基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

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1、廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 畢 業(yè) 論 文 課題名稱:基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng) 學(xué)生姓名: 學(xué) 號： 專 業(yè)： 電氣自動(dòng)化技術(shù) 班 級：電氣自動(dòng)化技術(shù) 指導(dǎo)老師： 2011 年 12 月 25 日 - 18 - 摘 要 中央空調(diào)系統(tǒng)是大型建筑物不可缺少的配套設(shè)施之一，其電能的消耗非常大。由變頻器、PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)應(yīng)用在中央空調(diào)的冷

2、卻水泵和冷凝水泵的節(jié)能改造中，使冷卻水泵和冷凍水泵能隨空調(diào)負(fù)荷的變化而自動(dòng)變速運(yùn)行，達(dá)到顯著節(jié)能效果。本文介紹了中央空調(diào)的主要組成，分類以及工作原理;介紹了中央空調(diào)的控制技術(shù)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)和類型; 分析了中央空調(diào)的控制要求，給出了其設(shè)計(jì)流程圖，編寫了PLC 梯形圖，設(shè)計(jì)中央空調(diào)的PLC 控制系統(tǒng)，并進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。隨著變頻技術(shù)的日益成熟，利用變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成溫差閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，達(dá)到節(jié)能目的提供了可靠的技術(shù)條件。 關(guān)鍵詞：中央空凋；變頻器；PLC ABSTRACT The central air co

3、nditioning system is a large building，one of the indispensable facilities，its power consumption is very heavy．By the frequency converter，PLC control system composed of the central air conditioning cooling water pump and Condensate pump energy-saving，allowing the cooling water pump and Condensate pum

4、p can cope with changes in air conditioning load of the automatic transmission operation，to achieve significant energy savings. This paper mainly introduces the main composition of central air-conditioning,classification and working principle.It introduces the control technology of central air condi

5、tioning the characteristics, structure and type. Itanalyzes the central air conditioning control requirements, gives the design flow chart, write PLC ladder diagram, the design of central air-conditioning and PLC control system, test and operation.With the fast maturity of Frequency Conversion Techn

6、ology, using organic combination of inverter, PLC, digital analog conversion module, temperature sensor and temperature module to thermoelectric closed-loop automatic control technology which can adjust output flow rate automatically to save energy. Key words：central air conditioning； convener；PLC

7、； 目 錄 摘要................................................................Ⅰ ABSTRACT............................................................Ⅱ 前 言...............................................................Ⅴ 第一章、緒論 1.1中央空調(diào)系統(tǒng)簡介.......................................1 1.2、中央空調(diào)原理圖及各結(jié)構(gòu)的作用.

8、.................5 1.3、空調(diào)控制系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.........................................8 1.4、中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一般控制方法和技術(shù) …………………………………………………………… 第二章、中央空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2.1、基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案............................................9 2.2、中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制依據(jù).................................11 2.3、中央空調(diào)使用PlC、變頻器的總體方案設(shè)計(jì).....

9、................................19 2.3.1、總體控制原理..............................................19 2.3.2、冷凍水泵和冷卻水泵控制原理..............................................21 2.2.3、變頻器變頻調(diào)速.............................................23 2.4、PLC，變頻器的I/O分配及系統(tǒng)外部接線...............................................

10、..36 第三章、軟件設(shè)計(jì) 3.1、系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境介紹......................................39 3.2、系統(tǒng)軟件開發(fā)語言介紹......................................41 3.3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主流程圖.....................................44 3.4、按鍵模塊程序設(shè)計(jì)............................................46 3.5、紅外線接收部分程序設(shè)計(jì)....................................48

11、3.6、串口通訊部分程序設(shè)計(jì).....................................50 3.7、游戲界面程序設(shè)計(jì)（VB程序設(shè)計(jì)）.........................52 第四章、設(shè)計(jì)心得...................................................56 參考文獻(xiàn)..............................................................58 致謝.............................................................

