基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計[共65頁]

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1、青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）摘 要 中央空調(diào)現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用在各大商場、辦公大廈等場所中，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中在控制較適宜的溫度的同時，卻消耗了大量的能量。如今，人們越來越重視中央空調(diào)的舒適性和節(jié)能性，本文重點研究了中央空調(diào)控制系統(tǒng)，為舒適的生活工作環(huán)境及有效節(jié)能提供了技術(shù)條件。本文主要介紹了中央空調(diào)的主要組成，分類以及工作原理；介紹了中央空調(diào)的控制技術(shù)的特點、 結(jié)構(gòu)和類型；以某酒店的設(shè)計要求分析了中央空調(diào)的控制要求，給出了其設(shè)計流程圖，編寫了PLC 梯形圖，設(shè)計中央空調(diào)的PLC 控制系統(tǒng)，并進行調(diào)試運行；再利用WinCC flexible，設(shè)計中央空調(diào)的監(jiān)控系統(tǒng)。整個調(diào)試運行結(jié)果驗

2、證了，上位機WinCC flexible和現(xiàn)場PLC 能實現(xiàn)互控，整個監(jiān)控系統(tǒng)功能完善，操作簡單。該系統(tǒng)采用西門子的S7300PLC作為主控制單元，利用傳統(tǒng) PID 控制算法，通過現(xiàn)場PLC控制水閥開度，保證系統(tǒng)根據(jù)實際負荷的情況調(diào)整流量，實現(xiàn)恒溫控制，同時又可以節(jié)約大量能源。最后通過西門子WinCC flexible顯示器實現(xiàn)人機界面的設(shè)計，人機界面包括系統(tǒng)工作流程圖、設(shè)備啟/?？刂啤顟B(tài)顯示、趨勢曲線及報警顯示等完善功能。最后使用 WinCC工控組態(tài)軟件進行了系統(tǒng)的組態(tài)。關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；PLC；WinCC flexible；IIAbstractCentral air conditioni

3、ng has been widely used in major shopping malls, office buildings and other places, the traditional control system in the control of suitable temperature at the same time, it consumes a lot of energy. Nowadays, people pay more and more attention to central air conditioning comfort and energy efficie

4、ncy, this paper focuses on the research of central air conditioning unit control system, for comfortable living and working environment and effective energy-saving provide technical conditions.This paper mainly introduces the main composition of central air-conditioning, classification and working p

5、rinciple. It introduces the control technology of central air conditioning the characteristics, structure and type. It analyzes the central air conditioning control requirements of someone hotel, gives the design flow chart, write PLC ladder diagram, the design of central air-conditioning and PLC co

6、ntrol system, test and operation. The central air-conditioning monitoring system is designed. The debug operation results verified, PC-WinCC and on-site PLC can realize mutual control, the whole monitoring system has perfect-function and simple-operation.The system adopts Siemens S7-300PLC as the ma

7、in control unit, by using the traditional PID control algorithm, through the PLC control valve location, ensure the system according to the actual load adjusting flow, to achieve constant temperature control, but also can save a lot of energy. Siemens WinCC flexible display is realized through the m

8、an-machine interface design, Based on PLC and WinCC flexible Configuration the air-conditioning monitoring system is developed whose functions cover a wide range from display of working states of the system control of equipment start-to-stop processes display of trend curve to data and alarm display

9、. finally using the WinCC configuration software for system configuration design.Key words： Central air conditioning；PLC；WinCC flexible目 錄摘 要I1 緒論11.1 中央空調(diào)系統(tǒng)簡介11.2 中央空調(diào)構(gòu)成及工作原理21.3中央空調(diào)輸送部分設(shè)備31.4中央空調(diào)發(fā)展41.5本課題意義及主要內(nèi)容62 中央空調(diào)的控制技術(shù)82.1中央空調(diào)控制系統(tǒng)簡介及特點82.2中央空調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)82.3中央空調(diào)的控制技術(shù)102.4中央空調(diào)系統(tǒng)中監(jiān)控系統(tǒng)123 中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的P

10、LC設(shè)計143.1可編程序控制器PLC概述143.2 PLC的分類143.3 PLC的特點143.4 PLC的基本組成143.5 SIMATIC Manager的應(yīng)用介紹163.6中央空調(diào)系統(tǒng)的PLC設(shè)計173.7中央空調(diào)系統(tǒng)的程序設(shè)計184 中央空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)計274.1 WINCC FLEXIBLE簡介274.2 人機界面設(shè)計274.3中央空調(diào)控制系統(tǒng)的監(jiān)視與控制30結(jié) 論33致 謝34參考文獻35附錄1：梯形圖程序36附錄2：PLC TECHNIQUE52621 緒論1.1 中央空調(diào)系統(tǒng)簡介中央空調(diào)概念：空氣調(diào)節(jié)（簡稱空調(diào)），就是把經(jīng)過一定處理后的空氣，以一定的方式送入室內(nèi)，使室內(nèi)的溫

11、度、相對濕度、清潔度和流動速度等控制在適當(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)是由一臺主機（或一套制冷系統(tǒng)或供風(fēng)系統(tǒng)）通過風(fēng)道送風(fēng)或冷熱水源帶動多個末端的方式，來達到室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)的目的的空調(diào)系統(tǒng)。1.1.1中央空調(diào)的分類（1） 按負擔(dān)室內(nèi)熱濕負荷所用的介質(zhì)可分為：1）全空氣式空調(diào)系統(tǒng)：中央空調(diào)系統(tǒng)由集中空氣處理設(shè)備對空氣進行處理（制冷或制熱），處理后的空氣送至房間，這種系統(tǒng)稱為全空氣式空調(diào)系統(tǒng)。全空氣式空調(diào)系統(tǒng)以空氣為輸送介質(zhì)，它利用室外主機集中產(chǎn)生冷熱量，將從室內(nèi)引回的回風(fēng)（或回風(fēng)和新風(fēng)的混風(fēng)）進行冷卻/ 熱處理后，再送人室內(nèi)消除其空調(diào)冷熱負荷。 全空氣空調(diào)系統(tǒng)的

