基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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1、基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要如今，人們?cè)絹?lái)越重視中央空調(diào)的舒適性和節(jié)能性，本文重點(diǎn)研究了中央空調(diào)冷凍泵機(jī)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。中央空調(diào)現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用在各大商場(chǎng)、辦公大廈等場(chǎng)所中，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中在控制較適宜的溫度的同時(shí)，卻消耗了大量的能量。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(diǎn)，即冷凍泵、冷卻泵不能自我調(diào)節(jié)負(fù)載，長(zhǎng)期處于滿負(fù)荷運(yùn)行，造成了極大的能源浪費(fèi)，隨著變頻技術(shù)日趨成熟，利用變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成溫差閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，

2、自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的輸出流量達(dá)到節(jié)能目的。該系統(tǒng)采用西門(mén)子的S7200PLC作為主控制單元，利用傳統(tǒng) PID 控制算法，通過(guò)西門(mén)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(shí)又可以節(jié)約大量能源。通過(guò)對(duì)中央空調(diào)的理論分析，驗(yàn)證了以出回水溫差為根據(jù)對(duì)其進(jìn)行變流量控制的可靠性。對(duì)變頻控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送，設(shè)計(jì)了基于 USS 協(xié)議的RS-485總線通訊的網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)西門(mén)子 TD200 文本顯示器實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，最后使用 MCGS 工控組態(tài)軟件進(jìn)行了系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)研究。關(guān)鍵詞 中央空調(diào)；PLC；變頻器；PID；RS-485基于PLC的中

3、央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄摘要I第1章 緒論11.1 課題背景11.2 中央空調(diào)控制的研究現(xiàn)狀及發(fā)展21.2.1 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展21.2.2 中央空調(diào)變流量控制的發(fā)展31.3 本研究課題的主要工作4第2章 中央空調(diào)變流量控制的原理52.1 中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理52.1.1 概述52.1.2 制冷原理52.1.3 中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成52.2 中央空調(diào)變流量控制的原理及特點(diǎn)52.2.1 變流量空調(diào)系統(tǒng)概述52.2.2 中央空調(diào)變流量控制的實(shí)現(xiàn)方式72.2.3 中央空調(diào)系統(tǒng)變流量系統(tǒng)的特點(diǎn)92.3 電機(jī)的軟啟動(dòng)原理及應(yīng)用102.3.1 軟啟動(dòng)設(shè)備介紹102.3.2 軟啟動(dòng)器的應(yīng)用場(chǎng)合102.

4、3.3 軟啟動(dòng)器與變頻器之間的區(qū)別對(duì)比102.4 PID控制的設(shè)計(jì)112.4.1 PID控制原理112.4.2 PID控制器的參數(shù)整定122.4.3 PID的反饋邏輯122.4.4 P、I、D參數(shù)調(diào)整原則132.4.5 對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的PID變頻控制132.4.6實(shí)現(xiàn)設(shè)定值的自動(dòng)調(diào)節(jié)132.4.7 PID控制器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)132.5 本章小結(jié)15第3章 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)163.1 變頻器的原理163.2 西門(mén)子MM440變頻器性能介紹163.2.1 主要特征173.2.2 控制性能的特點(diǎn)173.2.3 保護(hù)功能173.2.4 變頻器運(yùn)行的環(huán)境條件173.2.5 使用變頻器設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)需注意的

5、問(wèn)題183.3 PLC選型183.3.1 PLC簡(jiǎn)介183.3.2 PLC控制功能的選擇183.3.3 西門(mén)子S7-200PLC介紹203.3.4 模擬量I/O模塊的種類(lèi)203.3.5 EM231技術(shù)指標(biāo)213.3.6 EM232技術(shù)指標(biāo)213.3.7 EM231 RTD接線及注意事項(xiàng)213.4 PT100溫度傳感器213.5 PT100溫度變送器223.6 人機(jī)界面設(shè)計(jì)223.7 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)233.8 本章小結(jié)25第4章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)264.1 設(shè)備間通訊264.1.1 RS-485介紹264.1.2 USS協(xié)議264.2 PLC的初始設(shè)定274.3 PLC主程序流程圖294.4 PL

6、C編程軟件304.5 程序設(shè)計(jì)304.5.1 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的I/O分配表304.5.2 程序中使用的存儲(chǔ)器及功能314.6 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的MCGS組態(tài)324.6.1 MCGS組態(tài)軟件簡(jiǎn)介324.6.2 MCGS 6.2通用版介紹324.6.4 系統(tǒng)腳本程序編寫(xiě)344.6.5 組態(tài)運(yùn)行界面354.7 本章小結(jié)36結(jié)論37致謝38參考文獻(xiàn)39附錄C40第 6 頁(yè) 共 58 頁(yè)基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第1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

7、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)、

8、冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤(pán)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(shuō)明這些，中央空調(diào)系統(tǒng)中的冷凍水泵和冷卻水泵，一年四季長(zhǎng)期在固定的最大流量下工作，但由于季節(jié)、晝夜和用戶負(fù)荷的變化，在絕大部分時(shí)間內(nèi)，空調(diào)的實(shí)際熱負(fù)載與決定水泵流量和壓力的最大設(shè)計(jì)負(fù)載相比，一年中負(fù)載率在50以下的小時(shí)數(shù)約占全部運(yùn)行時(shí)間的60%以上。一般冷凍水設(shè)計(jì)溫差為57，冷卻水的設(shè)計(jì)溫差為45，在系統(tǒng)流量固定的情況

9、下，全年絕大部分運(yùn)行時(shí)間溫差僅為13，即在低溫差、大流量情況下工作，從而增加了管路系統(tǒng)的能量損失，嚴(yán)重浪費(fèi)了水泵運(yùn)行的輸送能量。也就是說(shuō)，中央空調(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，現(xiàn)在的新型制冷主機(jī)可以根據(jù)負(fù)載的變化自動(dòng)加載、卸載，而水泵的流量卻不能隨制冷主機(jī)而調(diào)節(jié)，必然存在很大的能量浪費(fèi)；除此之外，每年的氣象條件是隨季節(jié)呈周期性的變化的，系統(tǒng)并不能做出相應(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)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(guò)節(jié)流閥或調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)流量、壓

