PLC控制中央空调水泵

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1、PLC控制中央空调水泵-制冷部分摘要随着社会文明的发展、技术的进步和人们生活水平的提高，空调应用日益广泛、普及，空调用电占总用电总量的比例在不断上升，能源问题在我国日渐突出，而且近期内无法根本解决，节能工作相当艰巨。在现代工厂企业、办公大楼、商厦、酒店等环境中，空调是不可缺少的，它虽然能给人们提供一个舒适的环境，但是耗电量也相当大。因此，在人们日益重视环保与节能的今天，中央空调的节能问题这是人们所期待要解决的关键技术问题。本文阐述了中央空调系统自动化控制和节能设计的一些基本思路和方法，并介绍了交流电动机变频调速的特点及节能原理，还介绍了西门子S7-200主要功能模块及应用，并对系统的主回路和控

2、制回路的硬件部分进行了详细介绍。本文主要是对空调出口温度进行检测，采用变频器调节中央空调的转速，使其高效运行，达到节能的目的。整个系统采用模块化设计，CPU主模块是采用CPU226，模拟量扩展模块采用EM231，可根据需要灵活配置各模件数量。通过软件设计完成中央空调所需的参数设置和控制要求，系统软件由主程序、初始化程序、模拟量检测程序组成，通过调用子程序来完成系统的数据采集、模拟量检测等功能。关键词：中央空调；变频调速技术；PLC Abstract With the development of our society, technological progress and the impro

3、vement of living standard, air conditioning has been used widely, popular, air-conditioning power consumption of the total proportion of the total electricity consumption rising, the energy question is outstanding day by day in our country, and unable to solve at all in the near future, the energy c

4、onservation is quite arduous. In such environments as the enterprise, office block, commercial building, hotel of modern factory, etc, the central air conditioner system is dispensable, though it can provide a comfortable environment for people, but the power consumption is quite large. So paying at

5、tention to environmental protection and energy-conserving today day by day people, energy-conserving problem of the central air conditioner is a key technology problem to solve. This paper explained some basic ideas and methods that the systematic automation on the automation control and energy-cons

6、ervation of central air conditioner and recommended the characteristic and energy-conserving principle of VVVF on alternator. It also recommended Siemens S7-200 main functional module and application and the application of PID algorithm in VVVF. The paper made a detailed instruction to the main circ

7、uit and the hardware of control circuit. This subject detected the export temperature of air conditioner, adopt the frequency converter to regulate the rotational speed, and make it run high-efficiently and achieve the goal of energy-conserving. The whole system uses the modular design, the CPU modu

8、le uses CPU226, the simulation quantity expansion module uses EM231, may according to need to dispose various modules quantity nimbly. Completes the parameter establishment and the control request through the software design which the central air conditioning needs. The system software consists of t

9、he master routine, the initialization routine and the analog quantity examination procedure. Through calling the subroutine, the system completes the data acquisition, the examine of analog quantity and the functions of audible and visual alarm.Key Words:Central air-condition;Variable Frequency Regu

10、lating Speed;PLC目录摘要1Abstract2引言1第一章 绪论21.1 中央空调变频调速的意义21.1.1 变频调速技术介绍21.1.2 基于PLC控制下的变频调速系统工作原理31.2 中央空调的结构原理41.3 总体设计方案的确定51.4 本文主要工作6第二章 具体电路设计72.1 温度检测部分设计72.1.1 检测元件选取72.1.2 模拟量输入模块的选取（A/D）72.1.3 模拟量输出模块的选取（D/A）102.2 显示电路设计112.3 变频器的选择112.4 PLC的选择14第三章 硬件电路设计153.1 系统的设计原则153.2 PLC 控制下水泵变频调速系统16

11、3.3 输入输出点地址分配163.4 总体电路图18第四章 PLC控制中央空调变频调速系统的软件设计194.1 PLC编程软件194.2.1 主程序设计19 4.2.2 中断服务程序24结论25致谢26参 考 文 献2729引言现代工厂企业、办公大楼、商厦、酒店等环境，中央空调系统是不可缺少的。中央空调的耗电量是很大的，应用变频调速技术与PLC自动控制系统可以大幅度节约电能和提高系统的自动化程度, 并使系统具有运行可靠、结构简化、维护维修方便等优点。空调冷冻泵变频节能,在国内外都是一个令人感兴趣的课题，很多空调专业人士对此进行了研究。但对于如何计算及分析空调冷冻泵变频运行的工况参数及能耗,颇多