12、......59 附錄 附錄一 元器件清單……………………………………………....60 附錄二 系統(tǒng)硬件原理圖………………………………………....61 附錄三 系統(tǒng)硬件PCB圖………………………………………....62 附錄四 硬件實(shí)物圖 ……………………………………….... ...63 附錄五 游戲?qū)嵨飯D ………………………………………........64 前 言 在傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水、冷卻水循環(huán)用電約占系統(tǒng)用電的12％“14％，并且在冷凍主機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行中，其耗電更為明顯，冷凍水、冷卻水循環(huán)用電約達(dá)30％’40％。因此對冷凍水

13、、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的能量自動(dòng)控制是中央空調(diào)節(jié)能改造的重要組成部分。本文著重介紹PL C、變頻器在冷卻水泵節(jié)能循環(huán)方面的應(yīng)用。中央空調(diào)采用變頻調(diào)速技術(shù)，使電機(jī)在很寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，可將所有節(jié)流閥去掉，使管道暢通，可免去節(jié)流損耗。通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速而改變水的流速，從而改變水的流量，達(dá)到制冷機(jī)的正常工作要求和平衡熱負(fù)荷所需冷量要求，從而達(dá)到節(jié)能的目的。電機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)是由PLC控制器進(jìn)行切換和控制的。中央空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)是按實(shí)際最大制冷需求量來考慮的， 其冷卻泵、冷凍泵按單臺設(shè)備的最大工況來考慮，而在實(shí)際使用中有90％多的時(shí)間， 冷卻泵、冷凍泵都工作在非滿載狀態(tài)下。以往通常用閥門、自動(dòng)閥調(diào)節(jié)冷卻水、冷

14、凍水的流量和速度達(dá)到調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的目的， 這不僅增大了系統(tǒng)節(jié)流損失， 而且由于對空調(diào)的調(diào)節(jié)是階段性的，造成整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)工作在波動(dòng)狀態(tài)。而在冷卻泵、冷凍泵上加裝變頻器實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能， 則是一勞永逸解決問題的辦法。利用變頻器的軟啟動(dòng)功能及平滑調(diào)速的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的平穩(wěn)調(diào)節(jié)， 使系統(tǒng)工作狀態(tài)穩(wěn)定， 并延長機(jī)組及網(wǎng)管的使用壽命。 本文討論利用PLC 自身可靠性高的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的高精度控制的一種方案。同時(shí)， 通過觸摸屏和PLC 結(jié)合使用， 利用觸摸屏強(qiáng)大的人機(jī)交互功能，對中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 通過變頻控制調(diào)節(jié)，中央空調(diào)系統(tǒng)的水、風(fēng)系統(tǒng)耗電水平可降低30%~60%，主

15、機(jī)系統(tǒng)可節(jié)電10%以上，總體系統(tǒng)節(jié)電可達(dá)40%左右。因此中央空調(diào)用戶應(yīng)用變頻節(jié)能控制系統(tǒng)不僅有著良好的直接經(jīng)濟(jì)收益，還能達(dá)到節(jié)約能源消耗，有利于環(huán)境保護(hù)的社會效益。 第一章 緒 論 1.1 中央空調(diào)系統(tǒng)簡介 中央空調(diào)概念: 空氣調(diào)節(jié)(簡稱空調(diào)) ， 就是把經(jīng)過一定處理后的空氣， 以一定的方式送入室內(nèi)， 使室內(nèi)空氣的溫度、相對濕度、清潔度和流動(dòng)速度等控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)以滿足生活舒適和生產(chǎn)工藝需要的一種專門技術(shù)。中央空調(diào)系統(tǒng)是由一臺主機(jī)(或一套制冷系統(tǒng)或供風(fēng)系統(tǒng))通過風(fēng)道送風(fēng)或冷熱水源帶動(dòng)多個(gè)末端方式來達(dá)到室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)的目的的空調(diào)系統(tǒng)。 1.2、 中央空調(diào)原理圖及各結(jié)構(gòu)的作用