10、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)期安全運(yùn)行帶來(lái)不利影響。起動(dòng)電流通常為額定值的5倍左右，電機(jī)在如此大的電流沖擊下，進(jìn)行頻繁的起停，對(duì)電機(jī)、接觸器觸點(diǎn)產(chǎn)生電弧沖擊，也會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)一定沖擊，起動(dòng)時(shí)帶來(lái)的機(jī)械沖擊和停止時(shí)的承重現(xiàn)象也會(huì)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)、軸承、閥門(mén)等造成疲勞損傷。為此，如果能通過(guò)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，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)

11、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(mén)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)2?？照{(diào)節(jié)能的目的是有效利用能源，以最小的能耗創(chuàng)造出一個(gè)適合人居住、工作的室內(nèi)環(huán)境?？照{(diào)水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行可以有效地減少空調(diào)系統(tǒng)能耗和建筑總能耗，提高能源利用率，對(duì)減少溫室氣體排放，減輕環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。1.2 中央空調(diào)控制的研究現(xiàn)狀及發(fā)展1.2.1 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展1、在單室內(nèi)機(jī)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(guó)自90年代初開(kāi)始研究空調(diào)器的智能控制，現(xiàn)已研制出

12、多種形式的變頻空調(diào)器或智能空調(diào)器，對(duì)推進(jìn)我國(guó)空調(diào)業(yè)的進(jìn)步作出了貢獻(xiàn)。西安交大朱瑞琪于1991年開(kāi)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(duì)我國(guó)房間空調(diào)器普遍采用單相壓縮機(jī)的現(xiàn)狀，探索開(kāi)發(fā)出兩相變頻器，并應(yīng)用電子膨脹閥進(jìn)行變流量控制，利用16位微機(jī)并引進(jìn)模糊概念提高空調(diào)器的控制功能，為變頻空調(diào)器國(guó)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(yùn)行的控制中，提出了用表征房間熱負(fù)荷大小的“熱容C”和表征房間漏熱程度的“熱阻R”進(jìn)行模糊辯識(shí)的方法。研究表明，用此方法研制的模糊控制空調(diào)器會(huì)按季節(jié)、氣溫、漏熱情況等條件，自動(dòng)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

13、室內(nèi)機(jī)的房間空調(diào)器(一機(jī)多掛系統(tǒng))方面由于多室內(nèi)機(jī)空調(diào)器的節(jié)能和舒適性控制，涉及到必須對(duì)系統(tǒng)中的工質(zhì)循環(huán)量和進(jìn)入各室內(nèi)機(jī)的工質(zhì)流量加以嚴(yán)格精確地控制問(wèn)題，它不僅與系統(tǒng)的控制有關(guān)，同時(shí)也與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有著密切的關(guān)系。在這方面，目前國(guó)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(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)可分為如下四種方式。(1)一臺(tái)定速壓縮機(jī)對(duì)應(yīng)一臺(tái)室內(nèi)機(jī)的多制冷系統(tǒng)。這種機(jī)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(jī)多掛系統(tǒng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)和節(jié)能優(yōu)勢(shì)。(2)單臺(tái)定速壓縮機(jī)多臺(tái)室內(nèi)機(jī)間歇供冷(熱)系統(tǒng)。由于制冷工質(zhì)按時(shí)間交替分配給各室內(nèi)機(jī)，所以根本不能滿足室內(nèi)環(huán)境的舒適性要求。(3)單臺(tái)定速壓縮機(jī)多

14、臺(tái)室內(nèi)機(jī)同時(shí)供冷(熱)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用定速壓縮機(jī)，降低了空調(diào)器成本，并能減少壓縮機(jī)的啟停次數(shù)，較好地實(shí)現(xiàn)房間的舒適性控制。但并不能從本質(zhì)上解決壓縮機(jī)的起停損失和對(duì)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(tái)變頻壓縮機(jī)多臺(tái)室內(nèi)機(jī)同時(shí)供冷(熱)系統(tǒng)。通過(guò)采用電子膨脹閥調(diào)節(jié)進(jìn)入各室內(nèi)機(jī)的工質(zhì)流量，使之滿足各室內(nèi)的冷(熱)負(fù)荷要求，改變壓縮機(jī)的運(yùn)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(jī)的風(fēng)向調(diào)節(jié)板等可控部件，實(shí)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(guó)的飛速發(fā)展，樓宇自動(dòng)控制技術(shù)和裝置也得到快速的發(fā)展。對(duì)于樓宇自動(dòng)控

15、制而言，在確保建筑內(nèi)舒適和安全的辦公環(huán)境的同時(shí)，還要實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能目的。因此誕生了綜合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)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(guó)的智能建筑中得到廣泛應(yīng)用，其自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制和管理功能是相當(dāng)優(yōu)越的，自動(dòng)化程度高，節(jié)約了大量的勞動(dòng)力和運(yùn)行費(fèi)用3。20世紀(jì)90年代未至21世紀(jì)初，我國(guó)在中央空調(diào)系統(tǒng)的控制領(lǐng)域，同時(shí)推出兩項(xiàng)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(xiàng)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

16、使中央空調(diào)的各泵組和冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行跟隨負(fù)荷的變化而同步變化，就能夠在保證負(fù)荷需求的前提下，實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的最大節(jié)能。國(guó)內(nèi)還有一些科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的科研團(tuán)體，也都開(kāi)展了智能空調(diào)器的研制工作，其核心內(nèi)容都集中在對(duì)單相壓縮機(jī)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(jiàn)公開(kāi)發(fā)表。智能型空調(diào)器是一個(gè)綜合技術(shù)的聚合體，開(kāi)發(fā)難度較大，現(xiàn)在的樣機(jī)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(guó)際先進(jìn)技術(shù)還存在很大的差距，有待于進(jìn)一步的研究和提高。1.2.2 中央空調(diào)變流量控制的發(fā)展空調(diào)水系統(tǒng)最重要的目的是為空調(diào)系統(tǒng)的各末端裝置提供能量的交換，如何在滿足這個(gè)要求的前提下盡可能的節(jié)能，是首先需