12、局限于泵的相似定律的直接应用，即利用在一定条件下水泵的流量Q、扬程H、功率N与转速n间的关系式(称为相似定律或比例定律) （1）直接进行计算，导致人们普遍认为空调水泵的耗电量与转速或流量的三次方成正比,，只要降低泵的转速就能以三次方的规律降低耗电量。事实上，据此所得的结果与试验或实际结果存在着一定的差异，一些研究者针对这些差异进行了研究，但方法与结论各不相同，如Michel A.Bernier和Bernard Bourrent认为是泵的全效率的影响，从泵的全效率的角度提出泵的耗功不与流量的3次方成正比；谢明华等则利用水电比拟原理提出冷冻水泵的耗功与流量的一次方成正比，似乎过分贬低了其节能潜力；

13、James B.Rishel则认为泵的扬程与负荷的n次方成直线关系，虽考虑了负荷大小及全效率但忽略了其它因素的影响。随着人民生活水平的提高，对空调的需求越来越大，中央空调以其高精度的恒温控制，大面积集中调节，为人们提供宜人的生产和生活环境。但中央空调系统耗能很大, 其电能和热能的消耗量占整个建筑能耗量的40%左右，而在我国目前的建筑设计中很少注重节能观念，忽视设备运行费用和能源消耗，造成能源的巨大浪费，如何解决空调系统的节能问题，已成为当务之急。第一章 绪论1.1.中央空调变频调速的意义随着空调应用的日益普及，其能耗在社会总能耗中所占的比例越来越高。减少空调系统的能耗对全社会的节能，促进国民经

14、济的持续发展具有重大意义。常规中央空调系统的送风量是根据空调房间的最大热、湿负荷确定，且保持不变。空调负荷减少时，通过调节送风温度（调节再热量）来维持室温。这种方法不仅浪费了热量而且浪费制冷机组相当的冷量。在变风量空调系统中，可根据房间温湿度参数的变化，通过变频调速装置调节风机的转速，改变送风量（应大于最小送风量），送风温度保持不变。显然变风量空调系统可充分利用最大送风温差，节约再热量和与之相应的冷量，减少风机的功率消耗，提高空调系统的运行经济性。在夏季室内负荷下降时，先减少送风量，当送风量减至最小送风量时可利用末端再热装置适应室内冷负荷的减少。当再热量不足以补偿室内负荷变化时，系统由夏季工况

15、转至冬季运行工况，系统开始送热风。为节省能量，可先进行定风量变风温的调节方法，当供热负荷继续增加时，再改为变风量调节方法。1.1.1.变频调速技术介绍变频调速具有高效率、宽范围和高精度等特点，是运用最广、最有发展前途的调速方式。（1） 变频器按变换环节分1） 交-交变频器2） 交-直-交变频器（2）变频器按电压的调制方式分1）PAM（脉幅调制）变频器输出电压的大小通过改变直流电压的大小来进行调制。在中小容量变频器中，这种方式几乎己经不采用了。2）PWM（脉宽调制）变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。目前普遍应用的是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制（SPWM）方式。（3）

16、变频器按直流环节的储能方式分1）电流型直流环节的贮能元件是电感线圈。2）电压型直流环节的贮能元件是电容器。变频器的功用是将频率固定（通常为工频50Hz）的交流电（三相的或单相的）变换成频率连续可调（多数为0400Hz）的三相（或单相）交流电。中央空调系统采用变频调速技术，电机可在很宽的范围内平滑调速，可将所有节流阀去掉，使管道畅通，可免去节流损耗。通过改变电机转速而改变水的流速, 从而改变水的流量，达到制冷机正常工作要求和平衡热负荷所需冷量要求，达到节能目的。采用变频调速技术的关键是电机转速的可调和可控。这种系统可由多台水泵电机组成，其中只有一台水泵处于变频调速状态，就可以达到节能目的。1.1