12、優(yōu)點是配置簡單，初始投資較小，可以引入新風(fēng)，能夠提高空氣質(zhì)量和人體舒適度。2）全水式空調(diào)系統(tǒng)：空調(diào)房間內(nèi)的熱（冷）濕負荷全部由水負擔(dān)的空調(diào)系統(tǒng)，稱為全水式空調(diào)系統(tǒng)。全水式空調(diào)系統(tǒng)的輸送介質(zhì)通常為水。它通過室外主機產(chǎn)生出空調(diào)冷/熱水，由管路系統(tǒng)輸送至室內(nèi)的各末端裝置，在末端裝置處冷/熱水與室內(nèi)空氣進行熱量交換，產(chǎn)生出冷/熱風(fēng)，從而消除房間空調(diào)冷/熱負荷。該系統(tǒng)的室內(nèi)末端裝置通常為風(fēng)機盤管。目前風(fēng)機盤管通過旁通閥調(diào)節(jié)經(jīng)過盤管的水量（可以調(diào)節(jié)其風(fēng)機轉(zhuǎn)速），從而調(diào)節(jié)送人室內(nèi)的冷熱量，因此可以滿足各個房間不同需求，其節(jié)能性也較好。一般用于房間較多并且使用時間不盡相同的場合，如酒店客房、KTV、小會議室、

13、飯店包間等等。3）空氣水式空調(diào)系統(tǒng)： 空調(diào)房間內(nèi)的熱濕負荷由水和空氣共同負擔(dān)的空調(diào)系統(tǒng)，稱為空氣水式空調(diào)系統(tǒng)。其典型的裝置是風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)?？諝馑娇照{(diào)系統(tǒng)是由風(fēng)機盤管或誘導(dǎo)器對空調(diào)房間內(nèi)的空氣進行熱濕處理，而空調(diào)房間所需要的空氣由集中式空調(diào)系統(tǒng)處理后，再由送風(fēng)管送入各空調(diào)房間內(nèi)。（2）按空氣處理設(shè)備的情況分類 1）集中式中央空調(diào)系統(tǒng)：集中式空調(diào)系統(tǒng)是指在同一建筑內(nèi)對空氣進行凈化、冷卻（或加熱）、加濕（或除濕）等處理，然后進行輸送和分配的空調(diào)系統(tǒng)。 集中式空調(diào)系統(tǒng)的特點是空氣處理設(shè)備和送、回風(fēng)機等集中在空調(diào)機房內(nèi)， 通過送回風(fēng)管道與被調(diào)節(jié)空氣場所相連，對空氣進行集中處理和分配；集中式中央空

14、調(diào)系統(tǒng)有集中的冷源和熱源，稱為冷凍站和熱交換站；其處理空氣量大，運行安全可靠，便于維修和管理，但機房占地面積較大。2）半集中式空調(diào)系統(tǒng)：半集中式空調(diào)系統(tǒng)又稱為混合式空調(diào)系統(tǒng)，它是建立在集中式空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，除有集中空調(diào)系統(tǒng)的空氣處理設(shè)備處理部分空氣外，還有分散在被調(diào)節(jié)房間的空氣處理設(shè)備，對其室內(nèi)空氣進行就地處理，或?qū)碜约刑幚碓O(shè)備的空氣再進行補充處理，如誘導(dǎo)器系統(tǒng)、風(fēng)機盤管系統(tǒng)等。這種空調(diào)適用于空氣調(diào)節(jié)房間較多，而且各個房間空氣參數(shù)要求單獨調(diào)節(jié)的建筑物中。1.2 中央空調(diào)構(gòu)成及工作原理 中央空調(diào)系統(tǒng)的基本組成形式可分為三大組成部分：冷熱源系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)（水泵系統(tǒng)及管道）和空調(diào)末端機組設(shè)備。

15、1.2.1中央空調(diào)的冷熱源系統(tǒng)(1)中央空調(diào)制冷系統(tǒng)空調(diào)用制冷技術(shù)屬于普通制冷范圍，主要是采用液體汽化制冷法。（主要是利用液體汽化過程要吸收比潛熱，而且液體壓力不同，其沸點也不同，壓力越低，沸點越低。）根據(jù)熱量從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移的不同方式，可分為：蒸汽壓縮式制冷、吸收式制冷。生活中常用的是蒸汽壓縮制冷，蒸汽壓縮制冷大致可分為兩類：風(fēng)冷式和水冷式。風(fēng)冷式：風(fēng)冷式冷水機組利用殼管蒸發(fā)器使水與冷媒進行熱交換，冷媒系統(tǒng)在吸收水中的熱負荷，使水降溫產(chǎn)生冷水后通過壓縮機的作用使熱量帶到翅片式冷凝器，再由散熱風(fēng)扇散失到外界的空氣中（風(fēng)冷卻）。水冷式：水冷式冷水機組利用殼管蒸發(fā)器使水與冷媒進行熱交換，冷

16、媒系統(tǒng)在吸收水中的熱負荷，使水降溫產(chǎn)生冷水后通過壓縮機的作用將熱量帶至殼管式冷凝器，由冷媒與水進行熱交換使水吸收熱量后通過水管將熱量帶出外部的冷卻塔散失（水冷卻）。冷水機組的主要由制冷壓縮機（吸收器發(fā)生器）、冷凝器、蒸發(fā)器和節(jié)流部件四個基本部件組成，它們之間用管道依次連接，形成一個密閉的系統(tǒng)，制冷劑在系統(tǒng)中不斷循環(huán)流動，發(fā)生狀態(tài)變化與外界進行熱量交換。空調(diào)制冷系統(tǒng)工作原理：開始時由壓縮機吸入蒸發(fā)制冷后的低溫低壓制冷劑氣體，然后壓縮成高溫高壓氣體送冷凝器；高壓高溫氣體經(jīng)冷凝器冷卻后使氣體冷凝變?yōu)槌馗邏阂后w；當(dāng)常溫高壓液體流入熱力膨脹閥，經(jīng)節(jié)流成低溫低壓的濕蒸汽，流入殼管蒸發(fā)器，吸收蒸發(fā)器內(nèi)的冷

17、凍水的熱量使水溫度下降；蒸發(fā)后的制冷劑再吸回到壓縮機中，又重復(fù)下一個制冷循環(huán)。 (2) 中央空調(diào)制熱原理 中央空調(diào)制熱，其實就是通過四通閥，將制冷劑的流向進行轉(zhuǎn)換，使得原來的蒸發(fā)器變?yōu)槔淠?，原來的冷凝器變?yōu)檎舭l(fā)器。其原理和制冷還是一樣的。四通換向閥主要由四通氣動換向閥（主閥）、電磁換向閥（控制閥）及毛細管組成，。主閥內(nèi)由滑塊、活塞組成活動閥芯，主閥閥體兩端有通孔可使兩端的毛細管與閥體內(nèi)空間相連通，滑塊兩端分別固定有活塞，活塞兩邊的空間可通過活塞上的排氣孔相通?？刂崎y由閥體和電磁線圈組成。閥體內(nèi)有針型閥芯。主閥與控制閥之間有三根（或四根）毛細管相連，形成四通換向閥的整體。主機主要有四大部件，它

