基于PLC的中央空調(diào)溫度器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要本溫度控制器設(shè)計(jì)采用變頻器、PLC、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(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的輸出流量到達(dá)節(jié)能目的。該系統(tǒng)采用西門(mén)子的S7—200PLC作為主控制單元，利用傳統(tǒng)PID控制算法，通過(guò)西門(mén)子MM440變頻器控制水泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度，保證系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際負(fù)荷的情況調(diào)整流量，實(shí)現(xiàn)恒溫控制，從而最大程度的解決能源浪費(fèi)問(wèn)題。本設(shè)計(jì)通過(guò)采用基于USS協(xié)議的RS-485總線通訊的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)西門(mén)子TD200文本顯示器實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，使用MCGS工控組態(tài)軟件，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行理論分析。通過(guò)分析該設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的可靠性，可以解決中央空調(diào)溫度控制器的能源浪費(fèi)問(wèn)題。關(guān)鍵詞：中央空調(diào)溫度控制器，PLC，PID，變頻器ABSTRACTThisdesignisdevelopedbasedonthecombinationoffrequencyconverter,PLC,temperaturesensor.Itmakesupatemperaturedifferenceclosed-loopautomaticcontrolsystemandautomaticallyadjusttheoutputflowofpumptoachieveenergysaving.ThesystemadoptstheSiemensS7-200PLCasthemaincontrolunit,usingthetraditionalPIDtocontrolalgorithm,usingSiemensMM440invertertocontrolofpumpspeed,toguaranteesystemadjustloadflowaccordingtoactualsituation.Allofthesewillbringoutconstanttemperaturecontrol,soastosolvetheproblemofenergywastetoagreatextent.ThisdesignuseRS-485buscommunicationnetworkswhichisbasedonUSSprotocolandusingtheSiemensTD200torealizethehuman-computerinterfacedesign,andusingthesoftwaremadefromMCGS,tocarriesonthetheoreticalanalysistothesystem.Verifiedthereliabilityofthedesign,thedesigncansolvetheproblemofcentralairconditioningenergywastethroughtheanalysisofthedesign.KEYWORDS:Thecentralairconditioning,PLC,PID,frequencyconverter

目錄摘要IABSTRACTII第1章緒論11.1中央空調(diào)溫度控制器的開(kāi)展11.1.1中央空調(diào)溫度控制器現(xiàn)在狀況11.1.2中央空調(diào)溫度控制開(kāi)展趨勢(shì)11.2本設(shè)計(jì)的意義11.2.1設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容11.2.2設(shè)計(jì)的意義2第2章中央空調(diào)溫度控制器系統(tǒng)介紹32.1中央空調(diào)溫度控制器結(jié)構(gòu)32.1.1中央空調(diào)溫度控制器概述32.1.2中央空調(diào)溫度控制器結(jié)構(gòu)32.2中央空調(diào)溫度控制器系統(tǒng)工作原理42.2.1制冷原理42.2.2工作原理42.2.3中央空調(diào)溫度控制器的控制原理42.3中央空調(diào)溫度控制器的評(píng)價(jià)52.4本章小結(jié)5第3章中央空調(diào)溫度控制器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)63.1變頻器63.1.1變頻器的介紹63.1.2變頻調(diào)速的原理63.1.3變頻器的選擇93.1.4使用注意的問(wèn)題103.2電機(jī)的軟啟動(dòng)原理及應(yīng)用113.2.1軟啟動(dòng)的介紹113.2.2軟啟開(kāi)工作原理113.2.3軟啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)113.2.4軟啟動(dòng)與變頻器的比照123.3PLC選型123.3.1PLC的工作原理123.3.2西門(mén)子S7—200介紹133.4溫度傳感器143.5溫度變送器153.6人機(jī)界面選型方案153.7總體硬件設(shè)計(jì)163.8本章小結(jié)18第4章軟件設(shè)計(jì)204.1PID控制204.1.1PID控制簡(jiǎn)介204.1.2PID參數(shù)整定204.1.3對(duì)中央空調(diào)溫度控制器的PID控制214.2應(yīng)用軟件STEP7214.3plc編程224.3.1程序流程圖224.3.2中央空調(diào)溫度控制器控制系統(tǒng)的I/O分配表244.3.3程序中使用的存儲(chǔ)器及其功能254.3.4中央空調(diào)溫度控制器溫度控制系統(tǒng)程序254.4設(shè)備通訊264.4.1RS-485介紹264.4.2USS協(xié)議軟件與S7—200間的通訊264.5MCGS組態(tài)軟件274.5.1MCGS組態(tài)軟件簡(jiǎn)介274.5.1MCGS組態(tài)畫(huà)面274.6本章小結(jié)29第5章結(jié)論30致謝31參考文獻(xiàn)32附錄33第1章緒論1.1中央空調(diào)溫度控制器的開(kāi)展1.1.1中央空調(diào)溫度控制器現(xiàn)在狀況中央空溫度控制器調(diào)行業(yè)現(xiàn)在存在著巨大的競(jìng)爭(zhēng)，這種競(jìng)爭(zhēng)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(gè)時(shí)代有著很重大的意義。傳統(tǒng)的中央空調(diào)溫度控制器在這個(gè)時(shí)代已經(jīng)沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力，這個(gè)行業(yè)要想在這個(gè)時(shí)代生存下去或者有進(jìn)一步的開(kāi)展，必須要開(kāi)發(fā)新市場(chǎng)。最近幾年，中央空調(diào)溫度控制器企業(yè)在變頻多聯(lián)機(jī)市場(chǎng)和單元機(jī)市場(chǎng)以及離心機(jī)市場(chǎng)等領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新，引發(fā)了在中央空調(diào)溫度控制器領(lǐng)域的進(jìn)一步的開(kāi)展。