17、要解決的問(wèn)題。冷水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)歷了大約六、七十年的發(fā)展，并仍在不斷地完善。在這個(gè)發(fā)展和完善的過(guò)程中總是不斷的遇到新問(wèn)題，如：冷水溫差過(guò)小、水系統(tǒng)阻力損失過(guò)大、管網(wǎng)水力不平衡等問(wèn)題，這些問(wèn)題的不斷解決最終推動(dòng)了變流量技術(shù)的發(fā)展。變流量空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，與控制技術(shù)和水泵變頻技術(shù)的發(fā)展是緊密相聯(lián)的，可以說(shuō)變流量技術(shù)是隨著變頻技術(shù)的出現(xiàn)才逐漸發(fā)展起來(lái)的4。這種技術(shù)在美國(guó)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。在變頻技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)出現(xiàn)之前，通常不考慮負(fù)荷的變化，冷凍水泵以固定的流量輸運(yùn)冷凍水到環(huán)路中。這種做法的后果不僅造成了能耗的浪費(fèi)，還導(dǎo)致冷凍水系統(tǒng)的供、回水低溫差運(yùn)行。從九十年代術(shù)期開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)及電子技術(shù)的

18、高速發(fā)展，變流量技術(shù)也得到深入的發(fā)展。水泵、變頻驅(qū)動(dòng)器、控制器等設(shè)備性能的提高大大滿足了水系統(tǒng)控制的要求。隨著變流量技術(shù)的成熟，在國(guó)外應(yīng)用變流量技術(shù)開(kāi)始成為暖通行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。在目前應(yīng)用的系統(tǒng)中往往偏重于設(shè)備的運(yùn)行管理控制方法，具體控制方法上，基本上采用多個(gè)回路的PID控制5。各種類(lèi)型的PID控制器因其參數(shù)物理意義明確、易于調(diào)整，并且具有一定的魯棒性，因而得到了廣泛的應(yīng)用。PID控制器之所以能夠在過(guò)程控制領(lǐng)域獲得廣泛地應(yīng)用，是因?yàn)樵趯?shí)際的應(yīng)用中PID控制器的設(shè)計(jì)可只借助于系統(tǒng)輸出等反饋信息進(jìn)行控制，從而減少了控制系統(tǒng)對(duì)對(duì)象模型的依賴性。目前，中央空調(diào)控制方法有雙位ONOFF控制、PID控制、最優(yōu)控

19、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。1.3 本研究課題的主要工作本文在分析和綜合了PID控制的特點(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USS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)行了組態(tài)設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)了中央空調(diào)變頻節(jié)能控制系統(tǒng)。研究工作的具體內(nèi)容如下：1、對(duì)空調(diào)系統(tǒng)變頻控制進(jìn)行了理論分析。2、對(duì)變頻控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)工頻/變頻切換功能。3、設(shè)計(jì)了基于RS-485網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)?？蓪⒉杉某龌厮疁囟鹊葦?shù)

20、據(jù)信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送到主控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送。4、文中對(duì)冷凍水機(jī)組的控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件的設(shè)計(jì)，采用西門(mén)子TD200文本顯示屏作為人機(jī)界面，西門(mén)子S7-200 PLC作為主控制器，用一臺(tái)變頻器結(jié)合工頻供電的方式，靈活的驅(qū)動(dòng)冷凍水機(jī)組的三臺(tái)水泵。第2章 中央空調(diào)變流量控制的原理2.1 中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理2.1.1 概述空調(diào)即空氣調(diào)節(jié)器，掛式空調(diào)是一種用于給空間區(qū)域提供處理空氣溫度變化的機(jī)組。它的功能是對(duì)該房間或區(qū)域內(nèi)空氣的溫度、濕度、潔凈度和空氣流速等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足人體舒適或工藝過(guò)程的要求。中央空調(diào)系統(tǒng)是一種大型的對(duì)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

21、)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)。2.1.2 制冷原理氣態(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)干燥過(guò)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(guò)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(duì)壓力為0.00087MPa，飽和溫度

22、為5，氣化時(shí)需要吸收2488.7KJ熱量；1kg的氨，在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力(0.10133MPa)下，氣化時(shí)需要吸收1369.59KJ熱量，溫度可抵達(dá)-33.33。因此，只要?jiǎng)?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(guò)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(guò)熱蒸氣，進(jìn)入壓縮機(jī)重復(fù)循環(huán)過(guò)程。2.1.3 中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成中央空調(diào)系統(tǒng)包括空調(diào)主機(jī)，風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)、水系統(tǒng)及相應(yīng)的控制系統(tǒng)?？照{(diào)主機(jī)由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器和冷凝器組成，風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)為房間內(nèi)的末端，水系統(tǒng)出冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)組成7。典型的中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)

23、構(gòu)如圖2-1所示,冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。因此，對(duì)冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制是中央空調(diào)控制系統(tǒng)的重要組成部分。2.2 中央空調(diào)變流量控制的原理及特點(diǎn)2.2.1 變流量空調(diào)系統(tǒng)概述早前，國(guó)內(nèi)的中央空調(diào)系統(tǒng)，基本上都采用傳統(tǒng)的定流量控制方式。也就是說(shuō)，只要啟動(dòng)空調(diào)主機(jī)，冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)都在50Hz工頻狀態(tài)下運(yùn)行。定流量控制方式的特征是系統(tǒng)的循環(huán)水量保持恒定，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)改變供水或回水溫度來(lái)滿足要求。定流量供水方式最主要的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的自控設(shè)備。但這種控制方式存在以下問(wèn)題：(1)中央空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)多參量、非線性、時(shí)變性的復(fù)雜系統(tǒng)，由于末端負(fù)荷