16、 中央空調(diào)結(jié)構(gòu)原理圖 如圖，中央空調(diào)系統(tǒng)主要由以下幾部份組成： 　　 （1）冷凍機(jī)組 　　 1.這是中央空調(diào)的“制冷源”，通往各個(gè)房間的循環(huán)水由冷凍機(jī)組進(jìn)行“內(nèi)部熱交換”，降溫為“冷凍水”。 　　 2．冷卻水塔用于為冷凍機(jī)組提供“冷卻水”； 　　 3．“外部熱交換”系統(tǒng)由兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)組成； 　　 （1）冷凍水循環(huán)系統(tǒng) 　　 由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍機(jī)組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，在各房間內(nèi)進(jìn)行熱交換，帶走房間熱量，使房間內(nèi)的溫度下降。 　　 從冷凍機(jī)組流出、進(jìn)入房間的冷凍水簡稱為“出水”：流經(jīng)所有的房

17、間后回到冷凍機(jī)組的冷凍水簡稱為“回水”。 　　 （2）冷卻水循環(huán)系統(tǒng) 　　 由冷凍泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍機(jī)組進(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，使之在冷卻塔與大氣進(jìn)行熱交換，然后在將降了溫的冷卻水，送回到冷卻機(jī)組。如此不斷循環(huán)，帶走了冷凍機(jī)組釋放的熱量。 　　 流進(jìn)冷凍機(jī)組的冷卻水簡稱為“進(jìn)水”；從冷凍機(jī)組流回冷卻塔的冷卻水簡稱為“回水”。 　　 4．冷卻風(fēng)機(jī)有兩種： 　　 （1）室內(nèi)風(fēng)機(jī) 　　 安裝于所有需要降溫的房間內(nèi)，用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內(nèi)的熱

18、交換。 　　 （2）冷卻塔風(fēng)機(jī) 　　 用于降低冷卻塔中的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發(fā)到大氣中去。 　　 可以看出，中央空調(diào)系統(tǒng)是工作過程室一個(gè)不斷地進(jìn)行熱交換的能量轉(zhuǎn)換過程。在這里，冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。因此，對冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制便是中央空調(diào)控制系統(tǒng)的重要組成部份。 1.3、空調(diào)控制系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 伴隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展， 世界上HVAC 系統(tǒng)的控制從五十年代就開始采用氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)， 六十年代改進(jìn)為電動(dòng)單元組合儀表，七十年代采用小型專用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中式控制， 直到1984 年， 美國哈特福德市第一棟采用微型計(jì)算機(jī)集散式控制系統(tǒng)

19、大廈的出現(xiàn)， 標(biāo)志著智能建筑時(shí)代的開始。集散式(即集中管理、分散控制) 自控系統(tǒng)， 目前技術(shù)趨于成熟， 主要技術(shù)特征是采用了DDC ( Direct Digital Control ) 。作為控制系統(tǒng)中的主要單元控制器，目前國內(nèi)外主要采用的是常規(guī)PLC 的PID 控制， 因其控制簡單， 實(shí)用， 成本低、技術(shù)成熟， 易于實(shí)現(xiàn)， 參數(shù)調(diào)整方便， 并且具有一定的魯棒性， 在空氣調(diào)節(jié)中的應(yīng)用比較廣泛。 1982 年Shavit 和Brandt 等對由控制閥門和執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)溫度和濕度控制的不同特性做了研究。1984 年Shavit 和Brandt 對PID 控制的廢氣溫度控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)做了仿真研

20、究。1995 年Kalman 等人將PID 控制用于壓縮機(jī)和蒸發(fā)器的電極速度調(diào)節(jié)， 以實(shí)現(xiàn)制冷去濕， 并建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以及PID 算法的三個(gè)參數(shù)的解析整定方法， 同時(shí)給出了系統(tǒng)的兩種控制策略。實(shí)際上， 現(xiàn)在大多數(shù)空調(diào)都是采用PID 控制。雖然PID 控制在空氣調(diào)節(jié)中廣泛使用， 但是由于PID 算法只有在系統(tǒng)模型參數(shù)不隨時(shí)間變化的情況下才取得理想效果。當(dāng)一個(gè)己經(jīng)調(diào)整好參數(shù)的PID控制器被應(yīng)用于另外一個(gè)具有不同模型參數(shù)的系統(tǒng)時(shí)， 系統(tǒng)的性能就會變差，甚至不穩(wěn)定。再加上空調(diào)系統(tǒng)高度::11二線性以及溫濕度之間的強(qiáng)梢合關(guān)系，研究者們又轉(zhuǎn)向了其他高級控制方法， 如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制及神