在中央空調(diào)溫度控制器領(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(huì)在這個(gè)領(lǐng)域會(huì)有很大的開(kāi)展，成為這個(gè)行業(yè)的領(lǐng)跑者。1.1.2中央空調(diào)溫度控制器開(kāi)展趨勢(shì)中央空調(diào)溫度控制器變頻節(jié)能是未來(lái)的開(kāi)展目標(biāo)，它是提高人們生活質(zhì)量的首要的開(kāi)展方向。“以人為本〞是社會(huì)開(kāi)展的根底，對(duì)于這個(gè)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)的開(kāi)展是人類(lèi)需求和技術(shù)開(kāi)展的內(nèi)在動(dòng)力，所以，中央空調(diào)溫度控制器的變頻節(jié)能就是要根據(jù)人們的需求，滿足社會(huì)的開(kāi)展而開(kāi)展技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。中央空調(diào)溫度控制器變頻技術(shù)的開(kāi)展根底是低碳節(jié)能和保護(hù)環(huán)境。人們生活水平的提高經(jīng)常是以犧牲環(huán)境為代價(jià)的，我們對(duì)此都有深刻的體會(huì)，低碳節(jié)能成為經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的要求，中央空調(diào)溫度控制器變頻節(jié)能的未來(lái)開(kāi)展要服從這個(gè)大局。提高中央空調(diào)溫度控制器系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，降低能源浪費(fèi)，必須要提高中央空調(diào)溫度控制器壓縮機(jī)系統(tǒng)和末段系統(tǒng)的運(yùn)行的平安性和經(jīng)濟(jì)性。持續(xù)開(kāi)展是中央空調(diào)溫度控制器變頻節(jié)能技術(shù)開(kāi)展的目標(biāo)，變頻技術(shù)同人居環(huán)境的和諧開(kāi)展是建立在節(jié)約型社會(huì)的技術(shù)上，中央空調(diào)溫度控制器的開(kāi)展要對(duì)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)溫度控制器行業(yè)的可持續(xù)開(kāi)展。1.2本設(shè)計(jì)的意義1.2.1設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本文首先對(duì)中央空調(diào)溫度控制器的開(kāi)展進(jìn)行了概述，論述了變頻節(jié)能的重要性。本設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)PID控制，構(gòu)成溫差閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)變頻器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的輸出流量到達(dá)節(jié)能目的。本設(shè)計(jì)采用S7-200可編程控制器作為主控制單元，對(duì)基于USS通信協(xié)議的RS-485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(jì)，最終設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了中央空調(diào)溫度控制器變頻節(jié)能控制系統(tǒng)。研究工作的具體內(nèi)容如下：(1)中央空調(diào)溫度控制器結(jié)構(gòu)和工作原理的分析。(2)中央空調(diào)溫度控制器系統(tǒng)變頻控制分析。(3)PLC的介紹及應(yīng)用。(4)PID控制理論分析。(5)設(shè)計(jì)了基于RS-485網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)。(6)組態(tài)設(shè)計(jì)。(7)文中對(duì)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(jì)，采用西門(mén)子TD200文本顯示屏作為人機(jī)界面，西門(mén)子S7-200PLC作為主控制器，用一臺(tái)變頻器結(jié)合工頻供電的方式靈活驅(qū)動(dòng)冷凍水機(jī)組的三臺(tái)水泵。1.2.2設(shè)計(jì)的意義本次控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能有效地控制中央空調(diào)溫度控制器的主機(jī)和系統(tǒng)工作效率，到達(dá)降低能耗的目的。中央空調(diào)溫度控制器進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造后，一年的平均節(jié)電率大約會(huì)在30%以上，設(shè)計(jì)采用一臺(tái)變頻器控制三臺(tái)水泵，每臺(tái)水泵都可以軟啟動(dòng)，大大的降低了對(duì)中央空調(diào)溫度控制器和電網(wǎng)的沖擊。設(shè)計(jì)中引入了軟啟動(dòng),不會(huì)影響啟動(dòng)時(shí)的制冷效果，因?yàn)檐泦?dòng)的時(shí)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(dòng)調(diào)節(jié)，這可大大的改善空調(diào)的舒適性。節(jié)能系統(tǒng)還具有過(guò)流保護(hù)功能,提高系統(tǒng)的平安可靠性。第2章中央空調(diào)溫度控制器系統(tǒng)介紹2.1中央空調(diào)溫度控制器結(jié)構(gòu)2.1.1中央空調(diào)溫度控制器概述常見(jiàn)的中央空調(diào)溫度控制器主要分為單冷型管路系統(tǒng)和熱泵型管路系統(tǒng)。單冷型管路系統(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(dòng)四通閥的裝置，來(lái)調(diào)節(jié)中央空調(diào)溫度控制器制冷劑的循環(huán)方向。本文設(shè)計(jì)是單冷型管路系統(tǒng)。中央空調(diào)溫度控制器系統(tǒng)由空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和冷熱源系統(tǒng)組成。冷熱源系統(tǒng)是中央空調(diào)溫度控制器系統(tǒng)至關(guān)重要的局部，其結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、種類(lèi)等直接影響了中央空調(diào)溫度控制器在運(yùn)行中的合理性、高效性、經(jīng)濟(jì)性。2.1.2中央空調(diào)溫度控制器結(jié)構(gòu)中央空調(diào)溫度控制器系統(tǒng)主要由主機(jī)、制冷劑循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤(pán)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(pán)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)溫度控制器系統(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)溫度控制器控制系統(tǒng)重要組成局部是對(duì)制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的控制。