課程設(shè)計(jì)論文-基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于plc的中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)班級(jí)：智能0801 姓名： 指導(dǎo)老師： 摘要此次空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要基于北京亞控科技產(chǎn)品組態(tài)王6.53和工業(yè)控制機(jī)plc。組態(tài)王作為上位機(jī)人機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示被監(jiān)控空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行情況并通過(guò)對(duì)下位機(jī)plc的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)控空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，plc作為下位機(jī)，是空調(diào)系統(tǒng)的控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)上位機(jī)命令的理解執(zhí)行并對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況轉(zhuǎn)換后反饋給組態(tài)王。空調(diào)系統(tǒng)主要包括風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)。空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)控空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)、進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)溫度和濕度，通過(guò)與設(shè)定室內(nèi)溫度和濕度對(duì)比，進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂扑惴ǎ{(diào)節(jié)冷熱水閥門、風(fēng)機(jī)風(fēng)門開(kāi)度等改變冷熱水流量、新回風(fēng)比例，達(dá)到使室內(nèi)溫度、濕度

2、與預(yù)設(shè)值一致的空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)目的并降低能耗。此次空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，只要包括水系統(tǒng)設(shè)備組設(shè)備啟動(dòng)、停止控制，在組態(tài)王上實(shí)時(shí)顯示空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)、進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)溫濕度。關(guān)鍵詞 組態(tài)王，plc，空調(diào)系統(tǒng)目錄1.緒論22.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理22.1.空調(diào)系統(tǒng)原理22.1.1空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)監(jiān)控原理22.1.2制冷系統(tǒng)監(jiān)控原理32.1.3供熱系統(tǒng)原理42.2 plc工作原理42.2.1系統(tǒng)i/o點(diǎn)數(shù)確定42.2.2plc程序52.3組態(tài)王工作原理102.3.1組態(tài)王與plc連接112.3.2變量定義122.3.3構(gòu)建組態(tài)畫面142.3.4用戶權(quán)限設(shè)置153.設(shè)計(jì)成果153.1冷水機(jī)組啟停163.1.1啟動(dòng)時(shí)163.1.2停

3、止時(shí)163.2風(fēng)系統(tǒng)啟停163.2.1啟動(dòng)時(shí)163.2.2停止時(shí)163.3組態(tài)畫面監(jiān)控顯示164總結(jié)185參考文獻(xiàn)191.緒論隨著生活水平的提高，人們對(duì)物質(zhì)生活的要求也逐漸提高，空調(diào)系統(tǒng)在建筑家具中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。本著節(jié)能降耗的要求，對(duì)空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的需求也越來(lái)越大。北京亞控科技產(chǎn)品組態(tài)王軟件和plc（programmable logic controller）作為工業(yè)控制領(lǐng)域的優(yōu)秀控制軟件和控制器，在非工業(yè)領(lǐng)域如空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)等中也起著重要作用。本次空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)就是采用組態(tài)王作為上位機(jī)監(jiān)控軟件和人機(jī)交互界面，plc作為下位機(jī)和空調(diào)系統(tǒng)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理空調(diào)監(jiān)控

4、系統(tǒng)主要利用plc的控制功能，通過(guò)執(zhí)行裝載在plc內(nèi)部的預(yù)先設(shè)定的控制程序并執(zhí)行上位機(jī)實(shí)時(shí)的命令語(yǔ)句，調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)中的閥門開(kāi)度、控制水泵啟停、監(jiān)控并采集空調(diào)系統(tǒng)中溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、水流開(kāi)關(guān)等現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為組態(tài)王可用的數(shù)據(jù)格式傳送給組態(tài)王軟件。組態(tài)王接收plc采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)的在組態(tài)畫面中動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示，此外，組態(tài)王可接收組態(tài)畫面中的有操作人員輸入的命令并下傳給下位機(jī)plc，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制。2.1.空調(diào)系統(tǒng)原理空調(diào)系統(tǒng)主要就是調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣的冷、熱、干、濕，并起凈化空氣的作用，使人們工作、生活在比較舒適的環(huán)境中?？照{(diào)系統(tǒng)主要由三部分組成：空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、制冷