17、.2. 基于PLC控制下的变频调速系统工作原理PLC是变频调速控制系统的关键部件。其作用是协调各机组与变频器之间的电气连接，通过接触器与变频器柜的继电器和接触器进行逻辑切换来实现系统的控制方案。PLC的输入信号有机组选择信号、运行方式选择信号、冷却塔和主机开/关信号、冷冻泵和冷却泵的起/停信号等。输入信号经程序运算，发出相应的动作信号，经微型继电器及相应的常闭、常开触头分别控制变频器及中央空调系统的运行，以及声、光报警器件的动作。PLC软件程序设计采用梯形图语言编程，直观易懂。该系统主要由变频器、可编程控制器、主接触器、水泵机组及温度检测装置组成闭环自动控制系统。水泵机组都可运转在工频以下和变

18、频以下两种状态。这由系统根据实际需要进行切换控制。可编程控制器用I/O扩展接口分别接入A/D和D/A模块，A/D模块通过PLC将温度模拟量转换为数字量，D/A模块将PLC输出的开关量转换为模拟量，以控制变频器的升速过程及降速过程。温度检测装置将状态送A/D,A/D有多个数字量（、）输人PLC,进行控制热负荷从小至大之间的变化，首先对PLC进行设定上限、下限。刚开始工作热交换量为零。、处于关断状态。PLC控制下，接通，1号泵接入变频器电源，同时启动升速程序，按D/A模块输出电压的设定曲线升速,从而使1号泵进行软启动。1号泵转速逐渐增大，热交换量也逐渐增加。若达到设定的下限时，则1号泵在该频率下稳

19、定运行；若频率增至50Hz时还未达到下限，则PLC发出指令释放，闭合，1号泵由工频电网直接供电，全速运转，同时D/A输出为0。PLC指令闭合，2号泵接入变频调速状态，并由PLC控制按设定曲线升速。若升到50Hz频率下还未达到设定下限，则2号泵切换为工频，3号泵为变频调速, 继续下去, 直到热交换量达到下限，电机稳定运行于此状态下。如果热交换量超过上限，设定下调时，接入变频器的第n个水泵，其输出频率降低，若降至0Hz时，还未达到上限，则第n个水泵停，同时D/A置5V，第n-1个水泵切换变频状态，并按设定曲线降低直至达其设定上限，水泵稳定运行于此状态下。该控制系统, 在任何状态下, 只需一台水泵电

20、机处于调速状态, 其它电机可根据需要处于工频状态或停机状态, 就可实现热交换从零至最大的控制过程。冷却水、冷冻水系统可分别用一台PLC控制器和一台变频调速器来控制。1.2. 中央空调的结构原理所谓“中央空调”是由一台主机通过风道过风或冷热水管或管线连接多个末端的方式来控制不同的房间以达到室内空气调节目的的空调。 一般酒店，大型商场用的是风管试的中央空调，它的原理是主机通过通往各个空间区域的通风管道将处理后的冷热空气输送到位。它的优点是成本低、操控简便、噪音低，最主要的缺点是：各个区域（房间）控温不准确。中央空调的工作原理与家用一样，都是利用冷媒（运输热量的媒质叫冷媒）的物理原理把室内的热量带到

21、室外去达到制冷的效果。中央空调工作原理如图1.1所示。图1.1 中央空调工作原理中央空调制冷系统主要由冷冻主机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统、风机和冷却塔等组成。(1) 冷冻主机也叫致冷装置，是中央空调的致冷源，通往各个房间的循环水由冷冻主机进行内部热交换，降温为冷冻水。(2) 冷却水循环系统由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻主机在进行热交换、使水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降温了的冷却水，送回到冷冻机组。如此不断循环，带走了冷冻主机释放的热量。(3) 冷冻