圖2.1中央空調(diào)溫度控制器結(jié)構(gòu)2.2中央空調(diào)溫度控制器系統(tǒng)工作原理制冷原理氣態(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，與水或空氣進(jìn)行等壓熱交換，變成低溫高壓液態(tài)。液態(tài)制冷劑經(jīng)枯燥過(guò)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(guò)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，1kg的水，在絕對(duì)壓力為0.00087MPa，飽和溫度為5℃，氣化時(shí)需要吸收2488.7KJ熱量；1kg的氨，在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，氣化時(shí)需要吸收1369.59KJ熱量，溫度可抵達(dá)-33.33℃。因此，只要?jiǎng)?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(guò)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(guò)熱蒸氣，進(jìn)入壓縮機(jī)重復(fù)循環(huán)過(guò)程[1]。2.2.2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(guò)制冷循環(huán)制冷工質(zhì)不斷吸收周?chē)諝饣蛭矬w的熱量，從而使室溫內(nèi)溫度的降低，從而到達(dá)制冷的目的。工作原理流程圖如圖2.2所示.圖2.2中央空調(diào)溫度控制器流程圖2.2.3中央空調(diào)溫度控制器的控制原理每個(gè)房間都會(huì)有獨(dú)立的溫度控制器，用戶(hù)可根據(jù)自己的需要來(lái)設(shè)定室內(nèi)的溫度。溫度傳感器能隨時(shí)感知房間的溫度，將檢測(cè)到的溫度傳送給控制器，通過(guò)傳送來(lái)的溫度與設(shè)定的溫度進(jìn)行比擬，采用PID控制，通過(guò)變頻控制冷凍泵的轉(zhuǎn)速，快速的調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度，是室溫到達(dá)設(shè)定值。這就是溫度閉環(huán)反應(yīng)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中央空調(diào)溫度控制器控制原理2.3中央空調(diào)溫度控制器的評(píng)價(jià)(1)制冷量中央空調(diào)溫度控制器在單位時(shí)間內(nèi)從房間中除去的熱量，計(jì)量單位W〔瓦〕。(2)能效比能效比又稱(chēng)為性能系數(shù)，是制冷量與制冷功率之比。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，2500W空調(diào)的能效比標(biāo)準(zhǔn)值為2.65，2500W至多4500W空調(diào)的能效比標(biāo)準(zhǔn)值為2.70。2.4本章小結(jié)本章主要分析了中央空調(diào)溫度控制器的結(jié)構(gòu)，工作原理，控制原理，以及中央空調(diào)溫度控制器性能的指標(biāo)。為下一步對(duì)中央空調(diào)溫度控制器的各局部的設(shè)計(jì)奠定根底。第3章中央空調(diào)溫度控制器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本章主要對(duì)本次設(shè)計(jì)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(guò)本章對(duì)硬件的設(shè)計(jì)，可以根本確定本次設(shè)計(jì)的根本結(jié)構(gòu)以及各主要局部的組成。3.1變頻器3.1.1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)，通過(guò)改變電機(jī)工作頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置。變頻器主要由整流、濾波、逆變、檢測(cè)單元、微處理單元、驅(qū)動(dòng)單元等組成。變頻器是通過(guò)控制絕緣柵雙極型晶體管的開(kāi)斷來(lái)改變輸出的頻率，從而到達(dá)電機(jī)所需要的轉(zhuǎn)速來(lái)控制室內(nèi)的溫度，從而到達(dá)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(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載等保護(hù)功能。圖3.1變頻器變頻器主要有三局部組成：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(huì)產(chǎn)生較大的脈動(dòng)電壓，為了減少對(duì)設(shè)備的損壞和穩(wěn)定電網(wǎng)，采用電感和電容來(lái)吸收脈動(dòng)電壓或電流。3.1.2變頻調(diào)速的原理(1)工頻控制介紹早前，國(guó)內(nèi)的中央空調(diào)溫度控制器系統(tǒng)，根本上都采用傳統(tǒng)的定流量控制方式。只要啟動(dòng)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工頻狀態(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(huì)改變，也就是不會(huì)按照室內(nèi)具體溫度進(jìn)行控制，使室內(nèi)不會(huì)有合理的溫度，既浪費(fèi)了能源，也不會(huì)使給人們舒適的生活。這種控制方式非常的簡(jiǎn)單，但是，這種控制方式存在著很多問(wèn)題：=1\*GB3①在工頻的條件下啟動(dòng)大功率的水泵風(fēng)機(jī)等設(shè)備會(huì)造成很大的啟動(dòng)電流，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，也會(huì)給中央空調(diào)溫度控制器設(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(huì)造成機(jī)械磨損嚴(yán)重，是使用壽命大大縮短。=2\*GB3②不管室內(nèi)的溫度如何變化，中央空調(diào)溫度控制器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。很多因素會(huì)影響中央空調(diào)溫度控制器的負(fù)荷，比方天氣變化，晝夜變化，室內(nèi)熱源的變化，人流的多少等都會(huì)影響。這種變化的負(fù)荷決定了中央空調(diào)溫度控制器的輸出應(yīng)該是一個(gè)變量，必須根據(jù)負(fù)荷變化來(lái)改變空調(diào)的輸出[2]。(2)電機(jī)變頻控制計(jì)算電機(jī)是中央空調(diào)溫度控制器的最主要的器件，就像人體的心臟，為了中央空調(diào)溫度控制器的運(yùn)行提供動(dòng)力，電機(jī)也是中央空調(diào)溫度控制器最耗電的器件之一。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(guò)變頻控制轉(zhuǎn)速。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速的公式：(3.1)(3.2):同步轉(zhuǎn)速，單位為；:磁極對(duì)數(shù)；:電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速；:電源頻率，單位為；:異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。