21、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。 智能控制與傳統(tǒng)的PID 控制相比， 它不完全或不依賴于被控對象的精確數(shù)學(xué)模型， 同時(shí)具有自尋優(yōu)特點(diǎn)。并且在整個(gè)控制過程中， 計(jì)算機(jī)在線獲取信息和實(shí)時(shí)處理并給出控制決策。通過不斷的優(yōu)化參數(shù)和尋找控制器的最佳結(jié)構(gòu)形式。以獲取整體最優(yōu)控制性能。由于空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)大滯后、多干擾、大慣性的系統(tǒng)， 獲取它的精確模型很困難， 所以智能控制器成為中央空調(diào)系統(tǒng)中研究的熱點(diǎn)。1985 年日本" 三菱童工" 就開發(fā)出了以溫度恒定為目標(biāo)的模糊變頻空調(diào)控制器。香港的Albert.R.So 等人于1 994 年開發(fā)出空調(diào)機(jī)組的熱舒適性模糊邏輯控制器。同年， 香港的S.Huang 和美國的Nelso 對基于

22、規(guī)則的模糊邏輯控制在空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用做了實(shí)驗(yàn)研究， 給出了建立和校正模糊控制規(guī)則的策略，并分析了控制器的多階繼電器特性。1999 年Kasahara 等設(shè)計(jì)了自適應(yīng)PID 控制器， 此控制器可以應(yīng)用于被控模型不太精確的場所。Ghi aus 則證明了熱交換過程這一非線性過程可以用模糊控制來較好的實(shí)現(xiàn)， 并且可以克服PID 控制過程出現(xiàn)的超調(diào)。國內(nèi)學(xué)者對智能控制在空調(diào)中的應(yīng)用研究成果也有很多。吳愛國等研究了參數(shù)自尋優(yōu)模糊控制器在中央空調(diào)溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用， 該控制器在綜合輸入的的比例因子和輸出的比例因子對系統(tǒng)中央空調(diào)控制系統(tǒng)的影響后，采用了在輸入的比例因子后加入加權(quán)因子的方法，優(yōu)化了控制效果，同時(shí)

23、很多文獻(xiàn)也給出了廣義預(yù)測控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用。采用空調(diào)負(fù)荷預(yù)測作為優(yōu)化控制的手段，張韜等對自回歸平均法在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究， 并在此基礎(chǔ)上就如何提高預(yù)測算法的準(zhǔn)確性和實(shí)用性提出了一些想法， 該方法可以實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的在線識別和預(yù)測，但其預(yù)測結(jié)果的精度還不太理想， 所以還有待改進(jìn)。 綜上可知， 智能控制是今后控制界發(fā)展的必然趨勢， 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能控制理論的發(fā)展， 智能控制必將在空調(diào)系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 1.4、中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一般控制方法和技術(shù) 控制方法 1．模糊控制 模糊控制是近年來發(fā)展最快的一項(xiàng)控制技術(shù)，已成功地應(yīng)用于各種各樣的控制系統(tǒng)中

24、。因?yàn)橐肓巳祟惖倪壿嬎季S方式，使得模糊控制器具有一定的自適應(yīng)控制能力，較強(qiáng)的魯棒性和穩(wěn)定性，因而特別適用于難以用精確數(shù)學(xué)模型表示的實(shí)際系統(tǒng)。 模糊控制的核心是模糊控制器，它是按照人的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)通過模糊算法模仿人的操作策略，實(shí)現(xiàn)以機(jī)器代替人的生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制設(shè)備。實(shí)質(zhì)上反映的是輸入語言變量和輸出語言變量以及語言規(guī)則的模糊定量關(guān)系和算法結(jié)構(gòu)。 2．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模仿人腦神經(jīng)系統(tǒng)，它是以一種簡單計(jì)算——處理單元(神經(jīng)元) 為節(jié)點(diǎn)，采用某種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)成的活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，能從微觀結(jié)構(gòu)和性能上對人腦抽象、簡化，反映人腦功能的信息處理、學(xué)習(xí)、聯(lián)想、模式分類、記憶等若干基本特征。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在

