基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)

1、第 頁(yè)共20頁(yè)第 頁(yè)共20頁(yè)I基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)1緒論中央空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)介中央空調(diào)概念：空氣調(diào)節(jié)（簡(jiǎn)稱空調(diào)），就是把經(jīng)過(guò)一定處理后的空氣，以一定的方式送入室內(nèi)，使室內(nèi)的溫度、相對(duì)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(tái)主機(jī)（或一套制冷系統(tǒng)或供風(fēng)系統(tǒng)）通過(guò)風(fēng)道送風(fēng)或冷熱水源帶動(dòng)多個(gè)末端的方式，來(lái)達(dá)到室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)的目的的空調(diào)系統(tǒng)。中央空調(diào)發(fā)展今天，我們的生活當(dāng)中已經(jīng)離不開(kāi)空調(diào)了，各種新型空調(diào)還在不斷涌現(xiàn)。空調(diào)從誕生發(fā)展到今天，從簡(jiǎn)單的空調(diào)扇到傳統(tǒng)的制冷空調(diào)，再到今天節(jié)能化、智能化的超空調(diào)時(shí)代，已經(jīng)走過(guò)了百余年的歷程。1902年

2、，美國(guó)人威利斯開(kāi)利設(shè)計(jì)了第一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)，1906年他以空氣處理裝置”為名申請(qǐng)了美國(guó)專利。開(kāi)利的發(fā)明緣于一個(gè)印刷作坊，印刷機(jī)由于空氣溫度與濕度的變化使得紙張伸縮不定，油彩對(duì)位不準(zhǔn)，印出來(lái)的東西模模糊糊。為此開(kāi)利打開(kāi)了空調(diào)機(jī)商業(yè)化之門。1922年開(kāi)利工程公司研制成功在空調(diào)史上具有里程碑地位的產(chǎn)品離心式空調(diào)機(jī)，簡(jiǎn)稱離心機(jī)。離心機(jī)最大的特點(diǎn)是效率高，這為大空間調(diào)節(jié)空氣打開(kāi)了大門。80年代初期，變頻空調(diào)技術(shù)在日本開(kāi)始運(yùn)用。1982年，日本生產(chǎn)了第一臺(tái)交流變頻空調(diào)。變頻空調(diào)是在普通空調(diào)的基礎(chǔ)上選用了變頻專用壓縮機(jī)，增加了變頻控制系統(tǒng)的空調(diào)。它的基本結(jié)構(gòu)和制冷原理和普通空調(diào)完全相同。傳統(tǒng)空調(diào)壓縮機(jī)依靠其不斷

3、地“開(kāi)、停”來(lái)調(diào)整室內(nèi)溫度，其一開(kāi)一停之間容易造成室溫忽冷忽熱，并消耗較多電能。變頻空調(diào)的主機(jī)是自動(dòng)進(jìn)行無(wú)級(jí)變速的，它可以根據(jù)房間情況自動(dòng)提供所需的冷（熱）量；當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到期望值后，空凋主機(jī)則以能夠準(zhǔn)確保持這一溫度的恒定速度運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)“不停機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)”，從而保證環(huán)境溫度的穩(wěn)定。變頻空調(diào)具有節(jié)能、噪音低、溫控精度高、調(diào)溫速度快、電壓要求低、環(huán)境溫度要求低等特點(diǎn)。1998年，變頻空調(diào)技術(shù)取得了重大突破，日本研制出了直流變頻技術(shù)，直流變頻空調(diào)性能比交流變頻空調(diào)更加優(yōu)異。從這以后，直流變頻空調(diào)迅速成為現(xiàn)代空調(diào)的主流，目前直流變頻空調(diào)已在日本和歐美家用空調(diào)市場(chǎng)占90%以上。在我國(guó)，繼海爾在1998年率先推

4、出國(guó)內(nèi)首臺(tái)直流變頻空調(diào)以后，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)變頻空調(diào)的廠家也迅速增加，中國(guó)變頻空調(diào)市場(chǎng)尤其是直流變頻空調(diào)市場(chǎng)開(kāi)始有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。空調(diào)控制系統(tǒng)國(guó)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(kāi)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(guó)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)大廈的出現(xiàn)，標(biāo)志著智能建筑時(shí)代的開(kāi)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(DirectDigitalControl)。作為控制系統(tǒng)中的主要單元控制器，目前國(guó)內(nèi)外主要采用