根據(jù)公式，我們可以知道，通過(guò)改變電機(jī)的、改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)頻率、改變電機(jī)極對(duì)數(shù)來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)對(duì)數(shù)和滑差不易改變。因此，我們可以通過(guò)改變電源的頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。從某種意義上說(shuō)，變頻器就是一個(gè)改變電源頻率的交流電源。三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是：(3.3)式中：：每相的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值，單位為；：定子頻率，單位為；：定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；：基波繞組系數(shù)；：每極氣隙磁通量。由公式(3.3)可知：不改變變和，磁通不變。變頻調(diào)速需要考慮兩種情況：基頻以下和基頻以上。=1\*GB3①基頻以下調(diào)速由(3-3)可知，保持磁通量不變從基頻向下調(diào)節(jié)，同時(shí)會(huì)降低，繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是很難控制的，但電動(dòng)勢(shì)較高，可以忽略電子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)定定子相電壓，那么得等于常數(shù)。低頻時(shí)，和都較小，定子阻抗壓降所占的份量都比擬顯著，不能在忽略。這時(shí)，可以人為的把電壓抬高一些，以便近似的補(bǔ)償定子壓降。b線為帶定子的壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性，a線為無(wú)補(bǔ)償?shù)?。如圖3—2所示。圖3.2恒壓頻比控制特性=2\*GB3②基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從往上增高，但電壓磁通與頻率成反比的降低，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(lái)，可得到異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如圖3.3所示。如果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，那么電動(dòng)機(jī)都能長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩根本上隨磁通變化。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速〞的調(diào)速，而在基頻以上，根本上屬于“恒功率調(diào)速〞。圖3.3異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性在中央空調(diào)溫度控制器水系統(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(duì)于同一臺(tái)水泵，當(dāng)以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，水泵的流量Q，揚(yáng)程H，軸功率P與轉(zhuǎn)速n有如下關(guān)系[10](3.4)(3.5)(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(shí)，功率的減少要遠(yuǎn)比流量的減少量大的多，通過(guò)控制頻率的變化，來(lái)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)：a這種控制的啟動(dòng)為軟啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性影響比擬小。b調(diào)速的范圍較廣。3.1.3變頻器的選擇變頻器是系統(tǒng)的一個(gè)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。變頻器的選擇原那么：=1\*GB2⑴根據(jù)負(fù)載特性選擇變頻器。=2\*GB2⑵選擇變頻器時(shí)應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)。=3\*GB2⑶容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過(guò)電流跳閘現(xiàn)象，所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。=4\*GB2⑷選擇用于高速電動(dòng)機(jī)的變頻器時(shí)，應(yīng)比普通電動(dòng)機(jī)的變頻器稍大一些。本設(shè)計(jì)采用SIEMENS公司的MM400作為變頻器。MICROMASTER440相比普通的變頻器相比應(yīng)用更加的廣泛，有更高的動(dòng)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(dòng)性能。MM440有很多的優(yōu)點(diǎn)：易于調(diào)試；易于安裝；可由IT電源供電；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(jiǎn)便；模塊化設(shè)計(jì)，配置靈活；有多個(gè)繼電器輸出；2個(gè)模擬輸出；開(kāi)關(guān)頻率高，降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪音；具有多個(gè)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(guò)壓/欠壓保護(hù)；變頻器過(guò)溫保護(hù)；使用PTC通過(guò)數(shù)字輸入實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)；接地故障保護(hù)；短路保護(hù)；閉鎖電動(dòng)機(jī)保護(hù)；防止電動(dòng)機(jī)失速；參數(shù)聯(lián)鎖。3.1.4使用注意的問(wèn)題=1\*GB2⑴物理環(huán)境=1\*GB3①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0～55。=2\*GB3②腐蝕性氣體。使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大，會(huì)腐蝕元器件的引線、印刷電路板，并且會(huì)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。=3\*GB3③振動(dòng)和沖擊。除了提高控制柜的機(jī)械強(qiáng)度、遠(yuǎn)離振動(dòng)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(kāi)關(guān)之類(lèi)產(chǎn)生振動(dòng)的元器件。=4\*GB3④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，正上方和正下方要防止安裝可能阻擋排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)的大元件。=5\*GB3⑤如果特殊用戶(hù)在使用中需要取掉鍵盤(pán)，那么變頻器面板的鍵盤(pán)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。=2\*GB2⑵電氣環(huán)境=1\*GB3①防止電磁波干擾。變頻器周?chē)a(chǎn)生了很多干擾電磁波，電磁波對(duì)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(duì)儀表的干擾。