(完整版)可編程控制器課程設計

1、 可編程控制器課程設計中央空調(diào)的設計一、前言我國是一個人均能源相對貧乏的國家，人均能源占有量不足世界水平的一半，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國已成為世界第二耗能大國，但能源使用效率普通偏低,造成電能浪費現(xiàn)象十分嚴重。盡管我國電網(wǎng)總裝機容量和發(fā)電量快速擴容，但仍趕不上用電量增加的速度，供電形勢嚴峻,節(jié)能節(jié)電已迫在眉睫。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施之一，電能的消耗非常大，約占建筑物總電能消耗的50%。由于中央空調(diào)系統(tǒng)都是按最大負載并增加一定余量設計，而實際上在一年中，滿負載下運行最多只有十多天，甚至十多個小時，幾乎絕大部分時間負載都在70%以下運行。通常中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍主機的負荷

2、能隨季節(jié)氣溫變化自動調(diào)節(jié)負載，而與冷凍主機相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動調(diào)節(jié)負載，幾乎長期在100%負載下運行，造成了能量的極大浪費，也惡化了中央空調(diào)的運行環(huán)境和運行質(zhì)量。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結(jié)合，構(gòu)成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，達到節(jié)能目的提供了可靠的技術(shù)條件。二、問題的提出1、原系統(tǒng)簡介中央空調(diào)系統(tǒng)改造前的主要設備和控制方式：450冷噸冷氣主機2臺，型號為特靈二極式離心機，兩臺并聯(lián)運行；冷凍水泵和冷卻水泵各有3臺，型號均為TS-200-150315，揚程32米，配用功率37KW。均采用兩用一備的方式運

3、行。冷卻塔3臺，風扇電機7.5KW，并聯(lián)運行。2、原系統(tǒng)的運行及存在問題由于中央空調(diào)系統(tǒng)設計時必須按天氣最熱、負荷最大時設計，且留有10%-20%左右的設計余量。其中冷凍主機可以根據(jù)負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應的調(diào)節(jié)。這樣，冷凍水、冷卻水系統(tǒng)幾乎長期在大流量、小溫差的狀態(tài)下運行，造成了能量的極大浪費。而且冷凍、冷卻水泵采用的均是Y起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的34倍，在如此大的電流沖擊下，接觸器的使用壽命大大下降；同時，啟動時的機械沖擊和停泵時的水錘現(xiàn)象，容易對機械器件、軸承、閥門和管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備件費用。另外,由于冷凍泵軸

4、輸送的冷量不能跟隨系統(tǒng)實際負荷的變化，其熱力工況的平衡只能由人工調(diào)整冷凍主機出水溫度，以及大流量小溫差來掩蓋。這樣，不僅浪費能量，也惡化了系統(tǒng)的運行環(huán)境、運行質(zhì)量。特別是在環(huán)境溫度偏低、某些末端設備溫控稍有失靈或靈敏度不高時，將會導致大面積空調(diào)室溫偏冷，感覺不適，嚴重干擾中央空調(diào)系統(tǒng)的運行質(zhì)量。因為空調(diào)偏冷的問題經(jīng)常遇到各種想不到的問題造成不少人力資源的浪費。本人提出：“利用變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等構(gòu)成的溫差閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)。對冷凍、冷卻水泵進行改造，以節(jié)約電能。”三、節(jié)能改造的可行性分析改造方案主要有：方案一是通過關(guān)小水閥門來控制流量，經(jīng)測試達不到節(jié)能效果。且控制

5、不好會引起冷凍水未端壓力偏低，造成高層用戶溫度過高，也常引起冷卻水流量偏小，造成冷卻水散熱不夠，溫度偏高；方案二是根據(jù)制冷主機負載較輕時實行間歇停機，但再次起動主機時，主機負荷較大，實際上并不省電，且易造成空調(diào)時冷時熱，令人產(chǎn)生不適感；方案三是采用變頻器調(diào)速，由人工根據(jù)負荷輕重調(diào)整變頻器的頻率，這種方法人為因素較大，雖然投資較小，但達不到最大節(jié)能效果；方案四是通過變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度模塊和溫度傳感器等構(gòu)成溫差閉環(huán)自動控制，根據(jù)負載輕重自動調(diào)整水泵的運行頻率，排除了人為操作錯誤的因素。雖然一次投入成本較高，但這種方法在社會上已經(jīng)被廣泛應用，已經(jīng)證實是切實可行的高效節(jié)能方法。最后決定

