、干擾小的環(huán)境，反之，在高速、遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，則可以采用與阻抗相匹配(常為120)的RS-485專用型電纜，而在干擾大的情況下則必須采用鎧裝雙絞屏蔽型的電纜。當(dāng)采用RS-485接口方式時(shí)，對(duì)于一些傳輸線路，RS-485接口端口處到負(fù)載處其數(shù)據(jù)信號(hào)所允許的最大電纜傳輸長(zhǎng)度與信號(hào)的波特率之間成反比關(guān)系，信號(hào)強(qiáng)弱以及噪聲的強(qiáng)弱決定電纜的傳輸長(zhǎng)度。從理論上講，通信傳輸速率在100Kbps及以下時(shí)，RS-485接口的最大傳輸距離可以達(dá)1200米，但在實(shí)際情況中傳輸?shù)木嚯x往往也受芯片型號(hào)及電纜傳輸特性的影響而有所不同。信號(hào)源較弱、傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，可以在傳輸?shù)倪^程中采取增

40、加中繼站的辦法對(duì)信號(hào)源進(jìn)行放大，增減的中繼站可以達(dá)到8個(gè)，也就是理論上的RS-485接口方式最大的傳輸距離可達(dá)9.6公里。當(dāng)要傳輸?shù)木嚯x更長(zhǎng)時(shí)，可采用光纖作為傳播的介質(zhì)，在收發(fā)兩端處各加上一組光電轉(zhuǎn)換模塊，多模光纖傳輸?shù)木嚯x是510公里，而使用單模光纖可以達(dá)50公里的傳輸距離。4.1.2 MODBUS RTU協(xié)議簡(jiǎn)介MODBUS 協(xié)議是MODICON公司最先提出并倡導(dǎo)使用的一種通訊規(guī)則，通過大多數(shù)公司實(shí)際應(yīng)用，逐漸被接受認(rèn)可，發(fā)展成為一類標(biāo)準(zhǔn)的通訊規(guī)則，當(dāng)采用這種規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)通信或傳輸時(shí)，不同系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)相互之間的通信。現(xiàn)在，在RS232或RS485接口方式的通信過程中，廣泛地采用這種通行規(guī)則

41、。常見的MODBUS 通信規(guī)則有兩種，其中一種是MODBUS ASCII協(xié)議，另一種是MODBUS RTU協(xié)議。通常情況下，通信的數(shù)據(jù)量少或傳輸內(nèi)容主要是文本形式時(shí)采用MODBUS ASCII規(guī)則，通信數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量較大或傳輸內(nèi)容主要是些二進(jìn)制的數(shù)值時(shí)，大多可采用MODBUS RTU規(guī)則。MODBUS協(xié)議詳細(xì)地定義了校驗(yàn)碼、波特率、數(shù)據(jù)序列等具體格式，這些都是在數(shù)據(jù)交換時(shí)要涉及到的內(nèi)容。當(dāng)MODBUS協(xié)議應(yīng)用在在一根通信線上采用主從應(yīng)答方式連接，即半雙工方式，這就意味著在單獨(dú)的一根通信線信號(hào)沿著兩個(gè)相反的方向傳輸。剛開始，主計(jì)算機(jī)的檢測(cè)信號(hào)尋址到唯一的終端從機(jī)設(shè)備，接著，終端從機(jī)設(shè)備發(fā)出應(yīng)答信號(hào)在

42、同一根通信線上以相反方向?qū)?shù)據(jù)傳輸給主機(jī)。MODBUS協(xié)議規(guī)定只允許主機(jī)（PC，PLC等）和終端從機(jī)設(shè)備之間相互通信，卻不允許終端設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換通信，這樣各個(gè)終端設(shè)備就不可能在它們初始化的時(shí)候占據(jù)通信線路，而僅限于響應(yīng)到本機(jī)時(shí)的查詢信號(hào)。4.1.3 PLC主機(jī)與觸摸屏之間硬件連接所有PLC必須加上485BD通信模塊。觸摸屏設(shè)備選擇FX232/485BD。接口類型選擇4852接口類型選擇4852W。由于RS485與RS422電氣性質(zhì)相仿，器硬件連接可參照下圖：注：HMI端采用9針D型母頭：1腳：紅色、4腳：藍(lán)色、5腳：黑色、6腳：黃色、9腳：綠色。PLC端： SDB：紅色、SDA: 黃色、