24、的頻繁波動(dòng)，必然造成系統(tǒng)的運(yùn)行參量偏離空調(diào)主機(jī)的最佳工作狀態(tài)，導(dǎo)致主機(jī)熱轉(zhuǎn)換效率大大降低，系統(tǒng)長(zhǎng)期在低效率狀態(tài)下運(yùn)行，也會(huì)增加系統(tǒng)的能源消耗。(2)無(wú)論末端負(fù)荷大小如何變化，空調(diào)系統(tǒng)均在設(shè)計(jì)的額定狀態(tài)下運(yùn)行，系統(tǒng)能耗始終處于設(shè)計(jì)的最大值。而由于受多種因素不斷變化的影響，如：季節(jié)交替、氣候晝夜變化、使用頻率、人流量增減等?？照{(diào)負(fù)荷的這種不恒定性，決定了系統(tǒng)對(duì)空調(diào)冷量的需求也是一個(gè)隨機(jī)變化的量。若不進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，定會(huì)造成能源浪費(fèi)。(3)在工頻狀態(tài)下啟停大功率水泵和風(fēng)機(jī)，沖擊電流大，不利于電網(wǎng)的安全運(yùn)行，且水泵、風(fēng)機(jī)等機(jī)電設(shè)備長(zhǎng)期在工額額定狀念下高速運(yùn)行，機(jī)械磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致使用壽命縮短和設(shè)備故障大幅

25、度增加。綜上來(lái)看，定流量控制凸顯出來(lái)的問(wèn)題很多。變流量系統(tǒng)則是根據(jù)實(shí)際負(fù)荷的大小改變冷凍水流量，水泵也可以根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際所需流量自動(dòng)調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速或運(yùn)行臺(tái)數(shù)，從而達(dá)到節(jié)約水泵能耗的目的7。如圖2-2所示：圖2-1 中央空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2-2 冷凍水變流量控制系統(tǒng)2.2.2 中央空調(diào)變流量控制的實(shí)現(xiàn)方式中央空調(diào)循環(huán)水變流量控制系統(tǒng)，是將整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)從節(jié)能、高效、環(huán)保、健康、安全、管理等方面進(jìn)行全面綜合考慮，把科學(xué)的節(jié)能理念和方法與成熟的控制理論技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、變頻技術(shù)及其產(chǎn)品進(jìn)行融合，形成了一個(gè)完整的節(jié)能與管理體系。 1、變頻調(diào)速的原理變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入

26、頻率成正比的關(guān)系： (2-1)式中：為同步轉(zhuǎn)速，單位為r/min；為電源頻率，單位為Hz；為磁極對(duì)數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速可由下式給出：(2-2)式中：n電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速；s異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。由式(2.2)可知，改變參數(shù)，s中的任意一個(gè)就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，即對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。因此，可以通過(guò)改變?cè)撾娫吹念l率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。從某種意義上說(shuō)，變頻器就是一個(gè)可以任意改變頻率的交流電源。在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)重要的因素是希望保持每極磁通量為額定值不變。磁通太弱，沒(méi)有充分利用電機(jī)的磁心，是一種浪費(fèi)；若要增大磁通，又會(huì)使磁通飽和，從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電

27、流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)槔@組過(guò)熱而損壞電機(jī)。對(duì)于直流電機(jī)來(lái)說(shuō)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，所以只要對(duì)電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，保持磁通量不變是很容易做到的。在交流異步電機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的8。三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是：(2-3)式中：氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值，單位為V;定子頻率，單位為Hz;定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；基波繞組系數(shù)；每極氣隙磁通量。由式(2.3)知只要控制好和，便可以控制磁通不變。需要考慮基頻以下和基頻以上兩種情況：1)基頻下調(diào)速即采用恒定的電動(dòng)勢(shì)。由上式可知，要保持磁通量不變，但頻率從額定值向下調(diào)節(jié)，必須同時(shí)降低，然而繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是很難控制的，但電動(dòng)勢(shì)較高，可以忽

28、略電子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)定定子相電壓=E，則得常數(shù)。低頻時(shí)，和都較小，定子阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能在忽略。這時(shí)，可以人為的把電壓抬高一些，以便近似的補(bǔ)償定子壓降。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性為b線，無(wú)補(bǔ)償?shù)臑閍線。如圖2-3所示。圖2-3 恒壓頻比控制特性2)基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從往上增高，但電壓磁通與頻率成反比的降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來(lái)，可得到異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如圖2-4所示。如果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動(dòng)機(jī)都能長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的調(diào)

29、速，而在基頻以上，基本上屬于“恒功率調(diào)速”。圖2-4 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性在中央空調(diào)水系統(tǒng)中，最主要的運(yùn)行設(shè)備是水泵。水泵調(diào)速運(yùn)行節(jié)電的理論之一是水泵學(xué)比例律。幽水泵學(xué)比例律可知，對(duì)于同一臺(tái)水泵，當(dāng)以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，水泵的流量Q，揚(yáng)程H，軸功率P與轉(zhuǎn)速n有如下關(guān)系91213： (2-4) 由公式(2-4)知，流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。由此可見(jiàn)，當(dāng)降低轉(zhuǎn)速時(shí)，功率的減少量遠(yuǎn)比流量的減少量大得多。因此，控制水泵的轉(zhuǎn)速可以有效地控制水泵的消耗功率，這就是中央空調(diào)系統(tǒng)高效節(jié)能的基礎(chǔ)。通過(guò)頻率變化來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速與傳統(tǒng)變速方法相比有以下優(yōu)點(diǎn)：1.啟動(dòng)為軟啟動(dòng)