22、水循环系统由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻主机流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，通过各房间的盘管，带走房间内的热量，使房间内的温度下降。同时，房间内的热量被冷冻水吸收，使冷冻水的温度升高。温度升高了的循环水经冷冻主机后又成为冷冻水。(4) 风机盘管系统 安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水盘管冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换。(5) 风机 用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。(6) 冷却塔 冷冻主机在致冷过程中，必然会释放热量，使机组发热。冷却水塔用于为冷冻主机提供“冷却水”。冷却水在盘旋流过冷冻主机后，将带走冷冻主机所产生的热量，使冷冻主机降

23、温。1.3. 总体设计方案的确定对中央空调冷却水和冷冻水回水温度进行检测，然后将检测温度信号经变送器和A/D转换模块反馈给PLC进行处理，再由PLC输出通过变频器控制冷却泵和冷冻泵转速，从而对温度进行控制。目前，对冷却水系统和冷冻水系统分别进行调速的方案最为常见，节电效果也较为显著。温度传感器可采用PT100热电阻；A/D转换模块；PLC；D/A转换模块都选用西门子公司的产品，变频器采用三菱公司的变频器。系统的结构图如图1.3所示。 图1.3 系统结构图1.4. 本设计主要工作中央空调制冷系统通常分为冷冻水和冷却水两个系统。现在水泵系统节能改造的方案大都采用变频器来实现。1) 冷冻水泵系统的闭

24、环控制该方案在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减，控制方式是：冷冻回水温度大于设定温度时频率无极上调。2) 冷却水系统的闭环控制该方案在保证冷却塔有一定的冷却水流出的情况下，通过控制变频器的输出频率来调节冷却水流量。当中中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量；当中中央空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量，在保证中中央空调机组正常工作的前提下，达到节能增效的目的。控制原理说明如下：PLC控

25、制器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的频率，以控制电机转速，调节出水的流量，控制热交换的速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度和流量，加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能。通过温度传感器PT100将温度信号经过变送器和A/D转换模块传送到PLC中进行处理，然后由PLC将控制信号送至变频器中，变频器根据控制信号做出相应的频率调整，实现对水泵电机转速的控制。第二章

26、 具体电路设计2.1. 温度检测部分设计温度是表征物体或系统的冷热程度的物理量。物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，许多生产过程，特别是化学反应过程，都是在一定的温度范围内进行的。温度是最常见的工业测控参数，人们经常会遇到温度和温度检测与控制的问题。2.1.1. 检测元件选取温度检测的主要方法根据敏感元件和被测介质接触与否，可以分成接触式与非接触式两大类。接触式检测方法主要包括基于物体受热体积膨胀性质的膨胀式温度检测仪表。非接触式检测方法是利用物体的热辐射特性与温度之间的对应关系，对物体的温度进行检测，主要有亮度法、全辐射法和比色法等。热温度特性曲线如图2.1所示。正温度系数（PLC）负

27、温度系数（NTC）临界温度系（CTR）12020004080160温度（）电阻（ ）图2.1 各种热敏电阻特性温度检测用的主要是负温度系数热敏电阻，PTC和CTR热敏电阻则利用在特定温度下电阻值急剧变化的特性构成温度开关器件。2.1.2. 模拟量输入模块的选取（A/D）模拟量的输入在过程控制中的应用很广泛，如常用的温度、压力、速度、流量、碱度、位移等的工业检测都是对应电压、电流的大小模拟量，再通过一定的运算(如PID)后控制生产过程达到一定的目的(如恒温等)。模拟量输入的电平大多是从传感器通过变换后得到的，模拟量输入信号按IEC标准为420mA电流信号或05V、-10V10V，010V的直流电

28、压信号。模拟量输入模块的基本功能就是将输入PLC的外部模拟量转换为PLC所需的数字量，以供给主控模块进行数据处理和控制。模拟量输入模块可以直接与热电偶，铂电阻等温度检测元件项链，接受采自温度传感器的信号，温度控制模块实际上就相当于变送器和A/D转换器。将生产现场的温度信号值传送给PLC，经过PLC处理后，通过模拟量输出模块输出。这样就可以实现温度的自动控制。EM231热电阻模块可以通过DIP开关来选择热电阻的类型，接线方式，测量单位和开路故障方向。连接到同一个扩展模块上的热电阻必须是相同类型的。改变DIP开关后必须将PLC断电后再通电，新的设置才能起作用。模拟量输入模块选用西门子公司的EM23

