基于PLC的中央空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

摘要中央空調(diào)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于商用與民用建筑中，用于保持整棟建筑溫度恒定。傳統(tǒng)的設(shè)計中無論季節(jié)晝夜和用戶負(fù)荷的怎樣變化各電機(jī)都長期固定在工頻狀態(tài)下全速運(yùn)行，所以會造成極大的的能源浪費(fèi)。本設(shè)計采用變頻器、溫度傳感器等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)水泵的輸出流量達(dá)到節(jié)能目的。該系統(tǒng)采用西門子的S7200PLC為主控制單元用傳統(tǒng)控制算法西門子MM440變頻器控制水泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度證系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際負(fù)荷的情況調(diào)整流量恒溫控制，從而最大程度的解決能源浪費(fèi)問題。本設(shè)計通過采用基于協(xié)議的總線通訊的網(wǎng)絡(luò)，通過西門子TD200文本顯示器現(xiàn)人機(jī)界面的設(shè)計使用工控組態(tài)軟件對系統(tǒng)進(jìn)行理論分析通過分析該設(shè)計驗(yàn)證了該設(shè)計的可靠性可以解決中央空調(diào)的能源浪費(fèi)問題。關(guān)鍵詞

：中央空調(diào)，，，變頻器IABSTRACTThecentralairconditioninghasbeenwidelyusedincivilareusedmaintainconstantofIntraditionalofseason,dayandhowuserloadchanges,thefixedtofullspeedfortimeinoffrequency.Itwillcausewastedevelopedtheofconverter,PLC,sensor.ItupdifferenceautomaticallyadjustoutputflowofachievesystemtheS7-200PLCasthemaincontrolunit,thetraditionalPIDcontrolalgorithm,MM440invertertoofpumpspeed,systemadjustflowAllofwillbringoutconstantcontrol,sotosolveofenergywasteto-485communicationisprotocolusingtheTD200interfaceusingmadefromMCGS,ontheanalysisthesystem.thereliabilityofthedesign,cansolveproblemconditioningenergythroughtheofKEYWORDS:PID,frequencyII目錄摘要..............................................................................................................................IABSTRACT..................................................................................................................II第1緒論.1.1中央空調(diào)的發(fā)展.中央空調(diào)現(xiàn)在狀況中央空調(diào)發(fā)展趨勢1.2本設(shè)計的意義.設(shè)計的主要內(nèi)容設(shè)計的意義第2中央空調(diào)系統(tǒng)介紹2.1中央空調(diào)結(jié)構(gòu).中央空調(diào)概述中央空調(diào)結(jié)構(gòu)2.2中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理.制冷原理工作原理中央空調(diào)的控制原理2.3中央空調(diào)的評價.2.4本章小結(jié).第3中央空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1變頻器.變頻器的介紹變頻調(diào)速的原理變頻器的選擇使用注意的問題3.2電機(jī)的軟啟動原理及應(yīng)用............................................................................11軟啟動的介紹.....................................................................................11軟啟動工作原理.................................................................................11軟啟動的優(yōu)點(diǎn).....................................................................................11軟啟動與變頻器的對比3.3PLC型........................................................................................................12的工作原理..................................................................................12III西門子200紹.........................................................................133.4溫度傳感器.3.5溫度變送器.3.6人機(jī)界面選型方案.3.7總體硬件設(shè)計.3.8本章小結(jié).第4軟件設(shè)計4.1制.........................................................................................................20制簡介.......................................................................................20數(shù)整定.......................................................................................20對中央空調(diào)的PID控制.....................................................................214.2應(yīng)用軟件...........................................................................................214.3plc編.程序流程圖中央空調(diào)控制系統(tǒng)的I/O分配表......................................................24程序中使用的存儲器及其功能.中央空調(diào)溫度控制系統(tǒng)程序4.4設(shè)備通訊.介紹.........................................................................................26USS協(xié)議軟件與—200的通4.5組態(tài)軟件............................................................................................27組態(tài)軟件簡介..........................................................................27組態(tài)畫面..................................................................................274.6本章小結(jié).第5結(jié)論.致謝.參考文獻(xiàn).附錄.IV第1章緒論1.1中央空調(diào)現(xiàn)在狀況中央空調(diào)行業(yè)現(xiàn)在存在著巨大的競爭，這種競爭是產(chǎn)品革新所產(chǎn)生的，產(chǎn)品革新主要圍繞低碳環(huán)保進(jìn)行，低碳環(huán)保在這個時代有著很重大的意義。傳統(tǒng)的中央空調(diào)在這個時代已經(jīng)沒有競爭力個行業(yè)要想在這個時代生存下去或者有進(jìn)一步的發(fā)展必須要開發(fā)新市場最近幾年中央空調(diào)企業(yè)在變頻多聯(lián)機(jī)市場和單元機(jī)市場以及離心機(jī)市場等領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)了在中央空調(diào)領(lǐng)域的進(jìn)一步的發(fā)展在中央空調(diào)領(lǐng)域如何進(jìn)一步節(jié)能如何更好的滿足人們的需求，就會在這個領(lǐng)域會有很大的發(fā)展，成為這個行業(yè)的領(lǐng)跑者。中央空調(diào)發(fā)展趨勢中央空調(diào)變頻節(jié)能是未來的發(fā)展目標(biāo)是提高人們生活質(zhì)量的首要的發(fā)展方向以人為本”是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，對于這個行業(yè)也是一樣的。變頻技術(shù)就是根據(jù)人們的需要而產(chǎn)生的技術(shù)的發(fā)展是人類需求和技術(shù)發(fā)展的內(nèi)在動力所以中央空調(diào)的變頻節(jié)能就是要根據(jù)人們的需求滿足社會的發(fā)展而開展技術(shù)研究、開發(fā)和應(yīng)用。中央空調(diào)變頻技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)是低碳節(jié)能和保護(hù)環(huán)境們生活水平的提高經(jīng)常是以犧牲環(huán)境為代價的我們對此都有深刻的體會低碳節(jié)能成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求中央空調(diào)變頻節(jié)能的未來發(fā)展要服從這個大局提高中央空調(diào)系統(tǒng)的自動化水平降低能源浪費(fèi)必須要提高中央空調(diào)壓縮機(jī)系統(tǒng)和末段系統(tǒng)的運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。持續(xù)發(fā)展是中央空調(diào)變頻節(jié)能技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)頻技術(shù)同人居環(huán)境的和諧發(fā)展是建立在節(jié)約型社會的技術(shù)上，中央空調(diào)的發(fā)展要對環(huán)境的影響盡量減少，使人們與環(huán)境和平共處，真正的實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2設(shè)計的主要內(nèi)容本