43、SG: 黑色、RDB: 藍(lán)色、RDA: 綠色；建議：采用5芯屏蔽線，長(zhǎng)度約為2米。4.1.4 PLC主機(jī)與觸摸屏之間軟件設(shè)置PLC參數(shù)設(shè)置：PLC系統(tǒng)通信設(shè)置操作打鉤，協(xié)議選專用通信協(xié)議，波特率19200，數(shù)據(jù)位7，停止位1，偶校驗(yàn)，H/W類型選 RS-485，和數(shù)檢查打鉤，傳送控制順序格式1站號(hào)第一臺(tái)選1第二臺(tái)選2以此類推。4.2流程圖4.2.1設(shè)備啟動(dòng)順序啟動(dòng)初始化程序備用水泵冷凍水泵設(shè)備故障冷卻風(fēng)機(jī)冷卻水泵備用水泵信號(hào)燈自動(dòng)方式變頻啟動(dòng)操作柜控制冷水機(jī)組結(jié)束當(dāng)程序加載后，PLC主機(jī)將驅(qū)動(dòng)水泵與電機(jī)按次序工作。程序初始化后，系統(tǒng)會(huì)自檢，存在故障時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，指示燈亮，系統(tǒng)啟動(dòng)恢復(fù)功能，修復(fù)

44、存在的問題。系統(tǒng)有手動(dòng)與自動(dòng)兩種運(yùn)行方式。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，采用操作柜按鈕控制，靈活驅(qū)動(dòng)水泵和電機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)采用自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)按照程序加載的順序，依次啟動(dòng)水泵與電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。4.3 主程序分析與設(shè)計(jì)4.3.1冷凍水出回水和冷卻水進(jìn)出水的溫度檢測(cè)及溫差計(jì)算程序據(jù)計(jì)算出來(lái)的冷卻水進(jìn)出水溫差和冷凍水出回水溫差，分別對(duì)冷卻泵變頻器和冷凍泵變頻器進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速的自動(dòng)控制如圖4.3.1，溫差變大，則變頻器的運(yùn)行頻率上升（頻率上限50Hz），溫差變小，則變頻器的運(yùn)行頻率下降（頻率下限為30Hz），從而達(dá)到恒溫差控制的目的，節(jié)能運(yùn)行最大限度得以實(shí)現(xiàn)。圖4.3.1 冷卻泵變頻器和冷凍泵變頻器進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速的自動(dòng)控制4.3

45、.2 FX2N-4DA 4通道的D/A轉(zhuǎn)換模塊程序分析D/A轉(zhuǎn)換模塊如圖4.3.2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(duì)應(yīng)的電壓輸出為-10V+10V,變頻器輸入模擬電壓為0+10V,對(duì)應(yīng)30Hz50Hz的數(shù)字量為+1200+2000，為保證2臺(tái)冷卻泵之間的變頻器運(yùn)行頻率的同步一致，使用了 LD M8000 MOV D1100 D1101 ；2臺(tái)冷凍泵也使用了 LD M8000 MOV D1102 D1103 的指令。圖4.3.2 FX2N-4DA 4通道的D/A轉(zhuǎn)換模塊程序分析