18、們分別是壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器和節(jié)流部件。 壓縮機是整個空調(diào)系統(tǒng)的核心，也是系統(tǒng)動力的源泉。整個空調(diào)的動力，全部由壓縮機來提供，壓縮機就相當(dāng)于把一個實物由低勢位搬到高勢位地方去，在空調(diào)中它的目的就是把低溫低壓的氣體通過壓縮機壓縮成高溫高壓的氣體，最后氣體在換熱器中和其他的介質(zhì)進行換熱。所以說壓縮機的好壞會直接影響到整個空調(diào)的效果。冷凝器的作用是將壓縮機排出的高溫高壓的制冷劑蒸汽冷卻成液體或氣液混合物。制冷劑在冷凝器種放出的熱量由冷卻介質(zhì)（水或空氣）帶走。冷凝器中的傳熱過程包括：制冷劑（氨或氟利昂）的冷凝放熱，通過金屬壁，垢層的導(dǎo)熱過程以及冷卻劑（水或空氣）的吸熱過程。冷凝器按其冷卻介質(zhì)不同，可

19、分為水冷式、空氣冷卻式、蒸發(fā)式三大類。蒸發(fā)器的作用是利用液態(tài)低溫制冷劑在低壓下易蒸發(fā)，轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵獠⑽毡焕鋮s介質(zhì)的熱量，達到制冷目的。蒸發(fā)器內(nèi)的傳熱過程包括：制冷劑側(cè)的沸騰換熱；載冷劑（水或空氣）側(cè)的對流換熱以及通過金屬壁與垢層的導(dǎo)熱。蒸發(fā)器按冷卻介質(zhì)的不同，分為冷卻液體載冷劑、冷卻空氣或其他氣體的兩大類型。節(jié)流部件是制冷系統(tǒng)不可缺少的四大部件之一。它的作用是使冷凝器出來的高壓液體節(jié)流降壓，使液態(tài)制冷劑在低壓下汽化吸熱。所以，它是維持冷凝器中為高壓、蒸發(fā)器為低壓的重要部件。節(jié)流部件按形式，可分為毛細管和節(jié)流閥，前者用在較小的制冷設(shè)備中，如電冰箱中裝在冷凝器和蒸發(fā)器之間的毛細管即是節(jié)流機構(gòu)的一種

20、。后者用在較大的制冷設(shè)備中，常用的節(jié)流閥有手動膨脹閥、浮球調(diào)節(jié)閥、熱力膨脹閥、電子膨脹閥等。1.3中央空調(diào)輸送部分設(shè)備中央空調(diào)系統(tǒng)是由一系列驅(qū)動流體流動的運動設(shè)備(如水泵、風(fēng)機及壓縮機)、各種型式的熱交換器(如風(fēng)機盤管、蒸發(fā)器、冷凝器及中間熱交換器等)及連接各種裝置的管道(如風(fēng)管、水管及冷媒管)和閥件所組成。系統(tǒng)一般可分下列五個循環(huán) ：（1）室內(nèi)空氣循環(huán)；（2）冷水循環(huán)；（3）冷媒循環(huán)；（4）冷卻水循環(huán)；（5）室外空氣循環(huán)。中央空調(diào)輸送部分包括冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷凍水循環(huán)系統(tǒng)。1.3.1冷卻水循環(huán)系統(tǒng) 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)主要有主要由冷卻水泵、冷卻塔和管道系統(tǒng)組成。高溫高壓氣體在冷凝器中放熱與冷卻循環(huán)

21、水進行熱交換，冷卻水泵將帶來熱量的冷卻水送到散熱水塔上，由水塔風(fēng)扇對其進行噴淋冷卻，與大氣之間進行熱交換，將熱量散發(fā)到大氣中去。 1.3.2冷凍水循環(huán)系統(tǒng) 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)主要由冷凍水泵、風(fēng)機盤管和管道系統(tǒng)組成。低溫低壓的制冷劑液體在蒸發(fā)器中吸熱與冷凍循環(huán)水進行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風(fēng)機的冷卻盤管中，由風(fēng)機吹送冷風(fēng)達到降溫的目的。1.4中央空調(diào)發(fā)展今天，我們的生活當(dāng)中已經(jīng)離不開空調(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)時代，已經(jīng)走過了百余年的歷程。1902年，美國人威利斯開利設(shè)計了第一個空調(diào)系統(tǒng)，1

22、906年他以“空氣處理裝置”為名申請了美國專利。開利的發(fā)明緣于一個印刷作坊，印刷機由于空氣溫度與濕度的變化使得紙張伸縮不定，油彩對位不準，印出來的東西模模糊糊。為此開利打開了空調(diào)機商業(yè)化之門。1922年開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，簡稱離心機。離心機最大的特點是效率高，這為大空間調(diào)節(jié)空氣打開了大門。80年代初期，變頻空調(diào)技術(shù)在日本開始運用。1982年，日本生產(chǎn)了第一臺交流變頻空調(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，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)壓縮機依靠其不斷地“開、?！眮碚{(diào)整室內(nèi)溫度，其一開一停之

23、間容易造成室溫忽冷忽熱，并消耗較多電能。變頻空調(diào)的主機是自動進行無級變速的，它可以根據(jù)房間情況自動提供所需的冷（熱）量；當(dāng)室內(nèi)溫度達到期望值后，空凋主機則以能夠準確保持這一溫度的恒定速度運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)“不停機運轉(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。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)市場占90%以上。在我國，繼海爾在1998年率先推出國內(nèi)首臺直流變頻空調(diào)以后，國內(nèi)生產(chǎn)變頻