30、，減小了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊；2.調(diào)速范圍廣可實(shí)現(xiàn)；3.無(wú)級(jí)平滑調(diào)速；4.能做到與直流調(diào)速不相上下的程度。2、變頻技術(shù)的應(yīng)用交流變頻調(diào)速技術(shù)是將電力電子、自動(dòng)控制、微電子、電機(jī)學(xué)等技術(shù)集成的一項(xiàng)高新科技。它以其優(yōu)異的調(diào)速性能、顯著的節(jié)能效果以及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域廣泛的適用性，被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為是世界上應(yīng)用最廣、效率最高、最理想的電氣傳動(dòng)方案，是電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。它為提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、節(jié)約能源、降低消耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供了重要的新手段。2.2.3 中央空調(diào)系統(tǒng)變流量系統(tǒng)的特點(diǎn)變流量節(jié)能控制系統(tǒng)是目前最先進(jìn)的節(jié)能控制技術(shù)，它與普遍使用的定流量中央空調(diào)控制模式相比，具有以下技術(shù)特點(diǎn)：(1) 實(shí)現(xiàn)中

31、央空調(diào)綜合性能最優(yōu)，必須針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)(包括主機(jī)、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)等)統(tǒng)一考慮，全面控制，使全系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，才能實(shí)現(xiàn)最佳綜合節(jié)能。變流量控制系統(tǒng)對(duì)中央空調(diào)的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)最佳節(jié)能效果。(2) 實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的跟隨性變流量控制系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)中央空調(diào)冷媒系統(tǒng)的運(yùn)行方式，通過(guò)對(duì)中央空調(diào)運(yùn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和閉環(huán)控制，將空調(diào)主機(jī)的定流量運(yùn)行改為變流量運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)空調(diào)主機(jī)冷媒流量跟隨末端負(fù)荷需求而同步變化，在空調(diào)系統(tǒng)的任何負(fù)荷條件下，既能確保中央空調(diào)系統(tǒng)的舒適性，又實(shí)現(xiàn)最大的節(jié)能。(3) 空調(diào)主機(jī)始終保持高的熱轉(zhuǎn)換效率眾所周知，隨著中央空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的變化，必將導(dǎo)致整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)

32、運(yùn)行參數(shù)偏離空調(diào)主機(jī)的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)，導(dǎo)致主機(jī)熱轉(zhuǎn)換效率降低，這一直是傳統(tǒng)中央空調(diào)運(yùn)行方式無(wú)法解決的一大難題。變流量控制系統(tǒng)的一個(gè)基本思想就是按照中央空調(diào)主機(jī)所要求的最佳運(yùn)行參數(shù)去控制中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行工況及制冷劑工質(zhì)參數(shù)的變化，通過(guò)PID控制調(diào)節(jié)，確?？照{(diào)主機(jī)始終處于優(yōu)化的最佳工作點(diǎn)上，使主機(jī)始終保持較高的熱轉(zhuǎn)換效率，有效地解決了傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)在低負(fù)荷狀態(tài)下熱轉(zhuǎn)換效率下降的難題，提高了系統(tǒng)的能源利用率10。隨著變頻器技術(shù)的成熟及其價(jià)格的大幅下降，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)師開(kāi)始認(rèn)識(shí)到在空調(diào)水系統(tǒng)中應(yīng)用變頻器改變水泵轉(zhuǎn)速所帶來(lái)的巨大效益。這里說(shuō)到了軟啟動(dòng)方式，下面來(lái)介紹下。2.3 電機(jī)的軟

33、啟動(dòng)原理及應(yīng)用2.3.1 軟啟動(dòng)設(shè)備介紹電壓由零慢慢提升到額定電壓，使電機(jī)啟動(dòng)的全過(guò)程都不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的啟動(dòng)運(yùn)行。這就是軟啟動(dòng)。電機(jī)的軟啟動(dòng)可以通過(guò)軟啟動(dòng)器或者變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟起動(dòng)器是一種集軟停車(chē)、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(guó)外稱(chēng)為SoftStarter。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-frequency Drive，VFD)是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)

34、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(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。通過(guò)改變電源的頻率來(lái)達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(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(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。2.3.2 軟啟動(dòng)器的應(yīng)用場(chǎng)合原則上，籠型異步電動(dòng)機(jī)凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場(chǎng)合都可適用。目前的應(yīng)用范圍是交流380V(也可660V)，電機(jī)功率從幾千瓦到800kW。軟起動(dòng)器特別適用于各種泵類(lèi)負(fù)載或風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載，需要軟起動(dòng)與軟停車(chē)的場(chǎng)合。同樣對(duì)于變

35、負(fù)載工況、電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行，只有短時(shí)或瞬間處于重載場(chǎng)合，應(yīng)用軟起動(dòng)器(不帶旁路接觸器)則具有輕載節(jié)能的效果。2.3.3 軟啟動(dòng)器與變頻器之間的區(qū)別對(duì)比軟起動(dòng)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(shí)改變頻率；軟起動(dòng)器實(shí)際上是個(gè)調(diào)壓器，用于電機(jī)起動(dòng)時(shí)，輸出只改變電壓并沒(méi)有改變頻率。變頻器具備所有軟起動(dòng)器功能，但它的價(jià)格比軟起動(dòng)器貴得多，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜得多。軟啟動(dòng)器是通過(guò)星三角轉(zhuǎn)換來(lái)降低啟動(dòng)電流；而變頻器是通過(guò)改變頻率來(lái)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(dòng)功能，是通過(guò)改變電源頻率實(shí)現(xiàn)。軟啟動(dòng)器只能通過(guò)晶閘管調(diào)壓實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車(chē)，但不

36、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(guò)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(dòng)、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(dòng)一臺(tái)泵變速運(yùn)行，由一臺(tái)軟啟動(dòng)器完成其余各泵開(kāi)、停操作，變頻泵可定時(shí)輪換使各泵運(yùn)行時(shí)間均衡，運(yùn)行中變頻與工頻可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)切換。2.4 PID控制的設(shè)計(jì)在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的發(fā)展歷程中，PID控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式。在本世紀(jì)40年代以前，除在最簡(jiǎn)單的情況下可采用開(kāi)關(guān)控制外，它是唯一的控制方式。PID控制具有很多優(yōu)點(diǎn)11。1.適應(yīng)性強(qiáng)，可以廣泛的