46、圖4.3.3手動(dòng)調(diào)速PLC程序分析圖4.3.3中X14為冷卻泵手動(dòng)頻率上升， X15為冷卻泵手動(dòng)頻率下降，每次頻率調(diào)整0.5Hz，所有手動(dòng)頻率的上限50Hz，下限30Hz。圖4.3.3 手動(dòng)調(diào)速PLC程序分析4.3.4手動(dòng)調(diào)速和自動(dòng)調(diào)速的切換程序圖4.3.4 X12為冷卻泵手/自動(dòng)調(diào)速切換開關(guān)；X13為冷凍泵手/自動(dòng)調(diào)速切換開關(guān)。 圖4.3.4 手動(dòng)調(diào)速和自動(dòng)調(diào)速的切換程序4.3.5溫差自動(dòng)調(diào)速程序溫差采樣周期，因溫度變化緩慢，時(shí)間定為5秒能滿足實(shí)際需要；當(dāng)溫差小于4.8時(shí)，變頻器運(yùn)行頻率下降，每次調(diào)整0.5Hz；當(dāng)溫差大于5.2時(shí)，變頻器運(yùn)行頻率上升，每次調(diào)整0.5Hz；當(dāng)冷卻進(jìn)出水溫差在4

47、.85.2時(shí)不調(diào)整變頻器的運(yùn)行頻率。從而保證冷卻泵進(jìn)出水的溫差恒定，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。其PLC梯形圖如圖4.3.5。圖4.3.5 溫差自動(dòng)調(diào)速程序4.3.6變頻器的保護(hù)和故障復(fù)位控制變頻器的過電流電子熱保護(hù)動(dòng)作時(shí)PLC能自動(dòng)檢測(cè)，給出報(bào)警信號(hào)，提醒值班人員及時(shí)處理，圖4.3.6為變頻器故障后的復(fù)位PLC程序。圖4.3.6 變頻器的保護(hù)和故障復(fù)位控制4.4本章小結(jié)本章主要介紹了控制系統(tǒng)的軟件部分，主要包括PLC主機(jī)與觸摸屏之間的通信設(shè)置，主流程圖的設(shè)計(jì)，主程序的分析與設(shè)計(jì)。 第五章 調(diào)試1、整改設(shè)備安裝完畢后，先將編好的程序?qū)懭隤LC，設(shè)定變頻器參數(shù)，檢查電器部分并逐級(jí)通電調(diào)試。2、投入試運(yùn)行時(shí)，在

48、人為地減少負(fù)荷，冷凍泵頻率自動(dòng)降到30Hz時(shí)，冷凍主機(jī)故障停機(jī)，經(jīng)查是由于冷凍水水流開關(guān)動(dòng)作造成，經(jīng)維修（更換）后恢復(fù)正常。3、當(dāng)僅開一臺(tái)機(jī)組，冷凍泵運(yùn)行在25Hz時(shí)，（首次設(shè)定頻率下限為25Hz。）發(fā)現(xiàn)頂層部分房間的冷凍水流量偏小，溫升偏高，不能滿足冷量需求。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析：雖然冷凍水循環(huán)為垂直及水平同程系統(tǒng)，各樓層負(fù)載管道水阻幾乎相等，但由于管道膠原，管道保溫也有不太理想的地方，冷凍水沿程的冷量損失較大，最后將冷凍水管道保溫重新檢修；冷凍泵頻率下限也調(diào)整至30Hz。經(jīng)維修、調(diào)整后，檢測(cè)各點(diǎn)工作狀況達(dá)到較理想要求。4、用高精度溫度計(jì)檢測(cè)各點(diǎn)溫度，以便檢驗(yàn)溫度傳感器的精確度及校驗(yàn)各工況狀態(tài)。將負(fù)荷