6、采用方案四冷凍、冷卻泵進行節(jié)能改造。以下是分析過程：1、中央空調(diào)系統(tǒng)簡介團例說明=t溫度計v壓力表”宦:”水泵手柄式蛭閥中央空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中央空調(diào)系統(tǒng)的工作過程是一個不斷進行能量轉(zhuǎn)換以及熱交換的過程。其理想運行狀態(tài)是：在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中，在冷凍泵的作用下冷凍水流經(jīng)冷凍主機，在蒸發(fā)器進行熱交換，被吸熱降溫后（7C）被送到終端盤管風機或空調(diào)風機，經(jīng)表冷器吸收空調(diào)室內(nèi)空氣的熱量升溫后（12。0，再由冷凍泵送到主機蒸發(fā)器形成閉合循環(huán)。在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中，在冷卻泵的作用下冷卻水流經(jīng)冷凍機，在冷凝器吸熱升溫后（37。C）被送到冷卻塔，經(jīng)風扇散熱后（32。C）再由冷卻泵送到主機，形成循環(huán)。在這個過程里，冷凍

7、水、冷卻水作為能量傳遞的載體，在冷凍泵、冷卻泵得到動能不停地循環(huán)在各自的管道系統(tǒng)里，不斷地將室內(nèi)的熱量經(jīng)冷凍機的作用，由冷卻塔排出。如圖一所/示O在中央空調(diào)系統(tǒng)設計中，冷凍泵、冷卻泵的裝機容量是取系統(tǒng)最大負荷再增加10%20%余量作為設計安全系數(shù)。據(jù)統(tǒng)計，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%24%，而在冷凍主機低負荷運行時，冷卻水、冷凍水循環(huán)用電就達30%40%。因此，實施對冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的能量自動控制是中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造及自動控制的重要組成部分。四、控制設計的具體方案1、主電路的控制設計根據(jù)具體情況，同時考慮到成本控制，原有的電器設備盡可能的利用。冷凍

8、水泵及冷卻水泵均采用兩用一備的方式運行，因備用泵轉(zhuǎn)換時間與空調(diào)主機轉(zhuǎn)換時間一致，均為一個月轉(zhuǎn)換一次，切換頻率不高，決定將冷凍水泵和冷卻水泵電機的主備切換控制利用原有電器設備，通過接觸器、啟停按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)進行電氣和機械互鎖。確保每臺水泵只能由一臺變頻器拖動，避免兩臺變頻器同時拖動同一臺水泵造成交流短路事故；并且每臺變頻器任何時間只能拖動一臺水泵，以免一臺變頻器同時拖動兩臺水泵而過載。2變頻器的控制方式變頻器的啟停及頻率自動調(diào)節(jié)由PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器、溫度模塊進行溫差閉環(huán)控制，手動/自動切換和手動頻率上升、下降由PLC控制。3、主要設備選型考慮到設備的運行穩(wěn)定性及性價比，以及水泵電機

9、的匹配。選用三菱FR-F540-37K-CH變頻器；PLC所需I/O點數(shù)為：輸入24點、輸出14點，考慮到輸入輸出需留一定的備用量，以及系統(tǒng)的可靠性和價格因素，選用FX2N-64MR三菱PLC；溫度傳感器模塊FX2N-4AD-PT，該模塊是溫度傳感器專用的模擬量輸入A/D轉(zhuǎn)換模塊，有4路模擬信號輸入通道（CHI、CH2、CH3、CH4），接收冷凍水泵和冷卻水泵進出水溫度傳感器輸出的模擬量信號；溫度傳感器選用PT-1003850RPM/C電壓型溫度傳感器，其額定溫度輸入范圍-100C600C,電壓輸出010V，對應的模擬數(shù)字輸出-10006000；模擬量輸出模塊型號為FX2N-4DA，是4通道D

10、/A轉(zhuǎn)換模塊，每個通道可單獨設置電壓或電流輸出，是一種具有高精確度的輸出模塊。4、改造需要增加的設備：名稱數(shù)量型號PLC1FX2N-64MR變頻器4FR-F540-37K-CH溫度傳感器輸入模塊1FX2N-4AD-PT溫度傳感器4PT-1003850RPM/C模擬量輸出模塊1FX2N-4DA轉(zhuǎn)換開關(guān)2250V/5A啟動按鈕18250V/5A停止按鈕2250V/5A五、主要設備的特性簡介1、變頻器隨著微電子技術(shù)，電力電子技術(shù)，全數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的應用越來越廣泛。變頻器能均勻的改變電源的頻率，因而能平滑的改變交流電動機的轉(zhuǎn)速，由于兼有調(diào)頻調(diào)壓功能，所以在各種異步電動機調(diào)速系統(tǒng)中效率最高，