文首先對中央空調(diào)的發(fā)展進(jìn)行了概述，論述了變頻節(jié)能的重要性。本設(shè)計采用傳統(tǒng)控制，構(gòu)成溫差閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，通過變頻器，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)水泵的輸出流量達(dá)到節(jié)能目的。本設(shè)計采用S7-200可編程控制器作為主控制單元，對基于信協(xié)議的總線控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并且進(jìn)行了組態(tài)設(shè)計，最終設(shè)計并驗(yàn)證了中央空調(diào)變頻節(jié)能控制系統(tǒng)。研究工作的具體內(nèi)容如下：中央空調(diào)結(jié)構(gòu)和工作原理的分析。中央空調(diào)系統(tǒng)變頻控制分析。PLC的介紹及應(yīng)用。PID控制理論分析。設(shè)計了基于網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)。組態(tài)設(shè)計。文中對冷凍水機(jī)組的控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件的設(shè)計，采用西門子TD200文本顯示屏作為人機(jī)界面，西門子PLC作為主控制器，用一臺變頻器結(jié)合工頻供電的方式靈活驅(qū)動冷凍水機(jī)組的三臺水泵。設(shè)計的意義本次控制系統(tǒng)的設(shè)計能有效地控制中央空調(diào)的主機(jī)和系統(tǒng)工作效率到降低能耗的目的。中央空調(diào)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造后年的平均節(jié)電率大約會在30%以上設(shè)計采用一臺變頻器控制三臺水泵每臺水泵都可以軟啟動大大的降低了對中央空調(diào)和電網(wǎng)的沖擊。設(shè)計中引入了軟啟,不會影響啟動時的制冷效果，因?yàn)檐泦拥臅r間只有幾秒此外空調(diào)冷水系統(tǒng)采用溫差閉環(huán)控制和自動調(diào)節(jié)這可大大的改善空調(diào)的舒適性能系統(tǒng)還具有過流保護(hù)功能提高系統(tǒng)的安全可靠性。第2章中央空調(diào)系介紹2.1中央空調(diào)概述常見的中央空調(diào)主要分為單冷型管路系統(tǒng)和熱泵型管路系統(tǒng)冷型管路系統(tǒng)是只在夏季工作即制冷產(chǎn)生熱量熱泵型管路系統(tǒng)既能產(chǎn)熱又能制冷二者的主要區(qū)別只是熱泵型管路系統(tǒng)多了電動四通閥的裝置調(diào)節(jié)中央空調(diào)制冷劑的循環(huán)方向。本文設(shè)計是單冷型管路系統(tǒng)。中央空調(diào)系統(tǒng)由空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和冷熱源系統(tǒng)組成熱源系統(tǒng)是中央空調(diào)系統(tǒng)至關(guān)重要的部分其結(jié)構(gòu)運(yùn)行方式種類等直接影響了中央空調(diào)在運(yùn)行中的合理性、高效性、經(jīng)濟(jì)性。中央空調(diào)結(jié)構(gòu)中央空調(diào)系統(tǒng)主要由主機(jī)冷劑循環(huán)系統(tǒng)盤管系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成。主機(jī)由壓縮機(jī)冷凝器和蒸發(fā)器組成風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)為房間輸送冷氣制冷劑循環(huán)系統(tǒng)由冷凍循環(huán)系統(tǒng)冷卻循環(huán)系統(tǒng)組成最典型的中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示制冷劑循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者所以中央空調(diào)控制系統(tǒng)重要組成部分是對制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的控制。圖2.1中央空調(diào)結(jié)構(gòu)2.2制冷原理氣態(tài)制冷劑經(jīng)壓縮機(jī)成為高溫高壓液體后進(jìn)入冷凝器水或空氣進(jìn)行等壓熱交換變成低溫高壓液態(tài)液態(tài)制冷劑經(jīng)干燥過濾器除去水份等雜質(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)氣化液體氣化過程要吸收氣化潛熱，而且液體壓力不同，其飽和溫度也不同，壓力越低，飽和溫度越低。例如，的水，在絕對壓力為，和溫度為5℃，氣化時需要吸收熱量；1kg的氨，在1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，氣化時需要吸收1369.59KJ熱量，溫度可抵達(dá)-℃。因此，只要創(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程吸取冷凍水的熱量使冷凍水溫度降低制冷工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸取熱量溫度升高變成過熱蒸氣進(jìn)入壓縮機(jī)重復(fù)循環(huán)過程[1]