5、系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)。2.1.1空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)監(jiān)控原理a. 新風(fēng)機(jī)組監(jiān)控原理新風(fēng)機(jī)組主要靠包括進(jìn)口擋板、加熱器、表冷器、過(guò)濾器、加濕器、送風(fēng)機(jī)及各種傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。使得在夏季通過(guò)表冷器濕新風(fēng)降溫、除濕，冬季通過(guò)加熱器、加濕器使空氣加熱、加濕。新風(fēng)機(jī)組監(jiān)控的主要內(nèi)容如下：（1） 監(jiān)控送風(fēng)溫度。由送風(fēng)通道的溫度傳感器實(shí)測(cè)送風(fēng)溫度，信號(hào)送入控制器，與送風(fēng)溫度設(shè)定值進(jìn)行比較，采取控制算法生成控制指令調(diào)節(jié)冷、熱水供水閥門開(kāi)度，用以調(diào)節(jié)熱水（或冷水）流量，是送風(fēng)溫度控制在設(shè)定值范圍內(nèi)，保持室內(nèi)溫度恒定。（2） 送風(fēng)濕度控制。由送風(fēng)通道的濕度傳感器檢測(cè)濕度信息送入處理器經(jīng)運(yùn)算后控制冷水閥或蒸汽閥開(kāi)度，使被調(diào)環(huán)境

6、的濕度保持恒定。（3） 過(guò)濾器堵塞監(jiān)控與報(bào)警。有過(guò)濾網(wǎng)兩側(cè)的空氣壓差開(kāi)關(guān)監(jiān)視過(guò)濾網(wǎng)的清潔度，當(dāng)兩端壓差超過(guò)設(shè)定值，說(shuō)明過(guò)濾網(wǎng)堵塞，需及時(shí)清理或更換，系統(tǒng)報(bào)警。（4） 機(jī)組起?？刂啤０搭A(yù)設(shè)程序定時(shí)啟動(dòng)、停止風(fēng)機(jī)，使風(fēng)機(jī)工作效率高，能耗最小。（5） 連鎖保護(hù)控制。送風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，新風(fēng)機(jī)電動(dòng)風(fēng)門打開(kāi)；送風(fēng)機(jī)停止后，新風(fēng)電動(dòng)封門關(guān)閉等。b.空調(diào)機(jī)組全新風(fēng)/排風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)原理為了節(jié)約能源，凈化室內(nèi)空氣并與消防系統(tǒng)聯(lián)合排煙，空調(diào)機(jī)組全新風(fēng)/排風(fēng)系統(tǒng)增加了回風(fēng)系統(tǒng)和排風(fēng)系統(tǒng)，其監(jiān)控功能如下：(1) 回風(fēng)溫度、濕度監(jiān)控?；仫L(fēng)通道溫度傳感器和濕度傳感器檢測(cè)回風(fēng)溫濕度送入控制器執(zhí)行相應(yīng)算法后生成控制指令調(diào)節(jié)冷熱水流量

7、，是室內(nèi)溫度保持恒定。(2) 監(jiān)控新風(fēng)/回風(fēng)比例。監(jiān)控新風(fēng)溫度和濕度及回風(fēng)溫度和濕度，按預(yù)先設(shè)定新風(fēng)/回風(fēng)比控制新風(fēng)、回風(fēng)風(fēng)門開(kāi)度。其余部分原理與新風(fēng)機(jī)組相同。2.1.2制冷系統(tǒng)監(jiān)控原理制冷機(jī)組由冷凝器、壓縮機(jī)、膨脹閥、蒸發(fā)器等裝置組成。壓縮機(jī)將制冷劑壓縮后送入冷凝器中，冷凝劑被冷卻水冷卻后變成液體，而釋放的熱量被冷卻水帶走，在冷卻塔中由冷卻風(fēng)機(jī)將熱量散發(fā)出去。液體制冷劑由冷凝器進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，是冷凍水降溫，供制冷源送空調(diào)使用。冷卻塔冷水機(jī)組壓縮機(jī)冷凝器壓縮機(jī)蒸發(fā)器冷水回水冷水供水圖一 壓縮式制冷原理圖制冷系統(tǒng)監(jiān)控的主要內(nèi)容有：（1） 制冷機(jī)組的檢測(cè)與控制（2） 冷卻水系統(tǒng)的檢測(cè)與