11、性能最好。變頻器分為間接變頻和直接變頻，變頻水泵采用間接變頻方式。間接變頻裝置的特點是將工頻交流電源通過整流器變成直流，再經(jīng)過逆變器將直流變成頻率可控的交流電。變頻器以軟啟動取代YA降壓啟動，降低了啟動電流對供電設備的沖擊，減少了振動及噪音。2、PLCPLC是一種以微處理器為核心，綜合了計算機技術(shù)，半導體存儲技術(shù)和自動控制技術(shù)的新型工業(yè)控制器。PLC與傳統(tǒng)的繼電器控制比較，有以下特點：（1）通用性好，接線簡單，通過選配相應的模塊，可適應用于各控制系統(tǒng)。（2）功能強，可以通過編程實現(xiàn)任意復雜的控制功能。除邏輯控制功能外，還具有模擬量控制，順序控制，位置控制，高速計數(shù)以及網(wǎng)絡通信等功能。（3）可靠

12、性高，無機械觸點，消除了電弧損害，接觸不良等，使用壽命長。（4）定時準確，定時范圍寬。（5）體積小，耗電小。（6）編程和接線可同步進行，擴展靈活，維修方便。六、三菱FR-F540-37K-CH變頻器主要參數(shù)的設定Pr.160:0允許所有參數(shù)的讀/寫Pr.1:50.00變頻器的上限頻率為50HzPr.2:30.00變頻器的下限頻率為30HzPr.7:30.0變頻器的加速時間為30SPr.8:30.0變頻器的減速時間為30SPr.9:65.00變頻器的電子熱保護為65APr.52:14變頻器DU面板的第三監(jiān)視功能為變頻器的輸出功率Pr.60:4智能模式選擇為節(jié)能模塊Pr.73:0設定端子25間的頻

13、率設定為電壓信號010VPr.79:2變頻器的操作模式為外部運行七、三菱PLC控制器FX2N-64MR與三菱FR-F540-37K-CH變頻器的接線以及UO分配1、I/O分配：X0:1#冷卻泵報警信號X1:1#冷卻泵運行信號X2:2#冷卻泵報警信號X3:2#冷卻泵運行信號X4:1#冷凍泵報警信號X5:1#冷凍泵運行信號X6:2#冷凍泵報警信號X7:2#冷凍泵運行信號X10:冷卻泵報警復位X11:冷凍泵報警復位X12:冷卻泵手/自動調(diào)速切換X13:冷凍泵手/自動調(diào)速切換X14:冷卻泵手動頻率上升X15:冷卻泵手動頻率卜降X16:冷凍泵手動頻率上升X17:冷凍泵手動頻率卜降X20:1#冷卻泵啟動信

14、號X21:1#冷卻泵停止信號X22:2#冷卻泵啟動信號X23:2#冷卻泵停止信號X24:1#冷凍泵啟動信號X25:1#冷凍泵停止信號X26:2#冷凍泵啟動信號X27:2#冷凍泵停止信號Y2:冷卻泵自動調(diào)速信號Y3:冷凍泵自動調(diào)速信號Y4:1#冷卻泵報警信號Y5:2#冷卻泵報警信號Y6:1#冷凍泵報警信號Y7:2#冷凍泵報警信號Y10:1#冷卻泵啟動Y11:1#冷卻泵變頻器報警復位Y12:2#冷卻泵啟動Y13:2#冷卻泵變頻器報警復位Y14:1#冷凍泵啟動Y15:1#冷凍泵變頻器報警復位Y16:2#冷凍泵啟動Y17:2#冷凍泵變頻器報警復位2、接線圖：昇貝-壽黑-8寸口T-IT-J?L1r111

15、r1:寸sgArjiA=t11i1i1_，-?-JLI詔詔詔D+匕n=-+也n=-+匚n=-H0：-H繭UUFX2N-4EAPLC與變頻器接線圖八、三菱FX2N64MRPLC主要部分程序分析1、冷凍水出回水和冷卻水進出水的溫度檢測及溫差計算程序4t適悄啊悴蚩妝OOifcTOKOKIKI00*域腳卜邊誼晦畧.負于均鍛FKHMKOK!.P10TOC o 1-5 h zADIt1)1I-K1APTF1)1I191103MBOOO吃甜隸褪甜般戕冇解竝務M0DOO2、FX2N-4DA4通道的D/A轉(zhuǎn)換模塊程序分析咤購斗和/利鞫沖蛙軸TOKIKOHOK1卜toKIKID1WQK-M胛DECC皿Q1卜UOV