37、應(yīng)用于各種行業(yè)；2.算法簡(jiǎn)單，使用方便，容易通過(guò)簡(jiǎn)單的硬件和軟件方式實(shí)現(xiàn)。由于其有這些優(yōu)點(diǎn)，PID控制直到現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的基本控制方式之一。溫度是一個(gè)普通而又重要的物理量，在許多領(lǐng)域里，人們需對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量和控制，長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外科技工作者對(duì)溫度控制器進(jìn)行了廣泛深入的研究，產(chǎn)生了大批溫度控制器，如：性能成熟、應(yīng)用廣泛的PID調(diào)節(jié)器、智能控制PID調(diào)節(jié)器、自適應(yīng)控制等。2.4.1 PID控制原理PID在溫度控制中已使用數(shù)十年，是一種成熟的技術(shù)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于理解和實(shí)現(xiàn)，且一些高級(jí)控制都是以PID為基礎(chǔ)改進(jìn)的。在工業(yè)過(guò)程控制中，40%以上的控制系統(tǒng)回路具有PID結(jié)構(gòu)。在目前的溫度控制領(lǐng)

38、域，應(yīng)用十分廣泛。PID調(diào)節(jié)器又稱(chēng)為比例積分微分調(diào)節(jié)器，它具有比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)，可見(jiàn)，溫度PID調(diào)節(jié)器有三個(gè)可設(shè)定參數(shù)，即比例放大系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)。對(duì)一個(gè)控制系統(tǒng)而言，合理地設(shè)置這三個(gè)參數(shù)，可取得較好的控制效果。圖2-5 PID控制系統(tǒng)原理圖PID控制器各個(gè)部分的作用及其在控制中的調(diào)節(jié)規(guī)律如下：1、比例增益P比例增益 P就是用來(lái)設(shè)置差值信號(hào)的放大系數(shù)的。任何一種變頻器的參數(shù)P 都給出一個(gè)可設(shè)置的數(shù)值范圍，一般在初次調(diào)試時(shí)，P可按中間偏大值預(yù)置或者暫時(shí)默認(rèn)出廠值，待設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)再按實(shí)際情況細(xì)調(diào)。比例增益部分用于保證控制量的輸出含有與系統(tǒng)偏差成線性關(guān)系的分量，能夠快速反應(yīng)系統(tǒng)

39、輸出偏差的變化情況。由經(jīng)典控制理論可知，比例環(huán)節(jié)不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù)的增大而減少，但比例系數(shù)過(guò)大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。2、積分時(shí)間I如上所述比例增益P越大，調(diào)節(jié)靈敏度越高，但由于傳動(dòng)系統(tǒng)和控制電路都有慣性，調(diào)節(jié)結(jié)果達(dá)到最佳值時(shí)不能立即停止，導(dǎo)致超調(diào)，然后反過(guò)來(lái)調(diào)整，再次超調(diào)，形成振蕩。為此引入積分環(huán)節(jié)I，其效果是，使經(jīng)過(guò)比例增益P放大后的差值信號(hào)在積分時(shí)間內(nèi)逐漸增大 (或減小) ，從而減緩其變化速度，防止振蕩。但積分時(shí)間I太長(zhǎng)，又會(huì)當(dāng)反饋信號(hào)急劇變化時(shí)，被控物理量難以迅速恢復(fù)。因此，I的取值與拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)：拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)較小時(shí)，積分時(shí)間應(yīng)短些；拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)較

40、大時(shí)，積分時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)些。3、微分時(shí)間D微分時(shí)間D是根據(jù)差值信號(hào)變化的速率，提前給出一個(gè)相應(yīng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作，從而縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間，克服因積分時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而使恢復(fù)滯后的缺陷。D的取值也與拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)：拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)較小時(shí)，微分時(shí)間應(yīng)短些；反之，拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)較大時(shí)，微分時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)些。由于微分環(huán)節(jié)在系統(tǒng)傳遞函數(shù)中引入了一個(gè)零點(diǎn)，如果使用不當(dāng)會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定。2.4.2 PID控制器的參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類(lèi)：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)

41、的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。兩種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控

42、制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。2.4.3 PID的反饋邏輯所謂反饋邏輯，是指被控物理量經(jīng)傳感器檢測(cè)到的反饋信號(hào)對(duì)變頻器輸出頻率的控制極性。例如中央空調(diào)系統(tǒng)中，用回水溫度控制調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率和水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。冬天制熱時(shí)，如果回水溫度偏低，反饋信號(hào)減小，說(shuō)明房間溫度低，要求提高變頻器輸出頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速，加大熱水的流量；而夏天制冷時(shí)，如果回水溫度偏低，反饋信號(hào)減小，說(shuō)明房間溫度過(guò)低，可以降低變頻器的輸出頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速，減少冷水的流量。由上可見(jiàn)，同樣是溫度偏低，反饋信號(hào)減小，但要求變頻器

43、的頻率變化方向卻是相反的。這就是引入反饋邏輯的原由。2.4.4 P、I、D參數(shù)調(diào)整原則各參數(shù)的預(yù)置是相輔相成的，運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行如下細(xì)調(diào)：被控物理量在目標(biāo)值附近振蕩，首先加大積分時(shí)間I，如仍有振蕩，可適當(dāng)減小比例增益P。被控物理量在發(fā)生變化后難以恢復(fù)，首先加大比例增益P，如果恢復(fù)仍較緩慢，可適當(dāng)減小積分時(shí)間I，還可加大微分時(shí)間D。2.4.5 對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的PID變頻控制在近幾年對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的變頻控制中多采用PI或PID來(lái)實(shí)現(xiàn)出回水定溫差或定壓差的水泵頻率控制。對(duì)冷凍水控制通過(guò)檢測(cè)制冷主機(jī)蒸發(fā)器的進(jìn)水口處的回水溫度和出水口處的出水溫度，將其溫差與設(shè)定值比對(duì)，通過(guò)PLC的PID控制功能或