。工作原理工程中常用的是蒸汽壓縮式制冷循環(huán)它是由壓縮機(jī)冷凝器節(jié)流閥和蒸發(fā)器組成通過制冷循環(huán)制冷工質(zhì)不斷吸收周圍空氣或物體的熱量從而使室溫內(nèi)溫度的降低，從而達(dá)到制冷的目的。工作原理流程圖如圖所示圖2.2中空調(diào)流程圖中央空調(diào)的控制原理每個房間都會有獨(dú)立的溫度控制器戶可根據(jù)自己的需要來設(shè)定室內(nèi)的溫度溫度傳感器能隨時感知房間的溫度將檢測到的溫度傳送給控制器通過傳送來的溫度與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，采用控制，通過變頻控制冷凍泵的轉(zhuǎn)速，快速的調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度，是室溫達(dá)到設(shè)定值。這就是溫度閉環(huán)反饋系統(tǒng)。原理如圖2.3所示.主控制器還要檢驗(yàn)系統(tǒng)關(guān)鍵位置的壓力溫度電流等發(fā)現(xiàn)異常立即采取措施并顯示故障信息。圖2.3中空調(diào)控制原理2.3制冷量中央空調(diào)在單位時間內(nèi)從房間中除去的熱量，計量單位瓦能效比能效比又稱為性能系數(shù)，是制冷量與制冷功率之比。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定空調(diào)的能效比標(biāo)準(zhǔn)值為，2500W至空調(diào)的能效比標(biāo)準(zhǔn)值為。2.4本章主要分析了中央空調(diào)的結(jié)構(gòu)，工作原理控制原理，以及中央空調(diào)性能的指標(biāo)。為下一步對中央空調(diào)的各部分的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。第3章中央空調(diào)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計本章主要對本次設(shè)計中用到的硬件進(jìn)行介紹以及選擇，包括主要的變頻器，可編程控制器，溫度傳感器，人機(jī)界面的選擇等。通過本章對硬件的設(shè)計，可以基本確定本次設(shè)計的基本結(jié)構(gòu)以及各主要部分的組成。3.1變頻器的介紹變頻器是結(jié)合了微電子技術(shù)與變頻技術(shù)過改變電機(jī)工作頻率來改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置。變頻器主要由整流、濾波、逆變、檢測單元、微處理單元、驅(qū)動單元等組成。變頻器是通過控制絕緣柵雙極型晶體管的開斷來改變輸出的頻率，從而達(dá)到電機(jī)所需要的轉(zhuǎn)速來控制室內(nèi)的溫度而達(dá)到既滿足人們的舒適要求并且節(jié)約能源的目的。變頻器還具有過流、過壓、過載等保護(hù)功能。圖3.1變器變頻器主要有三部分組成：整流器、平波回路和逆變器。整流器：它把工頻電源變換為直流電源。逆變器：與整流器的功能相反，將直流電變成交流電。平波回路整流和逆變都會產(chǎn)生較大的脈動電壓為了減少對設(shè)備的損壞和穩(wěn)定電網(wǎng)，采用電感和電容來吸收脈動電壓或電流。變頻調(diào)速的原理(1)工頻控制介紹早前國內(nèi)的中央空調(diào)系統(tǒng)基本上都采用傳統(tǒng)的定流量控制方式只要啟動空調(diào)主機(jī)，冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)都在50Hz頻狀態(tài)下運(yùn)行。循環(huán)水的流量是一定的當(dāng)負(fù)荷變化是循環(huán)水量不會改變也就是不會按照室內(nèi)具體溫度進(jìn)行控制使室內(nèi)不會有合理的溫度既浪費(fèi)了能源也不會使給人們舒適的生活。這種控制方式非常的簡單，但是，這種控制方式存在著很多問題：在工頻的條件下啟動大功率的水泵風(fēng)機(jī)等設(shè)備會造成很大的啟動電流響電網(wǎng)的穩(wěn)定性也會給中央空調(diào)設(shè)備造成一定的損壞此外且水泵風(fēng)機(jī)等設(shè)備一直工作在工頻狀態(tài)下，會造成機(jī)械磨損嚴(yán)重，是使用壽命大大縮短。不管室內(nèi)的溫度如何變化中央空調(diào)一直都工作在工頻狀態(tài)使系統(tǒng)的能耗始終在最大值處多因素會影響中央空調(diào)的負(fù)荷如天氣變化夜變化，室內(nèi)熱源的變化人流的多少等都會影響這種變化的負(fù)荷決定了中央空調(diào)的輸出應(yīng)該是一個變量，必須根據(jù)負(fù)荷變化來改變空調(diào)的輸出[(2)電機(jī)變頻控制計算電機(jī)是中央空調(diào)的最主要的器件就像人體的心臟為了中央空調(diào)的運(yùn)行提供動力，電機(jī)也是中央空調(diào)最耗電的器件之一。所以，要想降低能耗，合理的給室內(nèi)輸出冷量就必須控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，既通過變頻控制轉(zhuǎn)速。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速的公式：1(1)/p