16、DUC2D1W3卜D/A轉(zhuǎn)換模塊的數(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,對應的電壓輸出為-10V+10V,變頻器輸入模擬電壓為0+10V,對應30Hz50Hz的數(shù)字量為+1200+2000，為保證2臺冷卻泵之間的變頻器運行頻率的同步一致，使用了LDM8000MOVD1100D1101；2臺冷凍泵也使用了LDM8000MOVD1102D1103的指令。3、手動調(diào)速PLC程序分析)110如4貯一II卜-awDIIOCK20Dlioo-疋胡喇禪桶(SUBD1100K20Dll&o-*胡頫佛

17、孵旳OHss-MOVKlD01100-*曲璟上取卿端QH石、-MOVKSOOODU00-X14為冷卻泵手動頻率上升，X15為冷卻泵手動頻率下降，每次頻率調(diào)整0.5Hz，所有手動頻率的上限50Hz，下限30Hz。*芋諒丿ti珅如抹I期士1|_4、手動調(diào)速和自動調(diào)速的切換程序JJO)-MH”X12為冷卻泵手/自動調(diào)速切換開關(guān)；X13為冷凍泵手/自動調(diào)速切換開關(guān);5、溫差自動調(diào)速程序K盤w-ADDD1100K?0DllOO-Ml?-牧賤TfE貓籾應Dll00K1200MOVK1200DllOO牧熊上桝寧齡0血D110G1MOVK2000DllOO溫差采樣周期，因溫度變化緩慢，時間定為5秒能滿足實際需

18、要；當溫差小于4.8C時，變頻器運行頻率下降，每次調(diào)整0.5Hz；當溫差大于5.2C時，變頻器運行頻率上升，每次調(diào)整0.5Hz；當冷卻進出水溫差在4.85.2C時不調(diào)整變頻器的運行頻率。從而保證冷卻泵進出水的溫差恒定，實現(xiàn)節(jié)能運行。6、冷凍泵和冷卻泵的變頻器運行和停止控制2臺變頻器驅(qū)動的冷卻泵和2臺變頻器驅(qū)動的冷凍泵的起?？刂朴煤唵芜壿嬳樞虻目刂疲琍LC程序此處略。7、變頻器的保護和故障復位控制變頻器的過電流電子熱保護動作時PLC能自動檢測，給出報警信號，提醒值班人員及時處理，以下為變頻器故障后的復位PLC程序：317YG13yY017y8、PLC梯形圖和程序設計、梯形圖1DM6QOOIWfl

19、flOP曲_-II*D1WD-HH1,D1他-丸鳴即陛-乂琨刨側(cè)-HH4IMSOOO應HI陀咅甘耳衆(zhòng)杷命專扌麻i込b廉豐網(wǎng)出一就mscoo略一-IIKJKDKIK1UOK4-FROMKOK5DIOK4-吃跚嗚劉于、DDDIOKIDIO-ADDDJJK7Dll-ADDD吃KODIS-ADDD13KJ1D13-*TOKIKOHOKI-15111-iifM)K?nonJMJjxa-16if111X(H7111-MltKKliXiUJ-:-T1IO2K2000TOC o 1-5 h z:別矗體字t4APDDll師K?0DIIW-IJji:.肌川m1noINIjowQJl琛下取媒療找WHn7NOVK12

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22、K1174MOVK2000D110272LDM8000179LDX01273TOK1K1D1100180OUTM10K4181LDX01382LDM8000182OUTM1183MOVD1100D1101183LDIT188MOVD1102D1103184OUTT0K2593LDIM10187LDT094MPS188OUTT1K2595ANDFX014191LDM1097ADDD1100K20D1192ANDFT0100194MPS104MRD195ANDD20K52105ANDFX015200ANIM12107SUBD1100K20D1201ADDD1100K20D1001100114MRD

23、208MRD115AND=D1100K209AND=D1100K222MPP2000223AND=D20K4131MOVK2000D11008136LDIM11228AND=D20K52137MPS233OUTM12138ANDFX016234LDD1100K2000335LDX022249MOVK2000D1100336SETY012254LDM11337LDX023255ANDPT0338RSTY012257MPS339LDX024258ANDD21K52340SETY014263ANIM13341LDX025264ADDD1102K20D342RSTY0141102343LDX026271MRD344SETY016272AND=D21K40000008354LDX003291AND=D21K52355ANDM8014296OUTM13356OUTC221K50000000297LDD1102K2000363OUTC222K50000000312MOVK2000D1102368LDX007317LDX010369ANDM8014318MPS370OUTC223K50000000319AN