44、PID控制器，調(diào)節(jié)冷凍泵變頻器的頻率值，最終使溫差值保持在設(shè)定值14。對(duì)冷凍水控制通過(guò)檢測(cè)制冷主機(jī)冷凝器的進(jìn)水口處的回水溫度和出水口處的出水溫度，通過(guò)PLC的PID控制功能，調(diào)節(jié)冷卻泵變頻器的頻率值，最終使溫度值保持在設(shè)定值附近。其比例積分系數(shù)憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)定。2.4.6實(shí)現(xiàn)設(shè)定值的自動(dòng)調(diào)節(jié)由前面的分析可知，系統(tǒng)的冷負(fù)荷隨著晝夜和季節(jié)的不同、大氣環(huán)境的變化有很大的差異，室溫等因素也會(huì)產(chǎn)生較大的影響。即使空調(diào)系統(tǒng)的水泵、風(fēng)機(jī)等以同樣轉(zhuǎn)速等情況運(yùn)行，其實(shí)際出回水溫差也變化很大。因此隨環(huán)境因素實(shí)時(shí)的修改設(shè)置參數(shù)，可更加節(jié)能，通過(guò)建立溫度查詢表并通過(guò)人機(jī)界面輸入到PLC存儲(chǔ)器中可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。溫度設(shè)置如下表

45、：表2-1 溫度值查詢表室溫19以下1923232626以上設(shè)定值87652.4.7 PID控制器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)西門(mén)子公司從S7-200系列PLC中的CPU215，CPU216開(kāi)始增加了用于閉環(huán)控制的PID指令。西門(mén)予公司的S7-200系列的PLC都有配套的STEP7-Micro/WIN32編程軟件，該軟件可以在PC機(jī)上運(yùn)行，為用戶開(kāi)發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)境。STEP7-Micro/WIN32提供了PID指令向?qū)?，指?dǎo)使用者定義一個(gè)閉環(huán)控制過(guò)程的PID算法，該算法程序由編程軟件自動(dòng)插入到主程序中。PID的組態(tài)設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：(1)確定所要控制的PID指令編號(hào)(回路編號(hào))：

46、(2)選擇參數(shù)控制表存放的位置以及閉環(huán)控制的參數(shù)；(3)確定PID回路的輸入和輸出控制參數(shù)；(4)確定PID回路的報(bào)警選項(xiàng)以及報(bào)警參數(shù)；(5)指定用于計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域；(6)指定初始化子過(guò)程和中斷的名稱(chēng)；(7)確認(rèn)設(shè)計(jì)的PID算法名稱(chēng)。PID設(shè)置向?qū)н^(guò)程如圖2-9：圖2-6(a) PID向?qū)гO(shè)置過(guò)程圖2-6(b) PID向?qū)гO(shè)置過(guò)程2.5 本章小結(jié)本章介紹了中央空調(diào)的結(jié)構(gòu)和原理，對(duì)變流量控制進(jìn)行了研究闡述了變頻調(diào)速原理，分別對(duì)比了軟啟動(dòng)器和變頻器的優(yōu)缺點(diǎn)，最后對(duì)傳統(tǒng)PID控制進(jìn)行了細(xì)致的研究和探討可行性及PID控制環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)。第3章 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中央空調(diào)控制系統(tǒng)硬件有變頻器、P

47、LC、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(guò)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(guò)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(lèi)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 變頻器的原理主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力

48、變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類(lèi)：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(dòng)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(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電

49、容吸收脈動(dòng)電壓(電流)。裝置容量小時(shí)，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(jiǎn)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(shí)間使6個(gè)開(kāi)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(mén)子MM440變頻器性能介紹MICROMASTER 440全新一代用于控制三相交流電動(dòng)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(zhuān)用脈寬調(diào)制技術(shù)，可使電動(dòng)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(dòng)機(jī)

50、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(wú)可比擬的靈活性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(dòng)裝置。由于MICROMASTER 440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(jí)的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。既可用于單獨(dú)傳動(dòng)系統(tǒng)，也可集成到自動(dòng)化系統(tǒng)中。變頻器適用于各種變速驅(qū)動(dòng)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(chē)和起重系統(tǒng)、立體倉(cāng)儲(chǔ)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(jì)；可由IT電源供電；對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)是快速和可重復(fù)的；參數(shù)設(shè)

51、置的范圍很廣，確保它可對(duì)廣泛的應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行配置；電纜連接簡(jiǎn)便；具有多個(gè)繼電器輸出；具有多個(gè)模擬量輸出(020mA)；6 個(gè)帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換可NPN/PNP 接線；2 個(gè)模擬輸入：1)ADC1：010V，020mA 和-10 至+10V 2)ADC2：010V，020mA；2 個(gè)模擬輸入可以作為第7 和第8 個(gè)數(shù)字輸入；BICO 技術(shù)；模塊化設(shè)計(jì)，配置非常靈活；開(kāi)關(guān)頻率高(傳動(dòng)變頻器可到16kHz)，因而電動(dòng)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

52、制(FCC)改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并且優(yōu)化電動(dòng)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(dòng)；滑差補(bǔ)償；在電源中斷或故障跳閘以后，自動(dòng)再起動(dòng)；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(dòng)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(guò)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，避免運(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(shí)間；使用兩個(gè)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(dòng)，實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)控制；4個(gè)跳轉(zhuǎn)

53、頻率。3.2.3 保護(hù)功能過(guò)壓/欠壓保護(hù)；變頻器過(guò)溫保護(hù)；使用PTC通過(guò)數(shù)字輸入實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)；接地故障保護(hù)；短路保護(hù)；閉鎖電動(dòng)機(jī)保護(hù)；防止電動(dòng)機(jī)失速；參數(shù)聯(lián)鎖。3.2.4 變頻器運(yùn)行的環(huán)境條件1.變頻器要求的環(huán)境溫度都是040度，這個(gè)溫度比較適合變頻器正常運(yùn)行。2.空氣的相對(duì)濕度95%，無(wú)凝露。3.不允許變頻器掉到地上或遭受突然的撞擊。不允許把變頻器安裝在有可能經(jīng)常受到振動(dòng)的地方。4.不允許把變頻器安裝在接近電磁輻射源的地方。5.不要把變頻器安裝在存在大氣污染的環(huán)境中，例如，安裝在存在灰塵、腐蝕性氣體等的環(huán)境中。6.變頻器的安裝位置切記要遠(yuǎn)離有可能出現(xiàn)淋水的地方。例如，不要把變頻器安裝在