49、需求不大或裝機(jī)容量偏大的設(shè)備，手動(dòng)調(diào)小閥門，避免電動(dòng)閥的頻繁開?；蛟斐删植康拇罅髁啃夭睢?、冷卻水循環(huán)也遇到類似冷凍水系統(tǒng)相似的問題，首次將冷卻泵頻率下限設(shè)為25Hz，在試運(yùn)行時(shí)，冷卻塔布水器不能均勻轉(zhuǎn)動(dòng)布水，最后調(diào)整為30Hz， 第四章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總結(jié)本文介紹的由PLC和變頻器組成的中央空調(diào)控制系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際需要負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速, 改變了傳統(tǒng)的冷凍水泵至始至終都工作在滿負(fù)荷狀態(tài)下，從而達(dá)到最佳節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)。控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先對(duì)中央空調(diào)冷卻水和冷凍水回水溫度進(jìn)行檢測(cè)，然后將檢測(cè)溫度信號(hào)經(jīng)變送器和A/D轉(zhuǎn)換模塊反饋給PLC進(jìn)行處理，再由PLC輸出通過變頻器控制冷卻泵和冷

50、凍泵轉(zhuǎn)速，從而對(duì)溫度進(jìn)行控制。控制系統(tǒng)中的觸摸屏可作為上位機(jī)控制PLC主機(jī)的動(dòng)作。觸摸屏實(shí)現(xiàn)了對(duì)控制系統(tǒng)處理過程的監(jiān)控，其中包括各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)實(shí)時(shí)顯示、運(yùn)行參數(shù)修改、工作方式切換、故障報(bào)警、運(yùn)行參數(shù)記錄等。觸摸屏系統(tǒng)作為一種智能化的專家對(duì)策系統(tǒng) ,增強(qiáng)了人機(jī)交互性 , 簡(jiǎn)化了操作柜設(shè)計(jì)，使控制過程更加智能化。本課題具有較好的實(shí)用價(jià)值和發(fā)展前景，值得進(jìn)一步的研究和完善。 致謝本論文是在高敏老師的悉心指導(dǎo)下完成的，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識(shí)、實(shí)事求是的工作作風(fēng)使我受益匪淺。從課題的選擇到論文的最終完成的每一個(gè)環(huán)節(jié)，自始至終都得到老師的精心指導(dǎo)與幫助。這半年多時(shí)間里，學(xué)到了很多科研和

51、學(xué)習(xí)的方法。這些都將成為我人生中一筆重大的財(cái)富，在此特向指導(dǎo)老師表示衷心的感謝！在此還要感謝常州工學(xué)院電工電子實(shí)驗(yàn)室的領(lǐng)導(dǎo)與老師，感謝他們?cè)谖艺撐钠陂g提供的各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備與科研器材。在畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束之際，我在此對(duì)電氣信息與電氣工程學(xué)院，對(duì)高敏老師以及所有為我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供幫助的老師們致以崇高的敬意和真心的感謝。參考文獻(xiàn)1陳志新,張少軍.樓宇自動(dòng)化技術(shù)M.北京:中國(guó)電力出版社,20092史國(guó)生.電氣控制與可編程控制器技術(shù)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20103岳慶來(lái).變頻器、可編程邏輯控制器及觸摸屏綜合應(yīng)用技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版，20065霍小平.中央空調(diào)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京:中國(guó)電力出版社，20

52、046陳虹.樓宇自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用M.機(jī)械工業(yè)出版社，20067韓安容通用變頻器及應(yīng)用M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.8許春忠.PLC、觸摸屏和變頻器在中央空調(diào)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)上的應(yīng)用J.中國(guó)制造業(yè)信息化，2008年第6期9胡肖飛.山西省電力公司中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)D.山西：太原理工大學(xué)，201310王娟娟.中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制J現(xiàn)代建筑電氣，2014年1期11 何青中央空調(diào)J南京：冶金工業(yè)出版社，199212 殷平空調(diào)設(shè)計(jì)M長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社出版，1991.13 Curtis,JohnsonProcess Control Instrumentation Technology(6th) MPearson Education,Inc，200214 Ray MLAfuzzy logic controller for temperature control of a six zone tube furnace J Selfturuing Temperature Controller for PLC，2001，8(2)15Ernd Markus JPlug and control Jself rurning Temperature controller for PLC，2001，12(4).常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告附錄