=2\*GB3②防止輸入端過(guò)電壓。如果輸入端高電壓作用時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)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電機(jī)的軟啟動(dòng)原理及應(yīng)用軟啟動(dòng)的介紹電機(jī)的電壓從零慢慢升高到標(biāo)準(zhǔn)電壓，這個(gè)過(guò)程中的啟動(dòng)電流就有傳統(tǒng)控制的不可控制變?yōu)榭煽?，而且還可以進(jìn)行調(diào)整，從而使整個(gè)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生沖擊轉(zhuǎn)矩，對(duì)系統(tǒng)的影響較小。軟啟動(dòng)器是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車(chē)、多種保護(hù)功能于一體的電機(jī)控制裝置。它的主要構(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。變頻器是用于需要調(diào)速的地方，其輸出不但改變電壓而且同時(shí)改變頻率；軟起動(dòng)器實(shí)際上是個(gè)調(diào)壓器，用于電機(jī)起動(dòng)時(shí)，輸出只改變電壓并沒(méi)有改變頻率。軟啟開(kāi)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(dòng)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(dòng)控制電機(jī)時(shí)，晶閘管輸出電壓不斷增大，從而是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸增加，最后晶閘管完全導(dǎo)通，使電動(dòng)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(dòng)。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速到達(dá)要求的轉(zhuǎn)速時(shí)，軟啟動(dòng)的過(guò)程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，給電動(dòng)機(jī)提供正常的額定電壓，從而降低晶閘管的熱損耗，來(lái)延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命，并且可以防止電網(wǎng)受到諧波污染[3]。軟啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)=1\*GB2⑴電網(wǎng)電壓產(chǎn)生波動(dòng)，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(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流會(huì)是額定電流的的4～7倍，電機(jī)容量較小時(shí)對(duì)電網(wǎng)那個(gè)的影響比擬小，但是當(dāng)電機(jī)的很大時(shí)，4～7被的額定電流會(huì)是電網(wǎng)的電壓幾句下降，使同一個(gè)電網(wǎng)的其他設(shè)備的正常運(yùn)行受到影響。在軟起動(dòng)器啟動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流會(huì)是額定電流的2～3倍，在電網(wǎng)允許的波動(dòng)范圍之內(nèi)，對(duì)其他設(shè)備的影響很小。=2\*GB2⑵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(huì)使導(dǎo)線之間產(chǎn)生摩擦，也會(huì)使壽命降低；高壓開(kāi)關(guān)合閘時(shí)，觸頭會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這會(huì)在電機(jī)定子繞組上造成操作過(guò)電壓，操作過(guò)電壓有時(shí)會(huì)到達(dá)額定電壓的6倍以上，這樣的高壓會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞，影響使用壽命。軟啟動(dòng)與變頻器的比照軟起動(dòng)器和變頻器是兩種不同用途的產(chǎn)品。軟起動(dòng)器按其工作原理就是一個(gè)調(diào)壓器，當(dāng)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，降低輸出電壓，但是頻率并不會(huì)發(fā)生改變。變頻器也有軟啟動(dòng)功能，但是變頻器是通過(guò)改變電源頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不會(huì)降低電壓。本次設(shè)計(jì)中，將軟啟動(dòng)器和變頻器一起配合使用，由變頻器帶動(dòng)一臺(tái)水泵變速運(yùn)行，一個(gè)軟啟動(dòng)器控制其他電機(jī)的操作，由變頻器控制的水泵可以定時(shí)輪換使各泵運(yùn)行的時(shí)間相均衡，從而時(shí)各臺(tái)水泵的壽命得到延長(zhǎng)。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)，專(zhuān)門(mén)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC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(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原那么而設(shè)計(jì)[4]。3.3.1PLC的工作原理當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)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(gè)階段。一，輸入采樣階段。在掃描周期內(nèi)，PLC定時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)的全部有關(guān)信息采集到控制器中，通常在掃描周期的開(kāi)始或結(jié)束時(shí)進(jìn)行定時(shí)采集，這一階段稱(chēng)為輸入采樣階段。在這個(gè)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)。二，用戶(hù)程序執(zhí)行階段。在用戶(hù)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)算三，輸出刷新階段在用戶(hù)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(huì)根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果來(lái)刷新對(duì)應(yīng)的邏輯線圈在系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)中相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，或者刷新輸入輸出映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。圖3.4可編程控制器與其他設(shè)備的連接3.3.2西門(mén)子S7—200介紹本設(shè)計(jì)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(chǎng)合中的檢測(cè)。