25、控制領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有兩種，一是用于系統(tǒng)建模，二是用于構(gòu)造控制器。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制對環(huán)境變化具有極強(qiáng)的自學(xué)習(xí)能力的優(yōu)點(diǎn)，可以引入設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，對非線性對象以及時(shí)變參數(shù)對象都可以取得較好的控制效果，具有較好的魯棒性。 3． PID控制 目前在空調(diào)控制系統(tǒng)中采用最多的依然是PID控制，這種方法簡單，便于實(shí)現(xiàn)，但參數(shù)整定較為困難，在實(shí)際中我們往往是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來手動(dòng)設(shè)定空調(diào)對象的特性參數(shù)，且一組整定的參數(shù)只能在較少的控制范圍內(nèi)有較好的控制效果，這樣往往設(shè)定的參數(shù)并不完全符合實(shí)際工程所需的對象特性參數(shù)，PID控制對這類對象的控制效果并不理想。 控制技術(shù) 中央空調(diào)系統(tǒng)的控制有3 種控制方式:早期的繼

26、電器控制系統(tǒng)、直接數(shù)字式控制器DDC 以及PLC(可編程序控制器)控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故|璋率高，系統(tǒng)復(fù)雜， 功耗高等明顯的缺點(diǎn)己逐漸被人們所淘汰， 直接數(shù)字式控制器DDC 雖然在智能化方面有了很大的發(fā)展。但由于DDC 其本身的抗干擾能力問題和分級分步式結(jié)構(gòu)的局限性而限制了其應(yīng)用范圍。相反， PLC 控制系統(tǒng)以其運(yùn)行可靠、使用與維護(hù)均很方便， 抗干擾能力強(qiáng)，適合新型高速網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)這些顯著的優(yōu)點(diǎn)使其逐步得到廣泛的應(yīng)用。 中央空調(diào)控制系統(tǒng)是由變頻器、溫度傳感器、壓力傳感器、露點(diǎn)溫度傳感器、煙霧偵測器、室內(nèi)靜壓傳感器、濾網(wǎng)壓差開關(guān)、風(fēng)機(jī)壓差開關(guān)、外氣溫濕度傳感器、可編程控制器( PLC )

27、以及人機(jī)界面等幾部分組成。它根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)需要控制部位的參數(shù)(如冷卻水溫度等)，由PLC 來控制調(diào)整冷卻水電機(jī)、冷凍水電機(jī)等機(jī)組動(dòng)力單元的運(yùn)行狀態(tài)， 在精確進(jìn)行溫度控制的同時(shí)， 大幅度的節(jié)約了電能。自動(dòng)控制理論通過傳遞函數(shù)的數(shù)學(xué)描述， 以根軌跡法和頻率法作為分析和綜合系統(tǒng)的基本方法求解不同生產(chǎn)過程的PID 經(jīng)典控制理論，發(fā)展到目前更高級的智能控制?，F(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)使空調(diào)控制技術(shù)由最初的手動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)展到單環(huán)節(jié)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，再到各環(huán)節(jié)的聯(lián)合控制， 從而形成完整的中央空調(diào)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 目前，在中央空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)大體上有單片機(jī)控制和PLC控制兩種形式。這兩種形式各有特點(diǎn)，單片機(jī)控制成本較低，生產(chǎn)制造