5、的是常規(guī)PLC的PID控制，因其控制簡(jiǎn)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。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(duì)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(guò)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(guò)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)。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)控制而言，在確保建筑內(nèi)舒適和安全

6、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。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)，從而使中央空調(diào)的各泵組和冷卻塔風(fēng)機(jī)的

7、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。綜上可知，智能控制是今后控制界發(fā)展的必然趨勢(shì)，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1.2.2我國(guó)中央空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)近年來(lái)，為了滿足各階層

8、消費(fèi)者的各種需要，國(guó)內(nèi)空調(diào)市場(chǎng)上還出現(xiàn)了多種新型空調(diào)：智能空調(diào)，采用人性智能設(shè)計(jì)，無(wú)需人手操作即可自動(dòng)開(kāi)關(guān)。智能空調(diào)還可根據(jù)光線強(qiáng)弱、人員多少、內(nèi)外溫差自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)，以達(dá)到最佳室溫。這種順應(yīng)趨勢(shì)發(fā)展的空調(diào)自然成為新的主流。展望將來(lái)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展必將為空調(diào)帶來(lái)一場(chǎng)全新的技術(shù)革命。傳統(tǒng)空調(diào)的概念將發(fā)生質(zhì)的改變，空調(diào)網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代的到來(lái)成為不可逆轉(zhuǎn)的潮流。一些新型空調(diào)產(chǎn)品開(kāi)始預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放。通過(guò)選配的網(wǎng)絡(luò)控制器可實(shí)現(xiàn)千里之外的網(wǎng)絡(luò)遙控。集中控制器可實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制128臺(tái)空調(diào)，為智能化小區(qū)物業(yè)管理提供便利。高技術(shù)、高附加值的特點(diǎn)把空調(diào)這種最初簡(jiǎn)單的舒適品推向了一個(gè)全新的概念，成為人們?cè)诠?/p>

9、作和生活中必不可少的人性化智能家電。在各類中央空調(diào)產(chǎn)品已經(jīng)趨勢(shì)成熟化的今天，中央空調(diào)性能和質(zhì)量的內(nèi)核化日益明顯，空調(diào)產(chǎn)品使用的高性能電機(jī)、壓縮機(jī)、控制器、磁控管閥、傳感器等關(guān)鍵部件越來(lái)越成為我國(guó)中央空調(diào)行業(yè)發(fā)展的壁壘和障礙，也使得國(guó)內(nèi)中央空調(diào)絕大多數(shù)產(chǎn)品很難在短時(shí)間內(nèi)趕上或超過(guò)國(guó)際先進(jìn)制造企業(yè)的生產(chǎn)水平。由于國(guó)內(nèi)空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)核心部件技術(shù)進(jìn)口的規(guī)模和范圍沒(méi)有降低，市場(chǎng)的補(bǔ)缺不足部分仍完全依賴進(jìn)口，造成進(jìn)口中央空調(diào)配套設(shè)備數(shù)量與金額逐年上升。這種狀況一方面將制約行業(yè)整體水平的提高，另一方面也造成中央空調(diào)行業(yè)部分資源的浪費(fèi)。因此，在今后中央空調(diào)行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的過(guò)程中，重主機(jī)、輕配套的局面將有所改善，

10、整個(gè)行業(yè)將呈現(xiàn)協(xié)調(diào)、持續(xù)、快速、健康發(fā)展的良好態(tài)勢(shì)。2中央空調(diào)的控制技術(shù)中央空調(diào)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介及特點(diǎn)中央空調(diào)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)介眾所周知，中央空調(diào)系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備的容量是由工程設(shè)計(jì)人員根據(jù)房間內(nèi)的可能出現(xiàn)的最大熱、濕負(fù)荷而選擇的，在空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行中，由于空調(diào)房間受到內(nèi)部和外部各種條件的干擾而使室內(nèi)的溫、濕負(fù)荷不斷地發(fā)生變化。自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)就要指揮自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的各有關(guān)執(zhí)行調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(如加熱器、加濕器、冷卻器、噴水室、風(fēng)機(jī)等設(shè)備上的有關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥、變頻調(diào)速器等)改變其相應(yīng)位置，從而使實(shí)際輸出量發(fā)生改變以適應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)的變化，滿足對(duì)被控參數(shù)的要求。中央空調(diào)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)靈活性本控制系統(tǒng)選用可利用公司的小型一