24、空調(diào)的廠家也迅速增加，中國變頻空調(diào)市場尤其是直流變頻空調(diào)市場開始有了突飛猛進的發(fā)展。1.4.1空調(diào)控制系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀伴隨著計算機控制技術(shù)的發(fā)展，世界上HVAC系統(tǒng)的控制從五十年代就開始采用氣動儀表控制系統(tǒng)，六十年代改進為電動單元組合儀表，七十年代采用小型專用微型計算機進行集中式控制，直到1984年，美國哈特福德市第一棟采用微型計算機集散式控制系統(tǒng)大廈的出現(xiàn)，標(biāo)志著智能建筑時代的開始。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 （Direct Digital Control）。作為控制系統(tǒng)中的主要單元控制器，目前國內(nèi)外主要采用的是常規(guī)PLC的PID控

25、制，因其控制簡單，實用，成本低、技術(shù)成熟，易于實現(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。1982年Shavit和Brandt等對由控制閥門和執(zhí)行器實現(xiàn)溫度和濕度控制的不同特性做了研究。1984年Shavit和Brandt對PID控制的廢氣溫度控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)做了仿真研究。 1995年Kalman等人將PID控制用于壓縮機和蒸發(fā)器的電極速度調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)制冷去濕，并建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以及PID算法的三個參數(shù)的解析整定方法，同時給出了系統(tǒng)的兩種控制策略。實際上，現(xiàn)在大多數(shù)空調(diào)都是采用PID控制。雖然PID控制在空氣調(diào)節(jié)中廣泛使用，但是由于PID算法只有在系統(tǒng)模型參

26、數(shù)不隨時間變化的情況下才取得理想效果。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象的精確數(shù)學(xué)模型，同時具有自尋優(yōu)特點。并且在整個控制過程中，計算機在線獲取信息和實時處理并給出控制決策。通過不斷的優(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。隨著智能建筑在中國的飛速發(fā)展，樓宇自動控制技術(shù)和裝置也得到快速的發(fā)展。對于樓宇自動控制而言，在確保建筑內(nèi)舒適和安全的辦公環(huán)境的同時，還要實現(xiàn)高效節(jié)能目的。因此誕生了綜合現(xiàn)代計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和現(xiàn)代

27、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)在我國的智能建筑中得到廣泛應(yīng)用，其自動監(jiān)視、測量、控制和管理功能是相當(dāng)優(yōu)越的，自動化程度高，節(jié)約了大量的勞動力和運行費用。20世紀90年代未至21世紀初，我國在中央空調(diào)系統(tǒng)的控制領(lǐng)域，同時推出兩項節(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)機的運行跟隨負荷的變化而同步變化，就能夠在保證負荷需求的前提下，實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的最大節(jié)能。國內(nèi)還有一些科

28、研機構(gòu)和企業(yè)的科研團體，也都開展了智能空調(diào)器的研制工作，其核心內(nèi)容都集中在對單相壓縮機變屏調(diào)速控制器和智能型室溫控制器的研究，其研究成果還未見公開發(fā)表。智能型空調(diào)器是一個綜合技術(shù)的聚合體，開發(fā)難度較大，現(xiàn)在的樣機或產(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際先進技術(shù)還存在很大的差距，有待于進一步的研究和提高。綜上可知，智能控制是今后控制界發(fā)展的必然趨勢，隨著計算機技術(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1.4.2我國中央空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢近年來，為了滿足各階層消費者的各種需要，國內(nèi)空調(diào)市場上還出現(xiàn)了多種新型空調(diào)：智能空調(diào)，采用人性智能設(shè)計，無需人手操作即可自動

29、開關(guān)。智能空調(diào)還可根據(jù)光線強弱、人員多少、內(nèi)外溫差自動調(diào)節(jié)運行狀態(tài)，以達到最佳室溫。這種順應(yīng)趨勢發(fā)展的空調(diào)自然成為新的主流。展望將來，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展必將為空調(diào)帶來一場全新的技術(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)信息時代的到來成為不可逆轉(zhuǎn)的潮流。一些新型空調(diào)產(chǎn)品開始預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)開放。通過選配的網(wǎng)絡(luò)控制器可實現(xiàn)千里之外的網(wǎng)絡(luò)遙控。集中控制器可實現(xiàn)同時控制128臺空調(diào)，為智能化小區(qū)物業(yè)管理提供便利。高技術(shù)、高附加值的特點把空調(diào)這種最初簡單的舒適品推向了一個全新的概念，成為人們在工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)趨勢成熟化的今天，中央空調(diào)性能和質(zhì)量的內(nèi)核化

30、日益明顯，空調(diào)產(chǎn)品使用的高性能電機、壓縮機、控制器、磁控管閥、傳感器等關(guān)鍵部件越來越成為我國中央空調(diào)行業(yè)發(fā)展的壁壘和障礙，也使得國內(nèi)中央空調(diào)絕大多數(shù)產(chǎn)品很難在短時間內(nèi)趕上或超過國際先進制造企業(yè)的生產(chǎn)水平。由于國內(nèi)空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)對核心部件技術(shù)進口的規(guī)模和范圍沒有降低，市場的補缺不足部分仍完全依賴進口，造成進口中央空調(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。因此，在今后中央空調(diào)行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的過程中，重主機、輕配套的局面將有所改善，整個行業(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。1.5本課題意義及主要內(nèi)容空調(diào)控制系統(tǒng)根據(jù)各相關(guān)房

31、間和區(qū)域的風(fēng)管中的溫濕度測量值，控制調(diào)節(jié)冷熱水調(diào)節(jié)閥和風(fēng)管中的溫濕度測量值，控制調(diào)節(jié)冷熱水調(diào)節(jié)閥和蒸汽加濕調(diào)節(jié)閥，以滿足室內(nèi)溫濕度的設(shè)定要求。使不同的空調(diào)區(qū)域保持參數(shù)的精確度，并使空調(diào)能量消耗最少；實施有效的維護管理以保證設(shè)備安全運行。現(xiàn)場控制器通過對設(shè)在空調(diào)機組的回送風(fēng)管路上的溫度傳感器的檢測，探知空調(diào)機組的回送風(fēng)溫度。并根據(jù)回風(fēng)溫度調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度，改變換熱器內(nèi)的冷熱水的流量，以改變送風(fēng)溫度，使回風(fēng)溫度能穩(wěn)定在設(shè)定溫度值。檢測送風(fēng)濕度信號，根據(jù)送風(fēng)濕度信號控制加濕器開關(guān)，保證被控環(huán)境濕度要求?？照{(diào)機組的自控系統(tǒng)中設(shè)置冬、夏季節(jié)轉(zhuǎn)換裝置。同時現(xiàn)場控制器使風(fēng)機、電動調(diào)節(jié)閥、新風(fēng)閥的啟停受到