28、容易；缺點(diǎn)是穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾能力較差，電子元件的質(zhì)量無法保證，生產(chǎn)廠家和使用廠家維護(hù)費(fèi)用較高。PLC控制系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是可靠性和穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)。它的許多的功能是依靠軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，這樣可減少外圍硬件的使用，從而減少了故障發(fā)生的幾率，通常PLC都具有5~10萬h的正常運(yùn)行壽命。隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC已經(jīng)逐步在暖通空調(diào)領(lǐng)域，特別在工藝性空調(diào)中得到廣泛的應(yīng)用，并且各PLC生產(chǎn)廠家推出適用于各類過程控制的智能專用模塊，但是，這些專用模塊價(jià)格昂貴，需使用專用編程設(shè)備，成本高，通用性差。 第二章 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2.1

29、、基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和內(nèi)容如下： 1.控制要求 設(shè)計(jì)一個(gè)中央空調(diào)水系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)，并在實(shí)訓(xùn)室完成模擬調(diào)試。其控制要求如下： （1）循環(huán)水系統(tǒng)配有冷卻水泵兩臺M1和M2，冷凍水泵兩臺M3和M4，均為一用一備，冷卻水泵和冷凍水泵的控制過程相似。 （2）正常情況下，系統(tǒng)運(yùn)行在變頻節(jié)能狀態(tài)，其上限運(yùn)行頻率為50Hz，下限運(yùn)行頻為30Hz，當(dāng)節(jié)能系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以進(jìn)行手動(dòng)工頻運(yùn)行。 （3）在變頻節(jié)能狀態(tài)下可以自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率，也可以手動(dòng)調(diào)節(jié)頻率，每次的調(diào)節(jié)量為0.5Hz。 （4）自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率時(shí)，采用溫差控制，兩臺水泵可以進(jìn)行手動(dòng)輪換。 （5）上述的所有操作都

30、通過觸摸屏來進(jìn)行。 2.控制系統(tǒng)的I / O分配及系統(tǒng)接線 根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求，確定I／O分配，模擬量處理模塊采用FX2N-4AD-PT 特殊功能模塊、FX2N-2DA模塊。根據(jù)控制要求及I／O分配，畫出控制系統(tǒng)接線圖。 3.觸摸屏畫面制作 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，制作觸摸屏畫面。 4.程序的編制 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，編制程序。 5.變頻器參數(shù)設(shè)置 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，設(shè)置變頻器參數(shù)。 6.系統(tǒng)調(diào)試 （1）根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求，畫出控制系統(tǒng)接線圖。 （2）設(shè)定參數(shù)，按上述變頻器的設(shè)定參數(shù)值設(shè)置變頻器的參數(shù)。 （3）輸入程序，將設(shè)計(jì)的程序正確輸入PLC中。 （4）觸摸屏

31、與PLC的通信調(diào)試，將制作好的觸摸屏畫面?zhèn)魉徒o觸摸屏，并將觸摸屏與PLC連接好，通過操作觸摸屏上的觸摸鍵，觀察觸摸屏指示和PLC輸出指示燈的變化是否按要求指示，否則，檢查并修改觸摸屏畫面或PLC程序，直至指示正確。 （5）手動(dòng)調(diào)速的調(diào)試，將PLC、變頻器、FX2N-4AD-PT、FX2N -2DA連接。調(diào)節(jié)FX2N-2DA的零點(diǎn)和增益，通過觸摸屏手動(dòng)操作，觀察變頻器的輸出頻率。 （6）自動(dòng)調(diào)速的調(diào)試，在手動(dòng)調(diào)速成功的基礎(chǔ)上，將兩個(gè)溫度傳感器放入溫度不同的水中，通過變頻器的操作面板觀察變頻器的輸出是否符合要求，否則，修正進(jìn)水、出水的溫度值，使出進(jìn)水溫差與變頻器輸出的頻率相符。 （7）空載調(diào)