(3.1)(3.2)n:同步轉(zhuǎn)速，單位r/min:極對數(shù)；f

:電動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速；:電源頻率，單位Hz；s:異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率。根據(jù)公式，我們可以知道，通過改變電機(jī)的、改變旋轉(zhuǎn)磁場頻f、改變電機(jī)極對數(shù)p來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)對和滑差易改變。因此，我們可以通過改變電源的頻率p來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速從某種意義上說變頻器就是一個改變電源頻率的交流電源。三相異步電機(jī)定子每相電動勢的有效值是：fNKg

m

(3.3)式中：E

：每相的感應(yīng)電動勢的有效值，單位；f：定子頻率，單位為；11

：定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；：基波繞組系數(shù)；1

：每極氣隙磁通量。由公式(可知：不改變E和，磁通不變。1變頻調(diào)速需要考慮兩種情況：基頻以下和基頻以上。①基頻以下調(diào)速由(3-3)可知保持磁通量不變從基頻f向下調(diào)節(jié)同時會降低繞組中的感應(yīng)電動勢是很難控制的電動勢較高忽略電子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)定定子相電E，則得/f等于常數(shù)。1低頻時和E都較小，定子阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能在忽1g略。這時，可以人為的把電抬高一些，以便近似的補(bǔ)償定子壓降線為帶1定子的壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性，a線為無補(bǔ)償?shù)?。如圖32示。

圖恒頻比控制特性②基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從往上增高，但電磁通與頻率成反比1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得到異步電動機(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如圖3.3所示。如果電動機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動機(jī)都能長期運(yùn)行這時轉(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)速，而在基頻以上，基本上屬于“恒功率調(diào)速”。122122U1/V恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速

恒功率調(diào)速Um0

fmf/Hz圖3.3異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制性在中央空調(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)比例律可知對于同一臺水泵當(dāng)以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，水泵的流量Q，揚(yáng)程H，軸功率P與轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系[10]nn