32、聯(lián)鎖控制，用以保護設(shè)備的安全運轉(zhuǎn)。現(xiàn)場控制器通過對新風(fēng)機組送風(fēng)管路上的溫度傳感器的檢測，探知新風(fēng)機組的送風(fēng)溫度。并根據(jù)送風(fēng)溫度調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度，改變換熱器內(nèi)的冷熱水的流量，使送風(fēng)溫度能穩(wěn)定在設(shè)定溫度值。檢測送風(fēng)濕度信號，根據(jù)送風(fēng)濕度信號控制加濕器開關(guān)，保證被控環(huán)境濕度要求。2 中央空調(diào)的控制技術(shù)2.1中央空調(diào)控制系統(tǒng)簡介及特點2.1.1中央空調(diào)控制系統(tǒng)的簡介眾所周知，中央空調(diào)系統(tǒng)中的各個設(shè)備的容量是由工程設(shè)計人員根據(jù)房間內(nèi)的可能出現(xiàn)的最大熱、濕負荷而選擇的，在空調(diào)的實際運行中，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、濕負荷不斷地發(fā)生變化。自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)就要指揮自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的各

33、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)機等設(shè)備上的有關(guān)調(diào)節(jié)機構(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，滿足對被控參數(shù)的要求。2.1.2中央空調(diào)控制系統(tǒng)的特點(1)靈活性 本控制系統(tǒng)選用可利用公司的小型一體化PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)空調(diào)主機控制系統(tǒng)中的單片機，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，明顯縮短了程序開發(fā)周期。(2)高可靠性 PLC控制核心能夠在惡劣的環(huán)境中長期可靠、無故障運行，并且易接線、易維護、隔離性好、抗腐蝕能力強，能適應(yīng)較寬的溫度變化范圍，平均無故障時間間隔(MTBF)大于15年。(3)

34、強大的實用性 現(xiàn)代的PLC的編程語言遵從易學(xué)、易懂、易用的標(biāo)準。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、某個時刻的多種定時器和超長定時器等，方便了各種功能的實現(xiàn)，有利于縮短開發(fā)周期和節(jié)省程序容量。(4)優(yōu)良的開放性 WinCC flexible可通過以太網(wǎng)利用TCP/IP協(xié)議與各種OPC兼容應(yīng)用程序進行通訊。2.2中央空調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為了達到遠程精確穩(wěn)定的控制空調(diào)房間內(nèi)的溫度、相對濕度和室內(nèi)靜壓，中央空調(diào)系統(tǒng)分為幾個子系統(tǒng)：中央監(jiān)控系統(tǒng)：中央監(jiān)控系統(tǒng)由遠程計算

35、機和組態(tài)軟件組成負責(zé)設(shè)定值得給定、實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲等功能。通信系統(tǒng)：遠程通信系統(tǒng)采用光纖通信，將現(xiàn)場PLC采集的數(shù)據(jù)迅速的傳遞給監(jiān)控計算機降低了數(shù)據(jù)傳輸延遲時間，達到高效、快捷的數(shù)據(jù)處理。控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)由現(xiàn)場的PLC及其模塊和現(xiàn)場的儀表組成，例如電動執(zhí)行器、溫濕度傳感器、露點傳感器、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)中必須建立一個可靠的供電系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中不僅要解決自控系統(tǒng)的（網(wǎng)絡(luò)、主控計算機、PLC、終端設(shè)備等）用電問題，UPS不間斷電源能提供高質(zhì)量的電源，沒有瞬變和諧波，即使當(dāng)電網(wǎng)斷電時，它也可以

36、由后背電池支撐、繼續(xù)供電，使PLC、計算機有一定的時間進行處理。中央空調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖：手自動轉(zhuǎn)換主位機監(jiān)視系統(tǒng)風(fēng)道溫濕度防凍報警壓差報警電機報警電動閥門反饋通訊系統(tǒng)PLC現(xiàn)場控制系統(tǒng)UPS系統(tǒng)回風(fēng)溫度回風(fēng)濕度防凍報警壓差報警預(yù)熱閥水閥加濕閥風(fēng)機圖2-1中央空調(diào)系統(tǒng)框圖2.3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，系統(tǒng)復(fù)雜，功耗高等明顯的缺點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題和分級分步式結(jié)構(gòu)的局限

37、性而限制了其應(yīng)用范圍。相反，PLC控制系統(tǒng)以其運行可靠、使用與維護均很方便，抗干擾能力強，適合新型高速網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)這些顯著的優(yōu)點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、煙霧偵測器、室內(nèi)靜壓傳感器、濾網(wǎng)壓差開關(guān)、風(fēng)機壓差開關(guān)、外氣溫濕度傳感器、可編程控制器（PLC）以及人機界面等幾部分組成。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 來控制調(diào)整冷卻水電機、冷凍水電機等機組動力單元的運行狀態(tài)，在精確進行溫度控制的同時，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

38、個完整的中央空調(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，同時還要包括一套完整的自動控制系統(tǒng)?？照{(diào)自控系統(tǒng)的主要任務(wù)就是以空調(diào)房間為主要對象的空調(diào)系統(tǒng)的溫度、濕度及其他參數(shù)進行自動檢測、自動調(diào)節(jié)以及有關(guān)信號的報警、連鎖保護控制，以保證空調(diào)系統(tǒng)始終在最佳工況點運行，滿足工藝條件所要求的環(huán)境條件。因此中央空調(diào)的自動控制系統(tǒng)應(yīng)包括以下幾個方面的內(nèi)容：l（1）室外溫濕度監(jiān)測l （2）電動兩通閥進行PID調(diào)節(jié)l（3）新風(fēng)閥、回風(fēng)閥調(diào)節(jié)與控制l（4）過濾器前后壓差及報警，以防堵塞l（5）表冷器防凍報警l（6）送/回風(fēng)機的啟停、運行狀態(tài)、手/自動狀態(tài)、故障報警、過載報警

39、l（7）控制加濕閥的調(diào)節(jié)l（8）風(fēng)機運行時間積累等l（9）在中央工作站上對系統(tǒng)中各種溫度進行監(jiān)測和設(shè)定2.3.2空調(diào)中常用的控制系統(tǒng)：開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)（1）開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)是一種簡單的控制系統(tǒng)，其特點是在控制器與被控對象之間只有正向控制作用，而沒有反饋控制作用。即系統(tǒng)輸出對控制信號（輸入信號）沒有影響。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，不需要對被控量測，只需要輸入信號進行控制。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，用來對空調(diào)控制系統(tǒng)中的新風(fēng)進行預(yù)加熱處理，以防的過低溫度的空氣進入系統(tǒng)后凍壞其他換熱設(shè)備。一次空氣加熱器的開環(huán)控制如圖2-3所示。利用室外空氣溫度控制一次空氣加