11、體化PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)空調(diào)主機(jī)控制系統(tǒng)中的單片機(jī)，較大程度地提高了系統(tǒng)配置及控制的靈活性，能更好地滿足不同用戶的不同需求。同時(shí)，明顯縮短了程序開(kāi)發(fā)周期。高可靠性PLC控制核心能夠在惡劣的環(huán)境中長(zhǎng)期可靠、無(wú)故障運(yùn)行，并且易接線、易維護(hù)、隔離性好、抗腐蝕能力強(qiáng)，能適應(yīng)較寬的溫度變化范圍，平均無(wú)故障時(shí)間間隔(MTBF)大于15年。強(qiáng)大的實(shí)用性現(xiàn)代的PLC的編程語(yǔ)言遵從易學(xué)、易懂、易用的標(biāo)準(zhǔn)。除了具備傳統(tǒng)PLC助記符和梯形圖編程功能外，還具有結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言和順序功能圖編程功能。PLC提供各種功能模塊，包括各種通訊功能選擇、通訊參數(shù)設(shè)置，以及可以具體到某年、某月、某日、某個(gè)時(shí)刻的多種定時(shí)器和超長(zhǎng)定時(shí)器等，方便了

12、各種功能的實(shí)現(xiàn)，有利于縮短開(kāi)發(fā)周期和節(jié)省程序容量。優(yōu)良的開(kāi)放性WinCCflexible可通過(guò)以太網(wǎng)利用TCP/IP協(xié)議與各種OPC兼容應(yīng)用程序進(jìn)行通訊。中央空調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為了達(dá)到遠(yuǎn)程精確穩(wěn)定的控制空調(diào)房間內(nèi)的溫度、相對(duì)濕度和室內(nèi)靜壓，中央空調(diào)系統(tǒng)分為幾個(gè)子系統(tǒng)：中央監(jiān)控系統(tǒng)：中央監(jiān)控系統(tǒng)由遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件組成負(fù)責(zé)設(shè)定值得給定、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。通信系統(tǒng)：遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)采用光纖通信，將現(xiàn)場(chǎng)PLC采集的數(shù)據(jù)迅速的傳遞給監(jiān)控計(jì)算機(jī)降低了數(shù)據(jù)傳輸延遲時(shí)間，達(dá)到高效、快捷的數(shù)據(jù)處理?？刂葡到y(tǒng)：控制系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)的PLC及其模塊和現(xiàn)場(chǎng)的儀表組成，例如電動(dòng)執(zhí)行器、溫濕度傳感器、露點(diǎn)傳感器

13、、變頻器、靜壓傳感器等設(shè)備組成，為PLC的數(shù)據(jù)采集及處理提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)輸入、輸出。UPS系統(tǒng)：在中央空調(diào)的控制系統(tǒng)中必須建立一個(gè)可靠的供電系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中不僅要解決自控系統(tǒng)的（網(wǎng)絡(luò)、主控計(jì)算機(jī)、PLC、終端設(shè)備等）用電問(wèn)題，UPS不間斷電源能提供高質(zhì)量的電源，沒(méi)有瞬變和諧波，即使當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，它也可以由后背電池支撐、繼續(xù)供電，使PLC、計(jì)算機(jī)有一定的時(shí)間進(jìn)行處理。中央空調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖：圖2-1中央空調(diào)系統(tǒng)框圖中央空調(diào)的控制技術(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)由于故障率高,第 頁(yè)共20頁(yè)第

14、頁(yè)共20頁(yè)第7頁(yè)共20頁(yè)系統(tǒng)復(fù)雜，功耗高等明顯的缺點(diǎn)已逐漸被人們所淘汰，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(wèn)題和分級(jí)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、溫度傳感器、煙霧偵測(cè)器、室內(nèi)靜壓傳感器、濾網(wǎng)壓差開(kāi)關(guān)、風(fēng)機(jī)壓差開(kāi)關(guān)、外氣溫濕度傳感器、可編程控制器（PLC）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(lái)控制調(diào)整冷卻水電機(jī)、冷