(3.4)(3.5)122

(3.6)由以上公式知轉(zhuǎn)速與流量成正比與揚(yáng)程的平方成正比與軸功率立方成正比。所以，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時，功率的減少要遠(yuǎn)比流量的減少量大的多，通過控制頻率的變化，來控制流量的大小，這就是變頻控制的核心思想。這種控制方式相比傳統(tǒng)的控制方法有很多的優(yōu)點(diǎn)：這種控制的啟動為軟啟動，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性影響比較小。調(diào)速的范圍較廣。變頻器的選擇變頻器是系統(tǒng)的一個關(guān)鍵的器件，所以選擇正確的變頻器是非常重要的。要選擇變頻器，我們首先要熟悉變頻器的負(fù)載特性。變頻器的選擇原則：根據(jù)負(fù)載特性選擇變頻器。選擇變頻器時應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)。容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現(xiàn)象所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。⑷選擇用于高速電動機(jī)的變頻器時，應(yīng)比普通電動機(jī)的變頻器稍大一些。本設(shè)計采用SIEMENS司的MM400作為變頻器MICROMASTER相比普通的變頻器相比應(yīng)用更加的廣泛有更高的動態(tài)響應(yīng)這些優(yōu)點(diǎn)可以是系統(tǒng)有一致的高驅(qū)動性能。MM440有很多的優(yōu)點(diǎn)：易于調(diào)試；易于安裝；可由I源供電；響應(yīng)是快速并且可重復(fù)；很廣的參數(shù)的范圍；電纜連接簡便；模塊化設(shè)計，配置靈活；有多個繼電器輸出2個模擬輸出；開關(guān)頻率高，降低電動機(jī)運(yùn)行的噪音；具有多個模擬量輸；詳細(xì)的變頻器狀態(tài)信息和完整的信息功能。MM440保護(hù)功能：過壓/欠壓保護(hù)；變頻器過溫保護(hù)；使用PTC通過數(shù)字輸入實(shí)現(xiàn)電動機(jī)過熱保護(hù)；接地故障保護(hù)；短路保護(hù)；閉鎖電動機(jī)保護(hù)；防止電動機(jī)失速；參數(shù)聯(lián)鎖。使用注意的問題⑴物理環(huán)境工作溫度。變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產(chǎn)品一般要求為0。腐蝕性氣體使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大會腐蝕元器件的引線印刷電路板，并且會加速塑料器件的老化，降低絕緣性能，在這種情況下，應(yīng)把控制箱制成封閉式結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行換氣。振動和沖擊除了提高控制柜的機(jī)械強(qiáng)度遠(yuǎn)離振動源和沖擊源外還應(yīng)使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內(nèi)電磁開關(guān)之類產(chǎn)生振動的元器件。變頻器應(yīng)該安裝在控制柜內(nèi)部變頻器最好安裝在控制柜內(nèi)的中部變頻器要垂直安裝，正上方和正下方要避免安裝可能阻擋排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)的大元件。如果特殊用戶在使用中需要取掉鍵盤則變頻器面板的鍵盤孔一定要用膠帶嚴(yán)格密封或者采用假面板替換，防止粉塵大量進(jìn)入變頻器內(nèi)部。⑵電氣環(huán)境防止電磁波干擾變頻器周圍產(chǎn)生了很多干擾電磁波電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)，應(yīng)該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對儀表的干擾。防止輸入端過電壓如果輸入端高電壓作用時間長會使變頻器輸入端損壞，所以，在實(shí)際運(yùn)用中，要核實(shí)變頻器的輸入電壓、單相還是三相和變頻器使用額定電壓。3.2軟啟動的介紹電機(jī)的電壓從零慢慢升高到標(biāo)準(zhǔn)電壓個過程中的啟動電流就有傳統(tǒng)控制的不可控制變?yōu)榭煽囟疫€可以進(jìn)行調(diào)整從而使整個過程中不會產(chǎn)生沖擊轉(zhuǎn)矩，對系統(tǒng)的影響較小。軟啟動器是一種集電機(jī)軟起動軟停車多種保護(hù)功能于一體的電機(jī)控制裝置的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路頻器是用于需要調(diào)的地方輸出不但改變電壓而且同時改變頻率；軟起動器實(shí)際上是個調(diào)壓器于電機(jī)起動時只改變電壓并沒有改變頻率。軟啟動工作原理軟啟器的調(diào)壓器是三相反并聯(lián)晶閘管，它是被接在電動機(jī)定子和電源之間。這種電路與三相全控橋式整流電路很相似軟啟動控制電機(jī)時晶閘管輸出電壓不斷增大從而是電動機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸增加最后晶閘管完全導(dǎo)通使電動機(jī)工作在額定電壓下進(jìn)行工作，從而實(shí)現(xiàn)平滑啟動。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速時，軟啟動的過程結(jié)束軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管給電動機(jī)提供正常的額定電壓從而降低晶閘管的熱損耗來延長軟啟動器的使用壽命，并且可以避免電網(wǎng)受到諧波污染[3]。軟啟動的優(yōu)點(diǎn)⑴電網(wǎng)電壓產(chǎn)生波動，影響電網(wǎng)中其他設(shè)備的正常運(yùn)行交流電機(jī)在額定電壓下直接起動時，起動電流會是額定電流的的～倍，電機(jī)容量較小時對電網(wǎng)那個的影響比較小，但是當(dāng)電機(jī)的很大時～7被的額定電流會是電網(wǎng)的電壓幾句下降，使同一個電網(wǎng)的其他設(shè)備的正常運(yùn)行受到影響。在軟起動器啟動時，起動電流會是額定電流的～倍，在電網(wǎng)允許的波動范圍之內(nèi)，對其他設(shè)備的影響很小。⑵降低電機(jī)壽命，傷害電機(jī)絕緣4～7倍的額定電流產(chǎn)生的很多的焦耳熱，作用于導(dǎo)線外絕緣，從而使絕緣老化，進(jìn)而降低電機(jī)的使用壽命；4～7倍的額定電流所產(chǎn)生的機(jī)械力會使導(dǎo)線之間產(chǎn)生摩擦，也會使壽命降低；高壓開關(guān)合閘時，觸頭會產(chǎn)生抖動，這會在電機(jī)定子繞組上造成操作過電壓操作過電壓有時會達(dá)到額定電壓的以上這樣的高壓會對設(shè)備造成損壞，影響使用壽命。軟啟動與變頻器的對比軟起動器和變頻器是兩種不同用途的產(chǎn)品起動器按其工作原理就是一個調(diào)壓器，當(dāng)電機(jī)起動時，降低輸出電壓，但是頻率并不會發(fā)生改變。變頻器也有軟啟動功能，但是變頻器是通過改變電源頻率來實(shí)現(xiàn)的，不會降低電壓。本次設(shè)計中將軟啟動器和變頻器一起配合使用由變頻器帶動一臺水泵變速運(yùn)行一個軟啟動器控制其他電機(jī)的操作由變頻器控制的水泵可以定時輪換使各泵運(yùn)行的時間相均衡，從而時各臺水泵的壽命得到延長。3.3PLC選型可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置它采用可以編制程序的存儲器用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計[4]。的工作原理當(dāng)投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段完成上述三個階段稱作一個掃描周期在整個運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。輸入采樣階段在掃描周期內(nèi)定時將現(xiàn)場的全部有關(guān)信息采集到控制器中通常在掃描周期的開始或結(jié)束時進(jìn)行定時采集這一階段稱為輸入采樣階段在這個階段可編程以掃描方式讀入所有狀態(tài)和數(shù)據(jù)并將它們存入相應(yīng)的單元內(nèi)。，用戶程序執(zhí)行階段。在用戶程序執(zhí)行階段，PLC按由上而下，從左到右的順序掃描由觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路并進(jìn)行邏輯運(yùn)算，輸出刷新階段在用戶程序執(zhí)行結(jié)束后可編程控制器就進(jìn)入輸出刷新階段會根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果來刷新對應(yīng)的邏輯線圈在系統(tǒng)存儲區(qū)中相對應(yīng)的狀態(tài)者刷新輸入輸出映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)。圖可程控制器與其他設(shè)備的連接西門子200紹本設(shè)計采用S7-200可編程控制器。S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測S7-200系列的可編程控制器具有很強(qiáng)大功能它無論在獨(dú)立運(yùn)行中者相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能S7-200系列的可編程控制器具有極高的性價。以下是S7-200的基本特點(diǎn)：S7-200具有集成的24V載電源可直接連接到傳感器和變送器作為負(fù)載電源使用。S7-200具有不同的設(shè)備類型。的221，222224226有兩種類型CPU，具有不同的控制電壓和電源電壓。本機(jī)數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)。221有六個輸入點(diǎn)和四個輸出點(diǎn)，222有八個輸入點(diǎn)和六個輸出點(diǎn)，224具有十四個輸入點(diǎn)和十個輸出點(diǎn)，CPU226具二十四個輸入點(diǎn)和十六個輸出點(diǎn)。中斷輸入。允許以極快的速度對過程信號的上升沿作出響應(yīng)。4個高速計數(shù)器30KHz編程并具有復(fù)位輸入2獨(dú)立的輸入端可同加、減計數(shù)，可接兩個相位差為90°的相器。CPU224/224XP/226。6個高速計數(shù)器（30KHz有相同的功能。CPU222/224/224XP/226?？煞奖愕赜脭?shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。可使用仿真器（選件）對本機(jī)輸入信號進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶程序。電池模塊用于長時間數(shù)據(jù)后備用戶數(shù)（如標(biāo)志位狀態(tài)數(shù)據(jù)塊定時器計數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級電容存貯大5用電池模塊能延長存貯時間200年壽命電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中。⑻適用范圍：S7-200系列在集散自動化系統(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單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(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，運(yùn)動系統(tǒng)4]。3.4溫度傳感器是指能將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換成可以輸出的信號的器件度傳感器是測定溫度設(shè)備中的核心，有很多的種類。我們要通過溫度傳感器測量出房間內(nèi)的溫度后與房間內(nèi)的設(shè)定溫度進(jìn)行對比，通過控制調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，進(jìn)而更合理的控制房間的溫度，達(dá)到既節(jié)能又滿足人們的需求的目的。本次設(shè)計中我們采用了PT100度傳感器的阻值跟溫度的變化成正比0廣泛應(yīng)用與工業(yè)當(dāng)中它的工作原理是當(dāng)PT100處零攝氏度的環(huán)境中的時候，其阻值為