29、1模块。其主要参数指标如下：表1 EM231主要参数耗电量自+5V DC（自I/O总线）自L+L+电压范围，2级或DC传感器供电87mA60mA20.4至28.8V DCLED 指示灯24V DC电源供电良好ON=无错，OFF=无24V DC电源，SF：ON=模块故障，闪烁=输入信号错误,OFF=无错模拟量输入特性现场至逻辑现场至24V DC24V到逻辑500V AC500V AC500V AC共模输入范围（输入通道至输入通道）120V AC共模抑制120dB 120V AC输入类型模块参考接地RTD输入范围RTD类型(选一种)Pt-100，200，500，PT-1000-10000Cu-9.

30、035Ni-10，120，1000R-150，300，600输入分辨率温度电阻0.115位加符号位模块更新时间：所有通道405ms连线长度（最大）100米至传感器线回路电阻（最大）最大为20数据字格式电压：-32000至+32000最大输入电压30V DC(1) 模拟量输入端的接线方式： 模拟量是通过带屏蔽的双绞线把信号输入每个信道，将第一路测量信号接入EM231的A+和A-端；将第二路测量信号介入EM231的B+和B-端。(2) 硬件连接图如图2.2所示。RA A+ A- RB B+ B- RC C+ C- RD D+ D-AIW0 AIW2 AIW4 AIW6EM231M L+ G24VR

31、1 变送器变送器R2DC 24V热敏电阻图2.2 热电阻与EM231硬件连接图2.1.3. 模拟量输出模块的选取（D/A）模拟量输出模块是将中央处理器的二进制数字信号(如4095等)转换成420mA的电流输出信号或010V，05V的直流电压输出信号，以提供给执行机构。模拟量输出模块选用西门子公司的EM232模块。其主要参数指标如下：表2 EM232模块的主要参数模拟量输出特性模拟量输出点数2隔离(现场侧到逻辑线路)无信号范围电压输出电流输出10V020mA数据字格式电压电流-32000+320000+32000分辨率全量程电压电流12位11位接线方式如下图所示。M0 I0 V0 M1 I1 V

32、1EM232M L+ G24V DC变频器变频器2.2. 显示电路设计TD200是德国SIEMENS公司设计制造，专为S7-200系列PLC配用的操作员界面，它是一种连接简单、操作方便、功能强大的实用性人机界面解决方案，TD200文本显示器是所有西门子S7-200系列操作员界面问题的最佳解决方法。它还可以减少输出的I/O点数，由于CPU226主模块上有一个RS-485通讯口。所以只需要将TD200通过一根TD/CPU电缆和PLC实现互连，即连接到CPU226系列的PPI接口上即可，不需要单独的电源。在S7-200系列的CPU中保留了一个专用区域用于与TD200交换数据，TD200直接通过这些数

33、据区访问CPU的必要功能。TD200面板上设有文本及9个功能键。文本显示区为一个背光液晶显示器，可以显示两行每行20个字符大的信息。该型文本显示器的主要功能和性能如下：文本信息的显示：用选择项确认方法可显示最多80条信息，每条信息最多可包含4个变量，五种系统语言。可设定实时时钟。提供强制I/O点诊断功能。提供密码保护功能过程参数的显示和修改，参数在显示器中显示并可用输入键进行修改。 可编程的8个功能键可以替代普通的控制按钮，作为控制键。这样还可以节省8个输入点。可选择通讯的速率。输入和输出的设定：8个可编程功能键的每一个都分配了一个存储器位。这些功能键可在系统启动，测试时进行设置和诊断。可设置

34、PLC的实时时钟，提供了密码保护功能。2.3. 变频器的选择常规设计的交流电动机，通常都是在额定频率、额定电压下工作的。此时，轴上输出转矩、输出功率都可以达到额定值。在变频调速的情况下，供电频率是变化的，电机的实际输出也会变化。由于变频器有一定的通用性，因此在与不同拖动场合的电机配合时，需要选配相应的变频器。本系统所用的单台水泵功率为2.2kW。三菱FR-A540变频器的容量为0.4kW7.5kW。由于本系统采用的是一台变频器只为一台电机提供电源，即一台变频器对应一台水泵，所以三菱FR-A540的功率以足够胜任。并且三菱FR-A540变频器性能可靠，价格低廉，市场占有分额大，便于购买。所以选择