40、熱器上調(diào)節(jié)閥的開度，以維持通過一次加熱器后的空氣溫度在一定范圍內(nèi)波動。途中測量新風(fēng)溫度的傳感器將其溫度信號送至控制器，控制器控制電動調(diào)節(jié)閥。由于這個系統(tǒng)是按照室外溫度這個干擾信號信息控制的，因此，當(dāng)其他干擾變化時，則無控制作用。上敘依靠某種干擾控制組成的開環(huán)控制系統(tǒng)，雖然不一定能消除所有干擾給細看帶來的不穩(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，則對其能起到補償作用，控制也及時。開環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度低抗干擾能力差。但由于控制系統(tǒng)一般產(chǎn)生振蕩，故一般用于干擾不強烈，控制進度要求不高的地方。MTC 圖2-2一次空氣加熱器的開環(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

41、反饋到輸入端，由輸入信號和輸出信號的偏差信號對系統(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)的特點是在控制器與被控對象之間，不僅存在著正向作用，而且存在著反饋作用，即系統(tǒng)的輸出量對控制量有直接影響。將檢測出來的輸出量送回到系統(tǒng)的輸入端并與輸入信號比較的過程稱為反饋。輸入信號與反饋信號之差稱為偏差信號，簡稱偏差。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)控制的實質(zhì)就是利用反饋的作用來減小系統(tǒng)的偏差。因此閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱為反饋系統(tǒng)。利用負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)過傳感器到輸入端的聯(lián)絡(luò)通道，稱為

42、反饋通道。一般在空調(diào)房間里的溫度，濕度的自動控制系統(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)無論照成偏差的因素是外來煩擾還是內(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)。與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，具有較強的抗干擾能力。2.3.2 空調(diào)中的自動控制的原理及組成空調(diào)自動控制系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)如圖所示，以室溫控制為例，傳感器檢測室內(nèi)溫度之后，通過變送器變電信號2與給定信g進行比較得出比較偏差 然后把送入調(diào)節(jié)器中。調(diào)節(jié)器在得到后，根據(jù)其調(diào)節(jié)規(guī)律自動輸出調(diào)節(jié)信

43、號y去控制執(zhí)行器（電動機或其他設(shè)備）。執(zhí)行器根據(jù)輸入信號而動作，輸出其位移信號t，控制調(diào)節(jié)閥開度，從而控制流運調(diào)節(jié)閥的介質(zhì)流量g。這樣盤管就會對冷熱量進行自動的調(diào)整輸出q，最后使流入室內(nèi)的冷熱量與流出室外的冷熱量自動的保持平衡，實現(xiàn)室溫的自動調(diào)節(jié)。房間溫度的變化大多數(shù)正常使用條件下是由于外部干擾（如維護結(jié)構(gòu)的冷熱、負荷的增加或減少）引起的，以f表示。溫度敏感原件裝在房間內(nèi)，熱水換熱器裝在風(fēng)道上，調(diào)節(jié)閥裝在管道上。因此研究冷熱水直通閥的實際可調(diào)范圍實質(zhì)上就是研究對象的可調(diào)性。如果實際可調(diào)范圍很小，說明對象的可調(diào)性很差，常常出現(xiàn)夏天好調(diào)而冬天不好調(diào)或者對象升溫時好調(diào)保溫時不好調(diào)，最后導(dǎo)致自動調(diào)節(jié)系

44、統(tǒng)失調(diào)或根本不能使用，對象的可調(diào)性差，單靠調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)是無法調(diào)節(jié)的。綜上所述，可以看出一個完整的房間的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由測定溫度的傳感器、變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器和房間對象等幾個環(huán)節(jié)組成。KtKzKyKbKrKc調(diào)節(jié)器執(zhí)節(jié)器調(diào)節(jié)閥盤管房間傳感器ygqr2fg圖2-3空調(diào)自動控制系統(tǒng)2.4中央空調(diào)系統(tǒng)中監(jiān)控系統(tǒng)上位機監(jiān)控系統(tǒng)主要完成對工藝參數(shù)的檢測、各機組的協(xié)調(diào)控制以及數(shù)據(jù)的處理、分析等任務(wù)，下位PLC主要完成數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場設(shè)備的控制及連鎖等功能。2.4.1中央空調(diào)的監(jiān)控系統(tǒng)說明如下：（1）空調(diào)機組由PLC控制器進行控制，風(fēng)機控制箱有手/自動選擇，并有手動啟停按鈕。（2）空調(diào)機組的溫度傳感器設(shè)于回風(fēng)

45、管內(nèi)，實際檢測溫度與設(shè)定溫度相比較,根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)回水管道上電動調(diào)節(jié)閥的開度來調(diào)節(jié)水流量，使室溫維持設(shè)定要求。（3）空調(diào)機組的濕度傳感器設(shè)于回風(fēng)管內(nèi)，實際檢測濕度與設(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)機組送風(fēng)機與電動風(fēng)閥,電動水閥,加濕電磁閥聯(lián)鎖。（5）監(jiān)測空調(diào)機組狀態(tài)和報警（6）防凍措施(僅用于寒冷地區(qū))防凍報警設(shè)定溫度為5，當(dāng)熱盤管后溫度低于5時，報警并停止機組運行，同時連鎖關(guān)閉新風(fēng)閥，打開預(yù)熱水閥保持30%的開度。當(dāng)室外溫度低于0停機時，打開熱水閥保持30%的開度。2.4.2空調(diào)機組的監(jiān)控內(nèi)容(1) 回風(fēng)溫、濕度(2

46、) 電動兩通閥進行PID調(diào)節(jié)(3) 新風(fēng)閥、回風(fēng)閥調(diào)節(jié)與控制(4) 過濾器前后壓差及報警，以防堵塞(5) 表冷器防凍報警(6) 送/回風(fēng)機的啟停、運行狀態(tài)、手/自動狀態(tài)、故障報警、過載報警(7) 控制加濕閥的調(diào)節(jié)(8) 編制時間程序自動控制風(fēng)機啟停l 3 中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的PLC設(shè)計3.1可編程序控制器PLC概述 PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準草案中對PLC做了如下定義：可編程控制器是一種

47、數(shù)字運算來操作的電子系統(tǒng)，是專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)控制器。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械設(shè)備和生產(chǎn)過程。可編程序控制器及相關(guān)的外部設(shè)備都按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)集成、易于擴展其功能的原則設(shè)計。3.2 PLC的分類（1）按I/O點數(shù)分類 PLC按I/O點數(shù)不同可分為超小型機、小型機、中型機、大型機和超大機等5種類型。（2）按功能分類 按功能可以分為低檔機、中檔機、高檔機。（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。3.