Ω，的電阻值隨著溫度是升高接近按比例均勻上升[5]

。溫度—電阻表，如表3.1所示。T—R關(guān)系圖如所示。表PT100溫度與相應(yīng)阻值對應(yīng)表溫度-50/℃

-30-20-1001020電

阻

88.2296.09100.00103.90107.79/溫

度

70110120/℃電

阻

123.24127.08130.90134.71138.51142.29/溫

度

150160170180190/℃電

阻

157.33161.05164.77168.48172.17175.86/圖PT100TR關(guān)圖3.5對應(yīng)溫度PT100溫度傳感器，本設(shè)計采用溫度變送器。溫度變送器為鉑電阻溫度變送器它可以直接安裝在溫度傳感器內(nèi)可以將溫度傳感器電阻的電阻信號轉(zhuǎn)化為4-20mA的電流信號。溫度變送器可用于傳送距離較遠(yuǎn)的場合其抗干擾能力也較強(qiáng)可以用在存在干擾的場合。3.6人機(jī)界面是用戶與系統(tǒng)之間進(jìn)行交流的一個平臺是實(shí)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部信息與用戶交流的界面一個好的人機(jī)界面會使用戶省去很多的麻煩使操作變得非常簡單隨著工藝工程的日益復(fù)雜和人們對機(jī)器要求的不斷提高在人機(jī)界面中透明性變得非常重要。是一種成本比較低的人機(jī)界面，具有比較高的性價比，可以實(shí)現(xiàn)用戶與機(jī)器之間的交流。是一個文本顯示設(shè)備，通過連接可編程控制器即S7-200，用來查看、監(jiān)視和更改程序中的變量。有四個預(yù)定義的置位功能鍵，若使用則可以擴(kuò)展到八個功能鍵。TD200設(shè)備的組態(tài)需要完成以下操作：7-Micro/WIN的文本顯示向,創(chuàng)作操作員界面和報警和組態(tài)TD設(shè)備的參數(shù)塊；TD參數(shù)中，選TD設(shè)備的類型、啟用CPU功能、選擇更新速率、選擇語言和字符集和組態(tài)按鍵；屏幕設(shè)置中，創(chuàng)建用戶菜單，定義屏幕；報警設(shè)置中，選擇顯示選項(xiàng)，定義報警信息；語言集設(shè)置中，選擇提示和菜單的語言，選擇字符集；翻譯報警和屏幕，把翻譯后的信息反饋回報警和屏幕；參數(shù)塊地址設(shè)置中，定義參數(shù)塊的地址，即V存儲區(qū)。3.7本次設(shè)計中采用2臺冷凍機(jī)主機(jī)臺冷凍水水泵其中三臺冷凍水水泵為備用。冷凍機(jī)可以根據(jù)冷凍水出口的水溫自動調(diào)節(jié)，若水溫高于度則制冷機(jī)正常工作，若低于7，則制冷機(jī)自動停機(jī)。主要電路圖及其介紹：圖3.7為系統(tǒng)主回路示意圖：本系統(tǒng)采用西門子S7-200，CPU號為?？删幊炭刂破魇褂昧送ㄓ嵔涌谕ㄓ嵔涌诳晒┚€纜通訊冷凍泵的工作頻率和工作臺數(shù)由變頻器來控制。圖3.8系統(tǒng)電路圖：該控制系統(tǒng)分自動和手動模式，自動模式下通過及變頻器控制，手動模式下通過開關(guān)的閉合控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。圖3.9主要設(shè)備的端口連接圖：EM231、由PLCL+端口輸出的電源供電，變頻器的3、4接口是用于接受模擬量輸入信號2930口用于通過與通訊。TD200人界面