15、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。2.3.1空調(diào)控制系統(tǒng)要求空調(diào)的任務(wù)就是維持空調(diào)房間內(nèi)所要求的空氣參數(shù)穩(wěn)定在一定的參數(shù)范圍內(nèi)。一個(gè)完整的中央空調(diào)系統(tǒng)主要包括空調(diào)房間，空氣的熱、濕及凈化處理系統(tǒng)，制冷、制熱系統(tǒng)及其他輔助部分，同時(shí)還要包括一套完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)?？照{(diào)自控系統(tǒng)的主要任務(wù)就是以空調(diào)房間為主要對(duì)象的空調(diào)系統(tǒng)的溫度、濕度及其他參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)節(jié)以及有關(guān)信號(hào)的報(bào)警、連鎖保護(hù)控制，以保證空調(diào)系統(tǒng)始終在最佳工況點(diǎn)運(yùn)行，滿足工藝條件所要求的環(huán)境條件。因此中央空調(diào)的自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：（1）室外溫濕度監(jiān)測(cè)（2）電動(dòng)兩通閥進(jìn)行

16、PID調(diào)節(jié)（3）新風(fēng)閥、回風(fēng)閥調(diào)節(jié)與控制（4）過(guò)濾器前后壓差及報(bào)警，以防堵塞（5）表冷器防凍報(bào)警（6）送/回風(fēng)機(jī)的啟停、運(yùn)行狀態(tài)、手/自動(dòng)狀態(tài)、故障報(bào)警、過(guò)載報(bào)警（7）控制加濕閥的調(diào)節(jié)（8）風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間積累等（9）在中央工作站上對(duì)系統(tǒng)中各種溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和設(shè)定2.3.2空調(diào)中常用的控制系統(tǒng)：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)（1）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是一種簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是在控制器與被控對(duì)象之間只有正向控制作用，而沒(méi)有反饋控制作用。即系統(tǒng)輸出對(duì)控制信號(hào)（輸入信號(hào)）沒(méi)有影響。在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，不需要對(duì)被控量測(cè)，只需要輸入信號(hào)進(jìn)行控制。例如在寒冷地區(qū)，一般在空調(diào)控制系統(tǒng)中設(shè)置一次空氣加熱器，用來(lái)

17、對(duì)空調(diào)控制系統(tǒng)中的新風(fēng)進(jìn)行預(yù)加熱處理，以防的過(guò)低溫度的空氣進(jìn)入系統(tǒng)后凍壞其他換熱設(shè)備。一次空氣加熱器的開(kāi)環(huán)控制如圖2-3所示。利用室外空氣溫度控制一次空氣加熱器上調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，以維持通過(guò)一次加熱器后的空氣溫度在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。途中測(cè)量新風(fēng)溫度的傳感器將其溫度信號(hào)送至控制器，控制器控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。由于這個(gè)系統(tǒng)是按照室外溫度這個(gè)干擾信號(hào)信息控制的，因此，當(dāng)其他干擾變化時(shí)，則無(wú)控制作用。上敘依靠某種干擾控制組成的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，雖然不一定能消除所有干擾給細(xì)看帶來(lái)的不穩(wěn)定影響，但是如果采用交頻繁的主要干擾作用為控制信號(hào)，則對(duì)其能起到補(bǔ)償作用，控制也及時(shí)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度低抗干擾能力差。但由于控制系

18、統(tǒng)一般產(chǎn)生振蕩，故一般用于干擾不強(qiáng)烈，控制進(jìn)度要求不高的地方。圖2-2一次空氣加熱器的開(kāi)環(huán)控制（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中，如果把系統(tǒng)的輸出信號(hào)反饋到輸入端由輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的偏差信號(hào)對(duì)系統(tǒng)控制，則這種控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，也稱反饋控制系統(tǒng)。由于閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是在控制器與被控對(duì)象之間，不僅存在著正向作用，而且存在著反饋?zhàn)饔茫聪到y(tǒng)的輸出量對(duì)控制量有直接影響。將檢測(cè)出來(lái)的輸出量送回到系統(tǒng)的輸入端并與輸入信號(hào)比較的過(guò)程稱為反饋。輸入信號(hào)與反饋信號(hào)之差稱為偏差信號(hào)，簡(jiǎn)稱偏差。偏差作用在控制器上，使系統(tǒng)的輸出量趨于給定值。閉環(huán)控制的實(shí)質(zhì)就是利用反饋的作用來(lái)減小系統(tǒng)的偏差。因此閉環(huán)控制系統(tǒng)