8、控制（3） 冷凍水系統(tǒng)的檢測(cè)與控制（4） 冷水機(jī)組的連鎖控制。制冷設(shè)備啟停是按預(yù)先設(shè)置的程序?qū)崿F(xiàn)的。即首先冷卻水、冷凍水系統(tǒng)先工作，冷水機(jī)組才啟動(dòng)。啟動(dòng)順序：冷卻塔風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥冷卻水電動(dòng)閥冷卻水泵冷凍水電動(dòng)閥冷凍水泵冷水機(jī)組。停止順序：冷水機(jī)組冷凍水泵冷凍水電動(dòng)閥冷卻水泵冷卻電動(dòng)閥冷卻塔風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥。2.1.3供熱系統(tǒng)原理供熱系統(tǒng)主要包括熱水鍋爐房、換熱站及供熱網(wǎng)。供熱鍋爐房的監(jiān)控對(duì)象可分為燃燒系統(tǒng)和水系統(tǒng)兩部分。由中央監(jiān)控站根據(jù)實(shí)際供熱狀況控制鍋爐及循環(huán)泵的開(kāi)啟臺(tái)數(shù)。2.2 plc工作原理此次空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子s7-200plc。2.2.1系統(tǒng)i/o點(diǎn)數(shù)確定此次空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)只涉及風(fēng)系統(tǒng)和

9、水系統(tǒng)，故i/o點(diǎn)只考慮風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)的制冷系統(tǒng)，不考慮供熱系統(tǒng)。具體數(shù)據(jù)如下表。表一 風(fēng)系統(tǒng)i/o點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表名稱i/o類型數(shù)量 （個(gè)）溫度傳感器ai4濕度傳感器ai4風(fēng)機(jī)啟?？刂莆籨o6風(fēng)機(jī)狀態(tài)反饋位di6閥門ao3開(kāi)關(guān)di2風(fēng)門開(kāi)度ao3表二 制冷系統(tǒng)i/o點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表名稱i/o類型數(shù)量（個(gè)）水泵啟?？刂芼o6水泵狀態(tài)反饋di6水流開(kāi)關(guān)di6閥門do22溫度傳感器ai4液位傳感器di1閥門狀態(tài)反饋di222.2.2plc程序a.冷水機(jī)組啟?？刂票砣?變量說(shuō)明表變量功能i1.0報(bào)警變量。1代表系統(tǒng)報(bào)警、0代表正常i1.1手動(dòng)、自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)，為1時(shí)為自動(dòng)，0代表手動(dòng)i0.0自動(dòng)模式下啟停開(kāi)關(guān)。1

10、代表啟動(dòng)、0代表停止i0.110.7手動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)q0.1q0.7冷水機(jī)組輸出b.風(fēng)系統(tǒng)啟停表四 變量說(shuō)明變量功能i1.0報(bào)警變量。1代表系統(tǒng)報(bào)警、0代表正常i1.1手動(dòng)、自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)，為1時(shí)為自動(dòng)，0代表手動(dòng)i0.0自動(dòng)模式下啟停開(kāi)關(guān)。1代表啟動(dòng)、0代表停止i2.1、i2.2風(fēng)門、風(fēng)機(jī)手動(dòng)啟動(dòng)、停止開(kāi)關(guān)q2.1、q2.2風(fēng)門、風(fēng)機(jī)輸出2.3組態(tài)王工作原理組態(tài)王與現(xiàn)場(chǎng)的i/o設(shè)備直接進(jìn)行通訊。如圖3所示 圖二 組態(tài)王與設(shè)備通信i/0設(shè)備的輸入提供現(xiàn)場(chǎng)的信息,例如產(chǎn)品的位置、機(jī)器的轉(zhuǎn)速、爐溫等等。i/o設(shè)備的輸出通常用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制,例如啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)、改變轉(zhuǎn)速、控制閥門和指示燈等等。有些i/o設(shè)備(

11、例如plc),其本身的程序完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制,程序根據(jù)輸入決定各輸出的值。輸入輸出的數(shù)值存放在i/o設(shè)備的寄存器中,寄存器通過(guò)其地址進(jìn)行引用。大多數(shù)i/o設(shè)備提供與其他設(shè)備或計(jì)算機(jī)進(jìn)行通一訊的通訊端口或數(shù)據(jù)通道,組態(tài)王通過(guò)這些通訊通道讀寫i/0設(shè)備的寄存器,采集到的數(shù)據(jù)可用于進(jìn)一步的監(jiān)控。不需要讀寫i/o設(shè)備的寄存器,組態(tài)王提供了一種數(shù)據(jù)定義方法,定義了i/o變量后,可直接使用變量名用于系統(tǒng)控制、操作顯示、趨勢(shì)分析、數(shù)據(jù)記錄和報(bào)警顯示。2.3.1組態(tài)王與plc連接將plc端口與pc機(jī)端口通過(guò)ppi通信線纜連接，在組態(tài)王設(shè)備定義里定義設(shè)備為plc西門子s7-200系列ppi。如下圖：圖三 組態(tài)王i