西門子S7-200CPU226

溫度變送器EM231EM232驅(qū)動柜

驅(qū)動柜

驅(qū)動柜遠(yuǎn)程口MM440變頻器

遠(yuǎn)程口

遠(yuǎn)程口冷凍泵冷凍泵（備用）

冷凍泵冷凍泵（備用）

冷凍泵冷凍泵（備用）圖中空調(diào)冷凍水循環(huán)控制系統(tǒng)主回路連接示意圖器器變送器圖3.7中空調(diào)控制系統(tǒng)電路圖Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.6Q1.1Q1.2

MCPU226串口L+

L+

RAAB+EM231ML+⊥

EM232ML+⊥24VDC

380VL

LMM440變

V

MMMRS-485網(wǎng)絡(luò)線纜用于USS通訊圖3.8中空控制系統(tǒng)主要設(shè)備的端口連接圖3.8PLC、溫度傳感器是第章軟件設(shè)計4.1控制簡介制主要分為兩類開環(huán)控制和閉環(huán)控制開環(huán)控制系統(tǒng)的被控對象的輸出對控制器的輸入沒有影響在這種控制系統(tǒng)中不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路本次設(shè)計采用閉環(huán)控制閉環(huán)控制的基礎(chǔ)是反饋反饋控制是現(xiàn)在自動控制中常用的控制技術(shù)本次設(shè)計采用的PID控制也是一種常用的反饋控制反饋?zhàn)罨镜慕M成部分測量部分比較部分和執(zhí)行部分首先需要傳感器測量出相應(yīng)的值，然后與期望值相對應(yīng)，根據(jù)其差距進(jìn)行對輸入進(jìn)行調(diào)節(jié)。PID制即比例、積分和微分。其中需要設(shè)計三個參數(shù)（K,T

I

T過這三個參數(shù)對期望值D與測量值進(jìn)行計算，從而得到需要對輸入量的執(zhí)行控制6]。制的優(yōu)點(diǎn)：第一，用范圍廣。第二，數(shù)較易整定。第三，制器在實(shí)踐中也不斷的得到改進(jìn)，下面兩個改進(jìn)的例子。。r(t)

e(t)

比例積分

U(t)

過程對象

c(t)-

微分圖PID控系原理圖參數(shù)整定整定原則三個參數(shù)的的設(shè)置是有相互關(guān)系的系統(tǒng)在運(yùn)行時也可對參數(shù)進(jìn)行細(xì)調(diào)：被控物理量在目標(biāo)值附近振蕩，首先加大積分時間I，仍有振蕩，可適當(dāng)減小比例增益P被控物理量在發(fā)生變化后難以恢首先加大比例增益如果恢復(fù)仍較緩慢，可適當(dāng)減小積分時間I，還可加大微分時間D。整定步驟：首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；在一定的控制度下通過公式計算得到制器的參數(shù)。對中央空調(diào)的PID控制近幾年，中央空調(diào)系統(tǒng)的變頻控制中多采制或者控制來實(shí)現(xiàn)對水泵電機(jī)運(yùn)行頻率的控制過溫度傳感器檢測出制冷機(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，通過可編程控制器的制來調(diào)節(jié)控制冷凍泵電機(jī)運(yùn)行的變頻器的頻率值最終使溫差值保持在允許范圍內(nèi)。由前面的分析可知統(tǒng)的冷負(fù)荷隨著晝夜和季節(jié)的不同氣環(huán)境的變化，有很大的差異室溫等因素也會產(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)時的修改設(shè)置參數(shù)，可更加節(jié)能，通過建立溫度查詢表并通過人機(jī)界面輸入PLC儲器中可實(shí)現(xiàn)自動控制[11]

。4.2件STEP7本次設(shè)計中對PLC程序的編寫采用是西門子公司的

STEP7-micro/win32V4.0軟件。軟件使用的是用梯形圖進(jìn)行編寫程序。梯形圖很接近實(shí)際系統(tǒng)中的電氣控制原理圖很容易編寫和讀懂是使用比較多的語言到很多人的青睞。STEP7軟件有很多的優(yōu)點(diǎn)，首先是它的調(diào)試功能非常的強(qiáng)大，STEP7可以在線讀取數(shù)據(jù)并且還可以在讀取數(shù)據(jù)的過程中修改數(shù)據(jù)使得很多龐大而又復(fù)雜的程序的調(diào)試變得簡單很多。通過7程軟件，不但可以方便的使用梯形圖和語句表等形式進(jìn)行離線編程，經(jīng)過編譯后通過轉(zhuǎn)接電纜直接下載入的內(nèi)存中執(zhí)行，而且在調(diào)試運(yùn)行時還可以在線監(jiān)視程序中各個輸入輸出或狀態(tài)點(diǎn)的通斷狀況給調(diào)試工作也帶來極大的方便。圖4.2軟界面4.3plc編程程序流程圖本次設(shè)計采用軟件編寫200的程序，編寫程序之前要做好流程圖。如下圖。1#