S7-200系列的可編程控制器具有很強(qiáng)大功能，使它無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或者相連成網(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?xún)r(jià)。以下是S7-200的根本特點(diǎn)：=1\*GB2⑴S7-200具有集成的24V負(fù)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。=2\*GB2⑵S7-200具有不同的設(shè)備類(lèi)型。S7-200的CPU221，222,224,226各有兩種類(lèi)型CPU，具有不同的控制電壓和電源電壓。=3\*GB2⑶本機(jī)數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)。CPU221具有六個(gè)輸入點(diǎn)和四個(gè)輸出點(diǎn)，CPU222具有八個(gè)輸入點(diǎn)和六個(gè)輸出點(diǎn)，CPU224具有十四個(gè)輸入點(diǎn)和十個(gè)輸出點(diǎn)，CPU226具有二十四個(gè)輸入點(diǎn)和十六個(gè)輸出點(diǎn)。=4\*GB2⑷中斷輸入。允許以極快的速度對(duì)過(guò)程信號(hào)的上升沿作出響應(yīng)。=5\*GB2⑸4個(gè)高速計(jì)數(shù)器〔30KHz〕，可編程并具有復(fù)位輸入，2個(gè)獨(dú)立的輸入端可同時(shí)作加、減計(jì)數(shù)，可連接兩個(gè)相位差為90°的A/B相增量編碼器。CPU224/224XP/226。6個(gè)高速計(jì)數(shù)器〔30KHz〕，具有CPU221/222相同的功能。=6\*GB2⑹CPU222/224/224XP/226?？煞奖愕赜脭?shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？墒褂梅抡嫫鳌策x件〕對(duì)本機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶(hù)程序。=7\*GB2⑺電池模塊用于長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)后備。用戶(hù)數(shù)據(jù)〔如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器〕可通過(guò)內(nèi)部的超級(jí)電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長(zhǎng)存貯時(shí)間到200天〔10年壽命〕。電池模塊插在存儲(chǔ)器模塊的卡槽中。=8\*GB2⑻適用范圍：S7-200系列在集散自動(dòng)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(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)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)溫度控制器，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)[4]。3.4溫度傳感器溫度傳感器是指能將檢測(cè)到的溫度轉(zhuǎn)換成可以輸出的信號(hào)的器件。溫度傳感器是測(cè)定溫度設(shè)備中的核心，有很多的種類(lèi)。我們要通過(guò)溫度傳感器測(cè)量出房間內(nèi)的溫度，然后與房間內(nèi)的設(shè)定溫度進(jìn)行比照，通過(guò)PID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，到達(dá)既節(jié)能又滿足人們的需求的目的。本次設(shè)計(jì)中，我們采用了PT100溫度傳感器。PT100的阻值跟溫度的變化成正比。PT100廣泛應(yīng)用與工業(yè)當(dāng)中，它的工作原理是：當(dāng)PT100處在零攝氏度的環(huán)境中的時(shí)候，其阻值為100Ω，PT100的電阻值隨著溫度是升高接近按比例均勻上升[5]。PT100溫度—電阻表，如表3.1所示。T—R關(guān)系圖如圖3.1所示。表3.1PT100溫度與相應(yīng)阻值對(duì)應(yīng)表溫度/℃-50-40-30-20-100102030電阻/Ω80.3184.2788.2292.1696.09100.00103.90107.79111.67溫度/℃405060708090100110120電阻/Ω115.54119.40123.24127.08130.90134.71138.51142.29146.07溫度/℃130140150160170180190200電阻/Ω149.83153.58157.33161.05164.77168.48172.17175.86圖3.5PT100T—R關(guān)系圖3.5溫度變送器對(duì)應(yīng)溫度PT100溫度傳感器，本設(shè)計(jì)采用PT100溫度變送器。PT100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(hào)轉(zhuǎn)化為4-20mA的電流信號(hào)。PT100溫度變送器可用于傳送距離較遠(yuǎn)的場(chǎng)合，其抗干擾能力也較強(qiáng)，可以用在存在干擾的場(chǎng)合。3.6人機(jī)界面選型方案人機(jī)界面是用戶(hù)與系統(tǒng)之間進(jìn)行交流的一個(gè)平臺(tái)，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部信息與用戶(hù)交流的界面，一個(gè)好的人機(jī)界面會(huì)使用戶(hù)省去很多的麻煩，使操作變得非常簡(jiǎn)單。隨著工藝工程的日益復(fù)雜和人們對(duì)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。S7-200TD是一種本錢(qián)比擬低的人機(jī)界面，具有比擬高的性?xún)r(jià)比，可以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與機(jī)器之間的交流。S7-200TD是一個(gè)文本顯示設(shè)備，通過(guò)連接可編程控制器即S7-200，用來(lái)查看、監(jiān)視和更改程序中的變量。S7-200TD有四個(gè)預(yù)定義的置位功能鍵，假設(shè)使用shift那么可以擴(kuò)展到八個(gè)功能鍵。TD200設(shè)備的組態(tài)需要完成以下操作：=1\*GB3①STEP7-Micro/WIN的文本顯示向?qū)?創(chuàng)作操作員界面和報(bào)警和組態(tài)TD設(shè)備的參數(shù)塊；=2\*GB3②TD參數(shù)中，選擇TD設(shè)備的類(lèi)型、啟用CPU功能、選擇更新速率、選擇語(yǔ)言和字符集和組態(tài)按鍵；=3\*GB3③屏幕設(shè)置中，創(chuàng)立用戶(hù)菜單，定義屏幕；=4\*GB3④報(bào)警設(shè)置中，選擇顯示選項(xiàng)，定義報(bào)警信息；=5\*GB3⑤語(yǔ)言集設(shè)置中，選擇提示和菜單的語(yǔ)言，選擇字符集；=6\*GB3⑥翻譯報(bào)警和屏幕，把翻譯后的信息反應(yīng)回報(bào)警和屏幕；=7\*GB3⑦參數(shù)塊地址設(shè)置中，定義參數(shù)塊的地址，即V存儲(chǔ)區(qū)。3.7總體硬件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中，采用2臺(tái)冷凍機(jī)主機(jī)，6臺(tái)冷凍水水泵，其中三臺(tái)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(dòng)調(diào)節(jié)，假設(shè)水溫高于7度那么制冷機(jī)正常工作，假設(shè)低于7度，那么制冷機(jī)自動(dòng)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(mén)子S7-200，CPU型號(hào)為226。