19、又稱為反饋系統(tǒng)。利用負(fù)反饋組成的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，又稱反饋控制系統(tǒng)。在反饋控制系統(tǒng)中，存在著一條從被控量經(jīng)過(guò)傳感器到輸入端的聯(lián)絡(luò)通道，稱為反饋通道。一般在空調(diào)房間里的溫度，濕度的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，多采用閉環(huán)控制系統(tǒng)的方式?？照{(diào)房間溫（濕）度閉環(huán)控制有控制對(duì)象空調(diào)房間、溫度、濕度調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器組成。閉環(huán)控制系統(tǒng)無(wú)論照成偏差的因素是外來(lái)煩擾還是內(nèi)部干擾，控制作用總是使偏差趨向下降。因此，它具有自動(dòng)修正被控量偏離給定量的能力，且精度高、適用范圍廣，是基本的控制系統(tǒng)。與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)相比，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。中央空調(diào)系統(tǒng)中監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要完成對(duì)工藝參數(shù)的檢測(cè)、各機(jī)組的協(xié)調(diào)控制以及數(shù)據(jù)的

20、處理、分析等任務(wù)，下位PLC主要完成數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制及連鎖等功能。中央空調(diào)的監(jiān)控系統(tǒng)說(shuō)明如下：（1）空調(diào)機(jī)組由PLC控制器進(jìn)行控制，風(fēng)機(jī)控制箱有手/自動(dòng)選擇，并有手動(dòng)啟停按鈕。（2）空調(diào)機(jī)組的溫度傳感器設(shè)于回風(fēng)管內(nèi)，實(shí)際檢測(cè)溫度與設(shè)定溫度相比較,根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)回水管道上電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)水流量，使室溫維持設(shè)定要求。（3）空調(diào)機(jī)組的濕度傳感器設(shè)于回風(fēng)管內(nèi)，實(shí)際檢測(cè)濕度與設(shè)定濕度相比較,根據(jù)比較結(jié)果控制加濕器內(nèi)水管電磁閥的開(kāi)關(guān)，以調(diào)節(jié)加濕量，使室內(nèi)濕度維持設(shè)定要求。（4）空調(diào)機(jī)組送風(fēng)機(jī)與電動(dòng)風(fēng)閥,電動(dòng)水閥,加濕電磁閥聯(lián)鎖。（5）監(jiān)測(cè)空調(diào)機(jī)組狀態(tài)和報(bào)警（6）防凍措施（僅用于寒冷地區(qū)）防

21、凍報(bào)警設(shè)定溫度為5C,當(dāng)熱盤管后溫度低于5C時(shí)，報(bào)警并停止機(jī)組運(yùn)行，同時(shí)連鎖關(guān)閉新風(fēng)閥，打開(kāi)預(yù)熱水閥保持30%的開(kāi)度。當(dāng)室外溫度低于0C停機(jī)時(shí)，打開(kāi)熱水閥保持30%的開(kāi)度。空調(diào)機(jī)組的監(jiān)控內(nèi)容回風(fēng)溫、濕度電動(dòng)兩通閥進(jìn)行PID調(diào)節(jié)新風(fēng)閥、回風(fēng)閥調(diào)節(jié)與控制過(guò)濾器前后壓差及報(bào)警，以防堵塞表冷器防凍報(bào)警送/回風(fēng)機(jī)的啟停、運(yùn)行狀態(tài)、手/自動(dòng)狀態(tài)、故障報(bào)警、過(guò)載報(bào)警控制加濕閥的調(diào)節(jié)編制時(shí)間程序自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)啟停第 頁(yè)共20頁(yè)第 頁(yè)共20頁(yè)3中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)3.1可編程序控制器PLC概述PLC即可編程控制器（ProgrammablelogicController,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制

22、裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（InternationalElectricalCommittee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算來(lái)操作的電子系統(tǒng),是專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制器。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器,用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令,并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷跋嚓P(guān)的外部設(shè)備都按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)集成、易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC的分類（1）按i/o點(diǎn)數(shù)分類PLC按I/O點(diǎn)數(shù)不同可分為超小型機(jī)、小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)和超大機(jī)等5種類型。（2）按