54、水管的下面，因?yàn)樗艿谋砻嬗锌赡芙Y(jié)露。禁止把變頻器安裝在濕度過(guò)大和有可能出現(xiàn)凝露的地方。7.在變頻器附近不要安裝有對(duì)冷卻空氣流通造成負(fù)面影響的其它設(shè)備。確認(rèn)變頻器的冷卻風(fēng)口處于正確的位置，不妨礙空氣的流通。3.2.5 使用變頻器設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)需注意的問(wèn)題1. 變頻器柜內(nèi)除本機(jī)專(zhuān)用的空氣開(kāi)關(guān)外，不宜安置其它操作性開(kāi)關(guān)電器，以免開(kāi)關(guān)噪聲入侵變頻器，造成誤動(dòng)作；2. 變頻器電源輸入側(cè)可采用容量適宜的空氣開(kāi)關(guān)作為短路保護(hù)，但切記不可頻繁操作。由于變頻器內(nèi)部具有大電容，其放電過(guò)程較為緩慢，頻繁操作將造成過(guò)電壓而損壞內(nèi)部元件；3. 注意防止發(fā)生共振現(xiàn)象。由于定子電流中含有高次諧波成分，電機(jī)轉(zhuǎn)矩中含有脈動(dòng)分量，

55、有可能造成電機(jī)的振動(dòng)與機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生共振，使設(shè)備出現(xiàn)故障。應(yīng)預(yù)先找到負(fù)載固有的共振頻率后，利用變頻器頻率跳躍功能設(shè)置，躲開(kāi)共振頻率點(diǎn)。為了控制電源，一般在變頻器電源進(jìn)線上串接一個(gè)超過(guò)變頻器額定電流兩倍以上的交流接觸器。但應(yīng)注意，除緊急情況外，接觸器的通斷只能在變頻器停止運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行。3.3 PLC選型3.3.1 PLC簡(jiǎn)介可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。3.3.2 PL

56、C控制功能的選擇該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。1、運(yùn)算功能簡(jiǎn)單可編程邏輯控制器的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通可編程邏輯控制器的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運(yùn)算和其他高級(jí)運(yùn)算功能。隨著開(kāi)放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。2、控制功能控制功能包括PID控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定

57、?？删幊踢壿嬁刂破髦饕糜陧樞蜻壿嬁刂?，因此，大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專(zhuān)用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高可編程邏輯控制器的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。例如采用PID控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。3、通信功能大中型可編程邏輯控制器系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議(如TCP/IP)，需要時(shí)應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)(TCP/IP)相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開(kāi)放的通信網(wǎng)絡(luò)?？删幊踢壿嬁刂破飨到y(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等；大中型可編程邏輯控制器通信總線(含接口

58、設(shè)備和電纜)應(yīng)1:1冗余配置，通信總線應(yīng)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)際要求。為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的(如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總線)通信處理器。4、編程功能離線編程方式：可編程邏輯控制器和編程器公用一個(gè)CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周

59、期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型可編程邏輯控制器中常采用。五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言：順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表(IL)、結(jié)構(gòu)文本(ST)兩種文本語(yǔ)言。選用的編程語(yǔ)言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)(IEC6113123)，同時(shí)，還應(yīng)支持多種語(yǔ)言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場(chǎng)合的控制要求。5、診斷功能可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過(guò)硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過(guò)軟件對(duì)PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過(guò)軟件對(duì)可編程邏輯控制器的CPU與外

60、部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷?？删幊踢壿嬁刂破鞯脑\斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。6、處理速度可編程邏輯控制器采用掃描方式工作。從實(shí)時(shí)性要求來(lái)看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號(hào)，造成信號(hào)數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長(zhǎng)度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，可編程邏輯控制器接點(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期應(yīng)滿足：小型可編程邏輯控制器的掃描時(shí)間不大于0.5ms/K；大中型可編程邏輯控制器的掃描時(shí)間不大于0.2ms/K。綜上所述，再結(jié)合實(shí)際情

61、況，為便于今后系統(tǒng)的改造或者升級(jí)，需要留出一定的I/O點(diǎn)以做擴(kuò)展使用。我們選用西門(mén)子S7-200PLC作為主控制器，其中主機(jī)型號(hào)：CPU226。3.3.3 西門(mén)子S7-200PLC介紹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(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)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(jià)格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(shí)特性；7)強(qiáng)勁的通訊能力；8)豐富的擴(kuò)展模塊。S7-2

62、00系列在集散自動(dòng)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(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)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。 CPU226的主要技術(shù)指標(biāo):1.集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。2.可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。3. 13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。4. 6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。5. 2個(gè)RS

63、485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。6.I/O端子排可很容易地整體拆卸。7.用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。8.可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 S7-200的工作模式:S7-200系列PLC有3中工作模式，即RUN，STOP和TERM模式。RUN模式：CPU在RUN模式下執(zhí)行完整的掃描過(guò)程，通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。此時(shí)，在CPU模式的LED顯示面板上“RUN”顯示當(dāng)前的工作模式。在此模式時(shí)，不能向PLC裝入程序、STOP模式：PLC處于停止方式，CPU不執(zhí)行用戶程序，可裝載編程軟件的計(jì)算機(jī)通信，可以創(chuàng)建和編輯用戶程序，設(shè)置PLC的硬件功能，向PLC裝入用戶程序和硬件設(shè)置信息。TERM模式：是一種暫態(tài)，可以用程序?qū)ERM轉(zhuǎn)換為RUN或STOP狀態(tài)，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試程序時(shí)很有用處。TERM狀態(tài)還和機(jī)器的特殊標(biāo)志位SM0.7有關(guān)，可用于自由口通信時(shí)的控制。3.3.4 模擬量I/O模塊的種類(lèi)在工業(yè)控制中，某些輸入量(