可編程控制器使用了通訊接口，通訊接口可供線纜通訊。冷凍泵的工作頻率和工作臺(tái)數(shù)由變頻器來(lái)控制。圖3.8系統(tǒng)電路圖：該控制系統(tǒng)分自動(dòng)和手動(dòng)模式，自動(dòng)模式下通過(guò)PLC及變頻器控制，手動(dòng)模式下通過(guò)開(kāi)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、EM232由PLCL+端口輸出的24V電源供電，變頻器的3、4接口是用于接受模擬量輸入信號(hào)，29、30接口用于通過(guò)RS-485與PLC通訊。圖3.6中央空調(diào)溫度控制器冷凍水循環(huán)控制系統(tǒng)主回路連接示意圖圖3.7中央空調(diào)溫度控制器控制系統(tǒng)電路圖圖3.8中央空調(diào)溫度控制器控制系統(tǒng)主要設(shè)備的端口連接圖3.8本章小結(jié)本章主要介紹了中央空調(diào)溫度控制器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括變頻器、PLC、溫度傳感器是選型，總體硬件電路的設(shè)計(jì)，空調(diào)制冷方案是設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了人機(jī)界面。對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的硬件局部有了清晰的認(rèn)識(shí)。第4章軟件設(shè)計(jì)4.1PID控制4.1.1PID控制簡(jiǎn)介PID控制主要分為兩類(lèi)：開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象的輸出對(duì)控制器的輸入沒(méi)有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴(lài)將被控量反送回來(lái)以形成任何閉環(huán)回路本次設(shè)計(jì)采用閉環(huán)控制。閉環(huán)控制的根底是反應(yīng)。反應(yīng)控制是現(xiàn)在自動(dòng)控制中常用的控制技術(shù)，本次設(shè)計(jì)采用的PID控制也是一種常用的反應(yīng)控制。反應(yīng)最根本的組成局部測(cè)量局部、比擬局部和執(zhí)行局部。首先需要傳感器測(cè)量出相應(yīng)的值，然后與期望值相對(duì)應(yīng)，根據(jù)其差距進(jìn)行對(duì)輸入進(jìn)行調(diào)節(jié)。PID控制即比例、積分和微分。其中需要設(shè)計(jì)三個(gè)參數(shù)〔,和〕，通過(guò)這三個(gè)參數(shù)對(duì)期望值與測(cè)量值進(jìn)行計(jì)算，從而得到需要對(duì)輸入量的執(zhí)行控制[6]。PID控制的優(yōu)點(diǎn)：第一，PID應(yīng)用范圍廣。第二，PID參數(shù)較易整定。第三，PID控制器在實(shí)踐中也不斷的得到改良，下面兩個(gè)改良的例子。。圖4.1PID控制系統(tǒng)原理圖4.1.2PID參數(shù)整定整定原那么：三個(gè)參數(shù)的的設(shè)置是有相互關(guān)系的，系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)也可對(duì)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(shí)間I，如仍有振蕩，可適當(dāng)減小比例增益P。被控物理量在發(fā)生變化后難以恢復(fù)，首先加大比例增益P，如果恢復(fù)仍較緩慢，可適當(dāng)減小積分時(shí)間I，還可加大微分時(shí)間D。整定步驟：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅參加比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。4.1.3對(duì)中央空調(diào)溫度控制器的PID控制近幾年，中央空調(diào)溫度控制器系統(tǒng)的變頻控制中多采用PI控制或者PID控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵電機(jī)運(yùn)行頻率的控制。通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)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(duì)，通過(guò)可編程控制器的PID控制來(lái)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，系統(tǒng)的冷負(fù)荷隨著晝夜和季節(jié)的不同、大氣環(huán)境的變化，有很大的差異，室溫等因素也會(huì)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(shí)的修改設(shè)置參數(shù)，可更加節(jié)能，通過(guò)建立溫度查詢(xún)表并通過(guò)人機(jī)界面輸入到PLC存儲(chǔ)器中可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制[11]。4.2應(yīng)用軟件STEP7本次設(shè)計(jì)中對(duì)PLC程序的編寫(xiě)采用是西門(mén)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(xiě)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(xiě)和讀懂，是使用比擬多的語(yǔ)言，受到很多人的青睞。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(guò)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(jiǎn)單很多。通過(guò)STEP7編程軟件，不但可以方便的使用梯形圖和語(yǔ)句表等形式進(jìn)行離線編程，經(jīng)過(guò)編譯后通過(guò)轉(zhuǎn)接電纜直接下載入PLC的內(nèi)存中執(zhí)行，而且在調(diào)試運(yùn)行時(shí)，還可以在線監(jiān)視程序中各個(gè)輸入輸出或狀態(tài)點(diǎn)的通斷狀況，給調(diào)試工作也帶來(lái)極大的方便。圖4.2STEP7軟件界面4.3plc編程4.3.1程序流程圖本次設(shè)計(jì)采用STEP7軟件編寫(xiě)S7—200的程序，編寫(xiě)程序之前要做好流程圖。如下列圖4.2。