32、試，連接好各種設(shè)備(不接電動(dòng)機(jī))，進(jìn)行PLC、變頻器、特殊功能模塊的空載調(diào)試。分別在手動(dòng)調(diào)速和自動(dòng)調(diào)速的情況下，通過變頻器的操作面板觀察變頻器的輸出是否符合要求，否則，檢查系統(tǒng)接線、變頻器參數(shù)、PLC程序，直至變頻器按要求運(yùn)行。 （8）系統(tǒng)調(diào)試，正確連接好全部設(shè)備，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，觀察電動(dòng)機(jī)能否按控制要求運(yùn)行，否則，檢查系統(tǒng)接線、變頻器參數(shù)、PLC程序，直至電動(dòng)機(jī)按控制要求運(yùn)行。 2.2、中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制依據(jù) 　　中央空調(diào)系統(tǒng)的外部熱交換兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)來完成。循環(huán)水系統(tǒng)的回水與進(jìn)（出）水溫度之差，反映了需要進(jìn)行熱交換的熱量。因此，根據(jù)回水與進(jìn)水（出）水溫度之差來控制循環(huán)水的流動(dòng)速

33、度，從而控制了進(jìn)行熱交換的速度，是比較合理的控制方法。 （1）冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制 　　 由于冷凍水的回水溫度是冷凍機(jī)組“冷凍”的結(jié)果，常常是比較穩(wěn)定的。因此，單是回水溫度的高低就足以反映房間內(nèi)的溫度。所以，冷凍泵的變頻調(diào)速系統(tǒng)，可以簡單地根據(jù)回水溫度進(jìn)行如下控制：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，以節(jié)約能源。簡言之，對于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，控制依據(jù)是回水溫度，即通過變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)水的恒溫度控制。 （2）冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制 　　 由于冷卻塔的水溫是隨環(huán)境溫度而變的其單

34、側(cè)水溫度不能準(zhǔn)確地反映冷凍機(jī)組內(nèi)產(chǎn)生熱量的多少。所以，對于冷卻泵，以進(jìn)水和回水間的溫差作為控制依據(jù)，宙實(shí)現(xiàn)進(jìn)水和回水的恒溫差控制是比較合理的。溫差大，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，應(yīng)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，以節(jié)約能源。 2.3、中央空調(diào)使用PlC、變頻器的總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)圖如下 1. 總體控制原理 在圖2 中.PLC 是采用三菱公司生產(chǎn)的型號為FX2N-48M的PLC. 變頻器也采用三菱公司生產(chǎn)的型號為FR-A540 的變頻器。 圖2 PCL 變頻器控制總體設(shè)計(jì)方案圖 整

35、個(gè)系統(tǒng)是以PLC 作為控制的核心，由PLC 控制冷凍水泵、冷卻水泵的啟停，再由冷凍水泵、冷卻水泵的接觸器向制冷機(jī)發(fā)出聯(lián)鎖信號控制整個(gè)系統(tǒng)的開啟、停止;控制冷凍水泵的制冷、制熱模式的切換;處理溫差的反饋控制;控制冷卻塔的開啟個(gè)數(shù):控制冷卻水、冷凍水變頻器加減速等等。 在系統(tǒng)運(yùn)行前，需進(jìn)行變頻器最小工作頻率的設(shè)定。該方案在保證最末端設(shè)備冷凍水、冷卻水流量供給的情況下，確定一個(gè)冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率如(30Hz). 將其設(shè)定為工作下限頻率并鎖定，此時(shí)相對應(yīng)的冷凍水、冷卻水的溫差在1 ℃-3 ℃之間的某一理想的基值。變頻器的頻率調(diào)節(jié)是通過安裝在冷凍水系統(tǒng)主管、冷卻水系統(tǒng)主管上的溫度傳感器檢測

36、出水、進(jìn)水溫度，再經(jīng)由溫差控制器、溫度A\D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字開關(guān)信號反饋到PLC. 由PLC 來控制變頻器的頻率增減，從而控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，達(dá)到節(jié)能的目的。 2. 冷凍水泵控制原理（冷卻泵控制原理相同） 控制原理說明如下: 通過溫度傳感器，將冷凍機(jī)的回水溫度和出水溫度送入溫差控制模塊，并計(jì)算出溫差值，然后通過溫度A\D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A\D 模數(shù)轉(zhuǎn)換成控制信號傳送到PLC ，由PLC 來控制變頻器的輸出頻率，從而控制冷凍泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)出水的流量，控制熱交換的速度。溫差大，說明室內(nèi)溫度高，系統(tǒng)負(fù)荷大，應(yīng)提高冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度和流量，加快熱交換的速度;反之溫差小，則說明室內(nèi)