23、功能分類按功能可以分為低檔機(jī)、中檔機(jī)、高檔機(jī)。（3）按結(jié)構(gòu)形式分類按結(jié)構(gòu)形式不同，PLC可分為整體式、模塊式和軟PLC（即集成的PLC）等三類。PLC的特點(diǎn)PLC具有以下的特點(diǎn)：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造（5）體積小，重量輕，能耗低PLC的基本組成PLC的最小系統(tǒng)主要一下四部分組成：1）中央處理單元（CPU）2）存儲(chǔ)器（RAM、ROM）3）輸入/輸出單元（I/O接口）4）電源（開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源）其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示圖3-1PLC基本組成CPU（中央處理器）CPU是PLC的

24、核心，由運(yùn)算器、控制器、寄存器、系統(tǒng)總線，外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路構(gòu)成。它的功能是接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等，是PLC不可缺少的組成單元。主要功能包括以下幾個(gè)方面。1）接收從編程器或者計(jì)算機(jī)輸入的程序和數(shù)據(jù)，并送入用戶程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。第12頁(yè)共20頁(yè)第 頁(yè)共20頁(yè)第 頁(yè)共20頁(yè)2）監(jiān)視電源、PLC內(nèi)部各個(gè)單元電路的工作狀態(tài)。3）診斷編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，對(duì)用戶程序進(jìn)行編譯。4）在PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令，并分析、執(zhí)行該指令。5）采

25、集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的數(shù)據(jù)，并存入指定的寄存器中。6）按程序進(jìn)行處理，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容。7）根據(jù)輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容，將結(jié)果送到輸出接口。8）響應(yīng)中斷和各種外圍設(shè)備（如編程器、打印機(jī)等）的任務(wù)處理請(qǐng)求。I/O接口PLC是通過(guò)各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置能力的限制，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。PLC的對(duì)外功能主要是通過(guò)各種I/O接口模塊于外界聯(lián)系來(lái)實(shí)現(xiàn)的。輸

26、入模塊和輸出模塊是PLC與現(xiàn)場(chǎng)I/O裝置或設(shè)備之間的連接部件，起著PLC與外部設(shè)備之間的傳遞信息的作用。I/O模塊分為開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出等模塊。3.4.3存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器（內(nèi)存）主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。一般包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器兩部分。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控程序，一般采用只讀存儲(chǔ)器（ROM），具有掉電不丟失信息的特性。用戶程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)用戶根據(jù)工藝要求或者控制功能設(shè)計(jì)的控制程序，早期一般采用隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM），需要后備電池在掉電后保存程序。目前則傾向于采用電可擦除的只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）或閃存（Flas

27、hMemory），免去了后備電池的麻煩。3.4.4電源模塊PLC中的電源，是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。電源可分直流和交流兩種類型，交流輸入220VAC或110VAC,直流輸入通常是24V。3.4.5編程器編程器是PLC最重要的外部設(shè)備。利用編程器可編制用戶程序、輸入程序、檢查程序、修改程序和監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。常見(jiàn)的編程設(shè)備有簡(jiǎn)易手持編程器、智能圖形編程器和基于PC的專用編程軟件。編程設(shè)備用于輸入和編輯用戶程序，對(duì)系統(tǒng)作些設(shè)定，監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程設(shè)備在PLC的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試、監(jiān)控運(yùn)行和檢查維護(hù)中是不可缺少的部件。PLC本質(zhì)上就是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，其工

28、作原理與普通計(jì)算機(jī)類似，具有計(jì)算機(jī)的許多特點(diǎn)。但其工作方式卻與計(jì)算機(jī)有著較大的不同，具有一定的特殊性。PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。工作時(shí)逐條順序掃描用戶程序，如果一個(gè)線圈接通或斷開(kāi)，該線圈的所有觸點(diǎn)不會(huì)立即動(dòng)作，需等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。3.5中央空調(diào)系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)中央空調(diào)系統(tǒng)控制要求根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，并考慮經(jīng)驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，PLC應(yīng)用反饋數(shù)據(jù)（如室內(nèi)溫度等）進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，以保證運(yùn)行參數(shù)滿足系統(tǒng)要求?？刂葡到y(tǒng)有兩種運(yùn)行方式：手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。手動(dòng)控制就是通過(guò)就地手動(dòng)操作設(shè)備對(duì)機(jī)組進(jìn)行控制，自動(dòng)控制是通過(guò)PLC上位機(jī)對(duì)機(jī)組據(jù)編好的控制程序自動(dòng)控制相關(guān)設(shè)備的啟、停及調(diào)節(jié)量。采用程序控制方式，杜