2#空

3#空圖4.3中央空調(diào)控制系統(tǒng)程序流圖中央空調(diào)控制系統(tǒng)的I/O配表名稱SASB1SB2SB3SB4SB5SB6

地址編號輸入信號I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I1.0I1.1I0.5I0.6I0.7I1.2I1.3I1.4I1.5輸出信號

說明控制驅(qū)動裝置啟動/停止停車信號2，自由停車停車信號3，快速停車確認(rèn)故障控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)換USS通訊和通訊開始讀/寫操作手動/自動切換手動啟動1#凍泵手動停止1#凍泵手動啟動2#凍泵手動停止2#凍泵手動啟動3#凍泵手動停止3#凍泵房間內(nèi)溫度傳感器運(yùn)行模式反饋運(yùn)轉(zhuǎn)方向指示指示驅(qū)動裝置禁止?fàn)顟B(tài)故障指示KM2KM1KM4KM3KM6KM5

AQW0

1#冷凍泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈1#冷凍泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈2#冷凍泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈2#冷凍泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈3#冷凍泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈3#冷凍泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈輸出模擬信號到變頻器程序中使用的存儲器及其功能地址M0.0/M0.1M0.3/M0.4M1.0/M1.1中央空調(diào)溫度控制系統(tǒng)程序程序詳見附錄一。

功能傳感器反饋電壓壓力下限對應(yīng)的電壓值壓力上限對應(yīng)的電壓值變頻工作泵的泵號工頻運(yùn)行泵的總臺數(shù)產(chǎn)生關(guān)斷變頻脈沖信號的時間控制產(chǎn)生啟動工頻脈沖信號的時間控制增加工頻泵的時間控制減少工頻泵的時間控制產(chǎn)生下一臺泵變頻啟動信號的時間控制初始化完成標(biāo)志位讀寫功能塊完成標(biāo)志位，用于功能塊輪替讀寫功能塊控制位工頻啟動脈沖變頻啟動脈沖關(guān)斷當(dāng)前泵脈沖當(dāng)前泵工頻啟動脈沖下一臺泵變頻運(yùn)行脈沖泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換控制邏輯泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換控制邏輯泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換控制邏輯4.4介智能儀表技術(shù)是伴隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展而成熟起來的著現(xiàn)代化企業(yè)的發(fā)展很多企業(yè)在選擇儀表的過程中首先考慮的就是具有聯(lián)網(wǎng)通信接口所以智能儀表受到很多企業(yè)的歡迎智能儀表最開始的是簡單的模擬量數(shù)據(jù)的傳輸后來的儀表接口是RS-232口，這種接口可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信，但是不能聯(lián)網(wǎng)，于是，RS485現(xiàn)了，解決了聯(lián)網(wǎng)的問題。電纜：在低速、短距離、無干擾的場合可以采用普通的雙絞線，反之，在高速、長線傳輸時，則必須采用阻抗匹(一般為120)的用電纜，而在干擾惡劣的環(huán)境下還應(yīng)采用鎧裝型雙絞屏蔽電纜。在使用RS-485接口時，對于特定的傳輸線路，從RS-485接口到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號傳輸所允許的最大電纜長度與信號傳輸?shù)牟ㄌ芈食煞幢葌€長度數(shù)據(jù)主要是受信號失真及噪聲等影響所影響[。USS協(xié)議軟件與200的通訊S7-200編程控制器與西門子MM系列的變頻器之間使用的是USS通信協(xié)議，在STEP7以上版本中可以很方便的完成通信控制實(shí)際驅(qū)動器和讀?。瘜懭腧?qū)動器參數(shù)[。USS通信都是從主站發(fā)起，并且主站一直不間斷的循環(huán)輪詢各個從站，從站根據(jù)收到的響應(yīng)決定響應(yīng)。從站要應(yīng)答是需要滿足的條件：接收到的主站報文沒有錯誤。本從站在接收到主站報文中被尋址。不滿足上述條件或者主站發(fā)出的是廣播報文從站不會做任何響應(yīng)當(dāng)主站的報文被從站收到后從站必須在規(guī)定的時間內(nèi)做出回應(yīng)否則主站會認(rèn)為從站出錯。為完成USS通訊，還需要對MM440進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。，變頻器的所有參數(shù)響應(yīng)；，將數(shù)據(jù)存入中；，變頻器的控制方式選擇為通訊方式；P2010[2]=6,波特率選擇為9600；通訊地址為0~31。USS通信是由S7-200和驅(qū)動裝置配合，因此相關(guān)參數(shù)一定要配合設(shè)置。4.5MCGS組態(tài)軟件態(tài)軟件簡介andControl是北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司開發(fā)的的一套組態(tài)軟件于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測前端數(shù)據(jù)的處理與控制具有功能完善、操作簡便、可視性好