37、溫度低，系統(tǒng)負(fù)荷小，可降低冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度和流量，減緩熱交換的速度以節(jié)約電能。制冷模式下冷凍水泵系統(tǒng)冷凍回水溫度大于設(shè)定溫度時(shí)頻率應(yīng)上調(diào)，當(dāng)溫度傳感檢測到的冷凍水回水溫越高，變頻器的輸出頻率越低。 3. 變頻器變頻調(diào)速 如果冷凍水的回水和出水溫差大，說明室內(nèi)溫度高、系統(tǒng)負(fù)荷大，應(yīng)提高冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度和流量， 加快熱交換的速度；反之若溫差小，則說明室內(nèi)溫度低、系統(tǒng)負(fù)荷小，可降低冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，以節(jié)約能源。冷卻水的進(jìn)水出水溫差大，說明冷水機(jī)組負(fù)荷大，需冷卻水帶走的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，加大冷卻水的循環(huán)量；溫差小，則說明冷水機(jī)組負(fù)荷小，可降低冷卻泵

38、的轉(zhuǎn)速，以節(jié)約能源。通過安裝在冷凍水系統(tǒng)主管、冷卻水系統(tǒng)主管上的溫度變送器將出水、進(jìn)水溫度轉(zhuǎn)換成4～20mA 信號，再經(jīng)A／D 轉(zhuǎn)換模塊FX2n－4AD 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號反饋到PLC，由PLC 定時(shí)采集溫度值， 計(jì)算出冷凍水、冷卻水實(shí)際溫差值，與給定溫差值比較并進(jìn)行PID 運(yùn)算， 運(yùn)算結(jié)果經(jīng)過D／A 轉(zhuǎn)換模塊FX2n－2DA 轉(zhuǎn)換后輸入到變頻器的外部模擬量信號控制端，控制變頻器的輸出頻率， 從而控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)冷卻泵進(jìn)出水和冷凍泵供回水的恒溫差控制，達(dá)到節(jié)能的目的。當(dāng)冷凍水泵、冷卻水泵需要在工頻下運(yùn)行時(shí)， PLC 可自動(dòng)切換至工頻運(yùn)行接觸器組。 2.4、PLC，變頻器的I/O分配及系統(tǒng)

39、外部接線 設(shè)計(jì)心得 隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和

40、綜合素質(zhì)。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 我的心得也就這么多了，總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時(shí)候才是真的學(xué)會了。 在此要感謝我的指導(dǎo)老師韓琳對我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)

41、和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。 參考文獻(xiàn) 單片機(jī)實(shí)用技術(shù)………………………崔華 蔡炎光 主編 清華大學(xué)出版社 單片機(jī)通信技術(shù)與工

42、程實(shí)踐……求是科技 編著 人民郵電出版社 51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例…..戴佳、 苗龍、 陳斌 編著 中國電力出版社 單片機(jī)原理及應(yīng)用………………. 曹 薇 謝云敏 主編 中國水利水電出版社 無線電元器件精匯………………《無線電》編輯部 編著 人民郵電出版社 單片機(jī)接口技術(shù)與應(yīng)用……….……朱善君 孫新壓 吉吟東 編

43、著 清華大學(xué)出版社 元器件自學(xué)通………………………………….龔華生 等編著 電子工業(yè)出版社 元器件及實(shí)用電路……………………胡斌 編著 電子工業(yè)出版社 電子電路及電子器件………………..郭培源 主編 高等教育出版社 Visual Basic程序設(shè)計(jì)簡明教程………龔沛曾 陸慰民 楊志強(qiáng)編著 高等教育出版社 電子技術(shù)…………………………………………………付植桐 主編 高等教育出版社 附 錄 附錄一 元器件清單： 附錄二 系統(tǒng)硬件原理圖 附錄三 系統(tǒng)硬件PCB圖 附錄四 硬件實(shí)物圖 附錄五 游戲界面圖