29、絕冷劑污染，有效便捷地實(shí)現(xiàn)冷水、冷卻水的變頻控制。通過(guò)有效合理地開(kāi)、?？刂?，達(dá)到啟動(dòng)速度快、停機(jī)時(shí)間短的目的，即能節(jié)省能耗，還能避免結(jié)晶，從而提高中央空調(diào)系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)容：（1）首先啟動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中的冷熱源系統(tǒng)。冷熱源系統(tǒng)按照冷卻塔風(fēng)機(jī)冷卻水泵冷凍水泵冷凍機(jī)組的順序啟動(dòng)，關(guān)機(jī)順序反之。（2）當(dāng)啟動(dòng)空調(diào)運(yùn)行時(shí)，PLC發(fā)出控制指令。首先開(kāi)啟回風(fēng)門、新風(fēng)門冷/熱水閥到設(shè)定位置，然后啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)。（3）回水溫度與系統(tǒng)設(shè)定值相比較后，用PID方式調(diào)節(jié)冷水或熱水電動(dòng)閥，控制冷水或熱水流量,使送風(fēng)溫度達(dá)到設(shè)定值。送風(fēng)濕度傳感器將采集的室內(nèi)濕度送進(jìn)PLC,經(jīng)PLC的模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸送給上位

30、機(jī)。與系統(tǒng)設(shè)定值比較后，用PID方式調(diào)節(jié)加濕或除濕閥對(duì)新風(fēng)進(jìn)行加濕或除濕處理。送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢是由回風(fēng)溫度與系統(tǒng)設(shè)定值相比較后,用PID方式控制變頻器,從而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)靜壓的目的。當(dāng)過(guò)濾網(wǎng)前后壓差超出設(shè)定值時(shí)，PLC發(fā)出過(guò)濾堵塞報(bào)警信號(hào)。當(dāng)風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行后,蒸汽加濕電動(dòng)閥、預(yù)熱電動(dòng)閥、熱水電動(dòng)閥和冷水電動(dòng)閥及新風(fēng)閥和回風(fēng)閥回復(fù)到全關(guān)位置。當(dāng)風(fēng)機(jī)傳送帶發(fā)生故障時(shí)，傳感器將報(bào)警信號(hào)送進(jìn)PLC，PLC發(fā)出風(fēng)機(jī)故障報(bào)警信號(hào)。各機(jī)組相關(guān)設(shè)備的啟、停具有一定的連鎖關(guān)系和時(shí)間順序，該功能由PLC的連鎖程序完成。同時(shí)，為保證機(jī)組的可靠運(yùn)行，對(duì)相關(guān)參數(shù)采取了一定的保護(hù)措施，如冷凍水、冷卻水與機(jī)組的

31、連鎖控制、冷卻水系統(tǒng)與冷卻塔的連鎖控制等。3.6中央空調(diào)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。所謂硬件設(shè)計(jì)，是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計(jì)，而軟件設(shè)計(jì)即PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分以下5步進(jìn)行。熟悉被控對(duì)象深入了解被控系統(tǒng)是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)人員必須深入現(xiàn)場(chǎng)，認(rèn)真調(diào)查研究，收集資料，并于相關(guān)技術(shù)人員和操作人員一起分析討論，相互配合，共同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題。這一階段必須對(duì)被控對(duì)象所有功能全面的了解，對(duì)對(duì)象的各種動(dòng)作及動(dòng)作時(shí)序、動(dòng)作條件、必要的互鎖與保護(hù)；電氣系統(tǒng)與機(jī)械、液壓、氣動(dòng)及各儀表等系統(tǒng)間的關(guān)系；PLC與其他設(shè)備的關(guān)系，PLC之間是否通信聯(lián)網(wǎng)；系統(tǒng)的工作方式及

32、人機(jī)界面，需要顯示的物理量及顯示方式等。硬件選擇系統(tǒng)I/O設(shè)備的選擇。輸入設(shè)備包括按紐、位置開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及各種傳感器等。輸出設(shè)備包括繼電器、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等。PLC的選擇包括對(duì)PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源等的選擇。PLC的I/O端口分配。在進(jìn)行I/O通道分配時(shí)應(yīng)給出I/O通道分配表，中應(yīng)包含I/O編號(hào)、設(shè)備代號(hào)、名稱及功能等。繪制PLC外圍硬件線路圖。畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入PLC的控制電路等。由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。編寫應(yīng)用程序根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，采用合適的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。程序通常還應(yīng)包括