圖4.3中央空調(diào)溫度控制器控制系統(tǒng)程序流程圖4.3.2中央空調(diào)溫度控制器控制系統(tǒng)的I/O分配表名稱(chēng)地址編號(hào)說(shuō)明輸入信號(hào)I0.0控制驅(qū)動(dòng)裝置啟動(dòng)/停止I0.1停車(chē)信號(hào)2，自由停車(chē)I0.2停車(chē)信號(hào)3，快速停車(chē)I0.3確認(rèn)故障I0.4控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向I1.0轉(zhuǎn)換USS通訊和PPI通訊I1.1開(kāi)始讀/寫(xiě)操作SAI0.5手動(dòng)/自動(dòng)切換,SB1I0.6手動(dòng)啟動(dòng)1#冷凍泵SB2I0.7手動(dòng)停止1#冷凍泵SB3I1.2手動(dòng)啟動(dòng)2#冷凍泵SB4I1.3手動(dòng)停止2#冷凍泵SB5I1.4手動(dòng)啟動(dòng)3#冷凍泵SB6I1.5手動(dòng)停止3#冷凍泵AIW0房間內(nèi)溫度傳感器輸出信號(hào)Q0.0運(yùn)行模式反應(yīng)Q0.1運(yùn)轉(zhuǎn)方向指示Q0.2指示驅(qū)動(dòng)裝置禁止?fàn)顟B(tài)Q0.3故障指示KM2Q0.51#冷凍泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM1Q0.41#冷凍泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM4Q0.72#冷凍泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM3Q0.62#冷凍泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM6Q1.23#冷凍泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM5Q1.13#冷凍泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈AQW0輸出模擬信號(hào)到變頻器程序中使用的存儲(chǔ)器及其功能地址功能VD108傳感器反應(yīng)電壓VD104壓力下限對(duì)應(yīng)的電壓值VD106壓力上限對(duì)應(yīng)的電壓值VD300變頻工作泵的泵號(hào)VD301工頻運(yùn)行泵的總臺(tái)數(shù)T33產(chǎn)生關(guān)斷變頻脈沖信號(hào)的時(shí)間控制T34產(chǎn)生啟開(kāi)工頻脈沖信號(hào)的時(shí)間控制T37增加工頻泵的時(shí)間控制T38減少工頻泵的時(shí)間控制T39產(chǎn)生下一臺(tái)泵變頻啟動(dòng)信號(hào)的時(shí)間控制M0.0/M0.1初始化完成標(biāo)志位M0.3/M0.4讀寫(xiě)功能塊完成標(biāo)志位，用于功能塊輪替M1.0/M1.1讀寫(xiě)功能塊控制位M2.0工頻啟動(dòng)脈沖M2.1變頻啟動(dòng)脈沖M2.4關(guān)斷當(dāng)前泵脈沖M2.5當(dāng)前泵工頻啟動(dòng)脈沖M2.6下一臺(tái)泵變頻運(yùn)行脈沖M3.0泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換控制邏輯M3.1泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換控制邏輯M3.2泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換控制邏輯4.3.4中央空調(diào)溫度控制器溫度控制系統(tǒng)程序程序詳見(jiàn)附錄一。4.4設(shè)備通訊RS-485介紹智能儀表技術(shù)是伴隨著單片機(jī)技術(shù)的開(kāi)展而成熟起來(lái)的。隨著現(xiàn)代化企業(yè)的開(kāi)展，很多企業(yè)在選擇儀表的過(guò)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)的歡送。智能儀表最開(kāi)始的是簡(jiǎn)單的模擬量數(shù)據(jù)的傳輸，后來(lái)的儀表接口是RS-232接口，這種接口可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，但是不能聯(lián)網(wǎng)，于是，RS485出現(xiàn)了，解決了聯(lián)網(wǎng)的問(wèn)題。RS-485電纜：在低速、短距離、無(wú)干擾的場(chǎng)合可以采用普通的雙絞線，反之，在高速、長(zhǎng)線傳輸時(shí)，那么必須采用阻抗匹配(一般為120Ω)的RS-485專(zhuān)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(shí)，對(duì)于特定的傳輸線路，從RS-485接口到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸所允許的最大電纜長(zhǎng)度與信號(hào)傳輸?shù)牟ㄌ芈食煞幢?，這個(gè)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)主要是受信號(hào)失真及噪聲等影響所影響[7]。USS協(xié)議軟件與S7—200間的通訊S7-200可編程控制器與西門(mén)子MM系列的變頻器之間使用的是USS通信協(xié)議，在STEP7V3.2以上版本中可以很方便的完成通信控制實(shí)際驅(qū)動(dòng)器和讀?。瘜?xiě)入驅(qū)動(dòng)器參數(shù)[8]。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(xún)各個(gè)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：(1)接收到的主站報(bào)文沒(méi)有錯(cuò)誤。(2)本從站在接收到主站報(bào)文中被尋址。不滿足上述條件或者主站發(fā)出的是播送報(bào)文，從站不會(huì)做任何響應(yīng)。當(dāng)主站的報(bào)文被從站收到后，從站必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)做出回應(yīng)，否那么，主站會(huì)認(rèn)為從站出錯(cuò)。為完成USS通訊，還需要對(duì)MM440進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。P0003=3，變頻器的所有參數(shù)響應(yīng)；P0971=1，將數(shù)據(jù)存入EEPROM中；P0700=5，變頻器的控制方式選擇為通訊方式；P2023[2]=6,波特率選擇為9600；P2023[0]=11,通訊地址為0~31。USS通信是由S7-200和驅(qū)動(dòng)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4.5.1MCGS組態(tài)軟件簡(jiǎn)介MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem)是北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技開(kāi)發(fā)的的一套組態(tài)軟件，用于快速構(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(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)、前端數(shù)據(jù)的處理與控制。具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。通過(guò)與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。用戶(hù)只需要通過(guò)簡(jiǎn)單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無(wú)紙記錄儀、無(wú)人值守的現(xiàn)場(chǎng)采集站、人機(jī)界面等專(zhuān)用設(shè)備[9]。4.5.1MCGS組態(tài)畫(huà)面圖4.4定義變量圖4.5組態(tài)畫(huà)面圖4.6(a)數(shù)據(jù)報(bào)表圖4.6(b)數(shù)據(jù)報(bào)表圖4.6(c)數(shù)據(jù)報(bào)表圖4.7報(bào)警信息瀏覽4.6本章小結(jié)本章主要對(duì)本次設(shè)計(jì)的軟件局部進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，包括PID控制的分析，程序的編寫(xiě)，組態(tài)軟件的應(yīng)用，以及設(shè)備間通訊的介紹等。通過(guò)本章的設(shè)計(jì)，使我們對(duì)中央空調(diào)溫度控制器溫度控制