48、3 PLC的特點PLC具有以下的特點：（1）可靠性高，抗干擾能力強（2）配套齊全，功能完善，適用性強（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、建造工作量小，維護方便，容易改造（5）體積小，重量輕，能耗低3.4 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）存儲器（RAM、ROM）3）輸入/輸出單元（I/O接口）4）電源（開關(guān)式穩(wěn)壓電源）其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示l輸入接口中央處理單元CPU輸出接口電源存儲單元圖3-1 PLC基本組成3.4.1 CPU（中央處理器） CPU是PLC的核心，由運算器、控制器、寄存器、系統(tǒng)總線，外圍芯片、總線接口及有關(guān)電

49、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)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等，是PLC不可缺少的組成單元。主要功能包括以下幾個方面。1）接收從編程器或者計算機輸入的程序和數(shù)據(jù)，并送入用戶程序存儲器存儲。2）監(jiān)視電源、PLC內(nèi)部各個單元電路的工作狀態(tài)。3）診斷編程過程中的語法錯誤，對用戶程序進行編譯。4）在PLC進入運行狀態(tài)后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，并分析、執(zhí)行該指令。5）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的數(shù)據(jù)，并存入指定的寄存器中。6）按程序進行處理，根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀

50、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、打印機等）的任務(wù)處理請求。3.4.2 I/O接口PLC是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點數(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狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。PLC的對外功能主要是通過各種I/O接口模塊于外界聯(lián)系來實現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是PLC與現(xiàn)場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

51、用。I/O模塊分為開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出等模塊。3.4.3存儲器存儲器（內(nèi)存）主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。一般包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩部分。系統(tǒng)程序存儲器用于存儲整個系統(tǒng)的監(jiān)控程序，一般采用只讀存儲器（ROM），具有掉電不丟失信息的特性。用戶程序存儲器用于存儲用戶根據(jù)工藝要求或者控制功能設(shè)計的控制程序，早期一般采用隨機讀寫存儲器（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器（EEPROM）或閃存(Flash Memory)，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

52、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)。常見的編程設(shè)備有簡易手持編程器、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)計與調(diào)試、監(jiān)控運行和檢查維護中是不可缺少的部件。PLC本質(zhì)上就是一臺微型計算機，其工作原理與普通計算機類似，具有計算機的許多特點。但其工作方式卻與計算機有著較大的不同，具有一定的

53、特殊性。PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。工作時逐條順序掃描用戶程序，如果一個線圈接通或斷開，該線圈的所有觸點不會立即動作，需等掃描到該觸點時才會動作。3.5 SIMATIC Manager的應(yīng)用介紹SIMATIC Manage是西門子300、400的編程軟件，在STEP7中我們用SIMATIC Manager來進行文件管理。STEP7程序的創(chuàng)建(1)創(chuàng)建一個項目結(jié)構(gòu)，項目就象一個文件夾，所有數(shù)據(jù)都以分層的結(jié)構(gòu)存在于其中，任何時候你都可以使用。在創(chuàng)建一個項目之后，所有其他任務(wù)都在這個項目下執(zhí)行。(2)組態(tài)一個站，組態(tài)一個站就是指定你要使用的可編程控制器，例如S7300、S7400等。(3)組態(tài)硬件

54、，組態(tài)硬件就是在組態(tài)表中指定你的控制方案所要使用的模板以及在用戶程序中以什么樣的地址來訪問這些模板，地址一般不用修改由程序自動生成。模板的特性也可以用參數(shù)進行賦值。(4)組態(tài)網(wǎng)絡(luò)和通訊連接，通訊的基礎(chǔ)是預(yù)先組態(tài)網(wǎng)絡(luò)，也就是要創(chuàng)建一個滿足你的控制方案的子網(wǎng)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)特性、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接特性以及任何聯(lián)網(wǎng)的站所需要的連接。網(wǎng)絡(luò)地址也是程序自動生成如果沒有更改經(jīng)驗一定不要修改。(5)定義符號，可以在符號表中定義局部或共享符號，在你的用戶程序中用這些更具描述性的符號名替代絕對地址。符號的命名一般用字母編寫不超過8個字節(jié)，最好不要使用很長的漢字進行描述，否則對程序的執(zhí)行有很大的影響。(6)創(chuàng)建程序，用梯形圖

55、編程語言創(chuàng)建一個與模板相連結(jié)或與模板無關(guān)的程序并存儲。創(chuàng)建程序是我們控制工程的重要工作之一，一般可以采用線形編程（基于一個塊內(nèi)，OB1）、分布編程（編寫功能塊FB,OB1組織調(diào)用）、結(jié)構(gòu)化編程（編寫通用塊）。我們最常采用的是結(jié)構(gòu)化編程和分布編程配合使用，很少采用線形編程。(7)下載程序到可編程控制器，完成所有的組態(tài)、參數(shù)賦值和編程任務(wù)之后，可以下載整個用戶程序到可編程控制器。在下載程序時可編程控制器必須在允許下載的工作模式下（STOP或RUN-P）, RUN-P模式表示，這個程序?qū)⒁淮蜗螺d一個塊，如果重寫一個舊的CPU程序就可能出現(xiàn)沖突，所以一般在下載前將CPU切換到STOP模式。(8)程序下

56、載完成，編譯沒有錯誤就可以將PLC切換到RUN-P模式，開始運行程序。3.6中央空調(diào)系統(tǒng)的PLC設(shè)計3.6.1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)驗運行數(shù)據(jù)，PLC應(yīng)用反饋數(shù)據(jù) (如室內(nèi)溫度等)進行PID調(diào)節(jié)，以保證運行參數(shù)滿足系統(tǒng)要求?？刂葡到y(tǒng)有兩種運行方式：手動控制和自動控制。手動控制就是通過就地手動操作設(shè)備對機組進行控制，自動控制是通過PLC上位機對機組據(jù)編好的控制程序自動控制相關(guān)設(shè)備的啟、停及調(diào)節(jié)量。采用程序控制方式，杜絕冷劑污染，有效便捷地實現(xiàn)冷水、冷卻水的變頻控制。通過有效合理地開、?？刂?，達到啟動速度快、停機時間短的目的，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