12、/o設(shè)備定義2.3.2變量定義分別定義設(shè)定溫度為內(nèi)存字符串，i/o變量為i/o離散、i/o整形、i/o字符串，如下圖：圖四 組態(tài)王變量定義2.3.3構(gòu)建組態(tài)畫面本次設(shè)計(jì)的空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括對(duì)風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)中制冷系統(tǒng)的監(jiān)控，故虛構(gòu)建的組態(tài)畫面由空調(diào)監(jiān)控主畫面、空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)水系統(tǒng)和報(bào)警窗口組成。各組態(tài)畫面效果圖如下：圖五 空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)主畫面圖六 空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)水系統(tǒng)圖七 報(bào)警窗口2.3.4用戶權(quán)限設(shè)置在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)里可以對(duì)工程進(jìn)行加密，打開(kāi)工程時(shí)只有輸入密碼正確時(shí)才能進(jìn)入該工程的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。對(duì)畫面上的圖形對(duì)象設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限，同時(shí)給操作者分配訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)和安全區(qū)，運(yùn)行時(shí)當(dāng)操作者的優(yōu)先級(jí)小于對(duì)象的訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)或不

13、在對(duì)象的訪問(wèn)安全區(qū)內(nèi)時(shí)，該對(duì)象為不可訪問(wèn)。為保護(hù)系統(tǒng)安全，本系統(tǒng)設(shè)置了工程密碼和系統(tǒng)管理員用戶、登錄密碼，對(duì)重要參數(shù)設(shè)置了優(yōu)先級(jí)和安全區(qū)，保障系統(tǒng)運(yùn)行安全。3.設(shè)計(jì)成果此次設(shè)計(jì)以空調(diào)為監(jiān)控對(duì)象，實(shí)現(xiàn)了冷水機(jī)組自動(dòng)模式、手動(dòng)模式下的順序啟動(dòng)和停止，在系統(tǒng)報(bào)警后能自動(dòng)按順序停止運(yùn)行的各設(shè)備。組態(tài)畫面能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計(jì)目的并提供了友好的人機(jī)畫面。3.1冷水機(jī)組啟停3.1.1啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)模式：撥動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)至開(kāi)啟位置，冷卻塔風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，延時(shí)1s啟動(dòng)電動(dòng)閥，再延時(shí)1s啟動(dòng)冷卻水電動(dòng)閥直至啟動(dòng)冷水機(jī)組。手動(dòng)模式：按啟動(dòng)順序逐個(gè)啟動(dòng)設(shè)備。3.1.2停止時(shí)自動(dòng)模式：撥動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)至關(guān)閉位置，冷水機(jī)組停止后，延時(shí)1s停

14、止冷凍水泵，再延時(shí)1s停止冷凍水電動(dòng)閥直至停止冷卻塔風(fēng)機(jī)。手動(dòng)模式：按停止順序逐個(gè)停止設(shè)備。3.2風(fēng)系統(tǒng)啟停3.2.1啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)模式：撥動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)至開(kāi)啟位置，在冷水機(jī)組冷卻塔啟動(dòng)的同時(shí)，各通道風(fēng)門閥開(kāi)啟，延時(shí)1s后，與冷水機(jī)組的冷卻塔電動(dòng)閥一起啟動(dòng)各通道風(fēng)機(jī)。手動(dòng)模式：手動(dòng)啟動(dòng)各通道風(fēng)門閥后在啟動(dòng)各通道風(fēng)機(jī)。3.2.2停止時(shí)自動(dòng)模式：撥動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)至關(guān)閉位置，在冷水機(jī)組冷水機(jī)組停止的同時(shí)，各通道風(fēng)機(jī)停止，延時(shí)1s后，與冷水機(jī)組的冷凍水泵一起停止各通道風(fēng)門。3.3組態(tài)畫面監(jiān)控顯示由于沒(méi)有溫度傳感器、濕度傳感器，故各溫度、濕度顯示為“？”，如下圖：圖八 組態(tài)王組態(tài)畫面運(yùn)行情況4總結(jié)此次設(shè)計(jì)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，通過(guò)對(duì)組態(tài)王和plc兩大工業(yè)軟硬件的使用實(shí)現(xiàn)了空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控目的和基本監(jiān)控功能。對(duì)組態(tài)王和plc及plc編程軟件step7-microwin32有了較深的理解，熟悉了其基本功能和用法。對(duì)plc和上位機(jī)的連接也有了