57、安全性和經(jīng)濟性。中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)容：(1) 首先啟動空調(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)機冷卻水泵冷凍水泵冷凍機組的順序啟動，關(guān)機順序反之。(2) 當(dāng)啟動空調(diào)運行時，PLC發(fā)出控制指令。首先開啟回風(fēng)門、新風(fēng)門冷/熱水閥到設(shè)定位置，然后啟動送風(fēng)機。(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)冷水或熱水電動閥,控制冷水或熱水流量, 使送風(fēng)溫度達到設(shè)定值。(4) 送風(fēng)濕度傳感器將采集的室內(nèi)濕度送進PLC，經(jīng)PLC的模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸送給上位機。與系統(tǒng)設(shè)定值比較后，用PID方式調(diào)節(jié)加濕或除濕閥對新風(fēng)進行加濕或除濕處理。(5) 送風(fēng)機轉(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

58、方式控制變頻器，從而調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)室內(nèi)靜壓的目的。(6)當(dāng)過濾網(wǎng)前后壓差超出設(shè)定值時，PLC發(fā)出過濾堵塞報警信號。(7)當(dāng)風(fēng)機停止運行后，蒸汽加濕電動閥、預(yù)熱電動閥、熱水電動閥和冷水電動閥及新風(fēng)閥和回風(fēng)閥回復(fù)到全關(guān)位置。(8)當(dāng)風(fēng)機傳送帶發(fā)生故障時，傳感器將報警信號送進PLC，PLC發(fā)出風(fēng)機故障報警信號。各機組相關(guān)設(shè)備的啟、停具有一定的連鎖關(guān)系和時間順序，該功能由PLC的連鎖程序完成。同時，為保證機組的可靠運行，對相關(guān)參數(shù)采取了一定的保護措施，如冷凍水、冷卻水與機組的連鎖控制、冷卻水系統(tǒng)與冷卻塔的連鎖控制等。3.6.2中央空調(diào)自控系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)1)冷水溫度控制是溫度的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，

59、是將回風(fēng)溫度信號采樣進 PLC 系統(tǒng)通過與送風(fēng)管溫度的PID調(diào)節(jié)來控制冷凍水閥的開度，從而來控制冷凍水的流量，最后達到冷凍水恒溫控制。2) 熱水溫度控制也是閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是將回風(fēng)水溫度信號采樣進PLC系統(tǒng)經(jīng)過與送風(fēng)管溫度的PID調(diào)節(jié)來控制熱水閥的開度，從而來控制水的流量，最后達到熱水恒溫控制。 3)預(yù)熱水溫度控制是將防凍報警溫度信號采樣進PLC系統(tǒng)經(jīng)過與風(fēng)箱溫度的PID調(diào)節(jié)來控制預(yù)熱水閥的開度，從而來控制水的流量，最后達到預(yù)熱水恒溫控制。4)加濕控制是將回風(fēng)管的濕度信號采樣進PLC系統(tǒng)經(jīng)過與送風(fēng)管上的送風(fēng)濕度的PID調(diào)節(jié)來控制加濕閥的開度，從而來控制蒸汽流量，最后達到室內(nèi)恒濕控制。5)變頻控制

60、是將室內(nèi)靜壓傳感器信號采樣進PLC系統(tǒng)經(jīng)過與變頻器的PID調(diào)節(jié)來控制風(fēng)機馬達的頻率，從而控制風(fēng)的輸送量，最后達到室內(nèi)恒壓的控制。3.7中央空調(diào)系統(tǒng)的程序設(shè)計PLC控制系統(tǒng)設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。所謂硬件設(shè)計，是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計，而軟件設(shè)計即PLC應(yīng)用程序的設(shè)計。整個系統(tǒng)的設(shè)計分以下5步進行。(1)熟悉被控對象深入了解被控系統(tǒng)是設(shè)計控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。設(shè)計人員必須深入現(xiàn)場，認真調(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)計中出現(xiàn)的問題。這一階段必須對被控對象所有功能全面的了解，對對象的各種動作及動作時序、動作條件、必要的互鎖與保護；電氣系統(tǒng)與機械、液壓、

61、氣動及各儀表等系統(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)的工作方式及人機界面，需要顯示的物理量及顯示方式等。(2)硬件選擇系統(tǒng)I/O設(shè)備的選擇。輸入設(shè)備包括按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等。輸出設(shè)備包括繼電器、接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等。PLC的選擇包括對PLC的機型、容量、I/O模塊、電源等的選擇。PLC的I/O端口分配。在進行I/O通道分配時應(yīng)給出I/O通道分配表，中應(yīng)包含I/O編號、設(shè)備代號、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

62、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。 (3)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)計方法來設(shè)計PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實現(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)包括以下內(nèi)容：初始化程序。在PLC上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動作必要的準備，避免系統(tǒng)發(fā)生誤動作。初始化程序的主要內(nèi)容有：對某些數(shù)據(jù)區(qū)、計數(shù)器等進行清零，對某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進行恢復(fù)，對某些繼電器進行置位或復(fù)位，對某些初始狀態(tài)進行顯示等等。檢測、故障診斷和顯示等程序。這些程序相對獨立，一般在程序設(shè)計基本完成時再添加。保護和連鎖程序。保護和連鎖是程

63、序中不可缺少的部分，必須認真加以考慮。它可以避免由于非法操作而引起的控制邏輯混亂。(4)程序調(diào)試程序調(diào)試分為2個階段，第一階段是模擬調(diào)試、第二階段是現(xiàn)場調(diào)試。程序模擬調(diào)試是，以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場實際狀態(tài)，為程序的運行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備（如用另一臺PLC或一些輸入器件等）模擬產(chǎn)生現(xiàn)場的信號，并將這些信號以硬接線的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端，其時效性較強。軟件模擬法是在PLC中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場信號，其簡單易行，但時效性不易保證。模擬調(diào)試過程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能?，F(xiàn)場調(diào)試。當(dāng)控制臺及現(xiàn)場施工完畢，程序模擬