35、三菱FR-A540作为本系统的变频器。变频器端子分布图如图2.6所示。 R U S V T WPCSTFSTR ASTOP BRH CRM RUNRL SUJOG IPFRT OLMRS FURES SEAUCS FMSD SD10E AM4 5直流24V输出正转启动反转启动启动自保持高速中速低速点动模式第2加/减速时间输出停止复位电流输入选择瞬时掉电再启动输入公共端频率设定信号电流输入报警输出运行频率到达瞬时停电过负载频率检测集电极开路输出公共端模拟量信号输出指示仪表 图2.6 变频器端子分布图在本系统中，PLC通过D/A转换模块将控制量通过“2”引脚（既电压输入）引入。表3 主回路端子说明

36、类型端子记号端子名称说明输入信号启动接点，功能设定STF正转启动STF信号处于ON为正转，处于OFF为停止。程序运行模式时为程序运行开始信号。当STF和STR信号同时处于ON时，则停止。STR反转启动STR信号ON为逆转，OFF为停止STOP启动自保持选择使STOP信号处于ON，可以选择启动信号自保持。RHRM，RL多段速度选择用RH，RM和RL信号的组合可以选择多段速度输入端子功能选择。用于改变端子功能。JOG点动模式JOG信号ON时选择点动运行RT第2加/减速时间RT信号处于ON时选择第2加/减速时间。MRS输出停止MRS信号为ON时，变频器输出停止。RES复位用于解除保护回路动作的保持状

37、态，使端子RES信号处于ON在0.1S以上，然后断开。AU电流输入只在端子AU信号处于ON时，变频器才可用直流4到20mA作为频率设定信号。输入端子功能选择。用于改变端子功能。CS瞬时停电再启动CS信号预先处于ON，瞬时停电再恢复时变频器便可自行启动。SD公共输入接点输入端子和FM端子的公共端。PC直流24V电源和外部晶体管公共端接点输入公共端当连接晶体管输出，可以防止因漏电引起的误动作。该端子可用于直流24V，0.1A电源输出。当选择源极型时，该端子作为接点输入的公共端。模拟量输入信号频率设定10E频率设定用电源DC10V容许负载电流10mA按出厂设定状态连接频率设定电位器时，与端子10连接

38、。10DC5 V容许负载电流10mA2频率设定输入DC0到5V时，DC5V对应于最大输出频率。4频率设定DC4到20mA为最大输出频率时电流。1辅助频率设定输入DC0到5V或0到10V时，端子2或4的频率设定信号与这个信号相加。5频率设定公共端频率设定信号和模拟量输出端子AM的公共端子。输出信号集电极开路A B C异常输出指示变频器因保护功能动作而输出停止的转换接点。AC200V 0.3A，异常时B-C间不导通（A-C通）；正常时：B-C导通（A-C不通）输出端子的功能选择。通过（PR190到PR195）改变端子功能。RUN正在运行输出频率为启动频率以上时为低电平，正在停止或正在直流制动时为高

39、电平。OL过载报警失速保护动作时为低电平，解除时为高电平。SE集电极开路输出端子RUN，SU，OL，IPF，FU的公共端子FM指示仪表可以从16种监视项目中选1种作为输出。AM模拟信号2.4. PLC的选择空调变频控制系统选配的SIMATIC S7-200 PLC主要由CPU226模(24DI/16DO)、模拟量输入EM231模块(4AI)和模拟量输出EM232模块(2AO)三部分组成。CPU模块不断地采集输入信号，通过执行用户程序，去刷新系统的输出。输入和输出模块，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。通过一台安装有STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机、一根连接计算机和PLC的PC

40、/PPI通讯电缆，即可对S7-200进行用户编程。SiemensS7-200PLC的工作原理，PLC的循环扫描工作过程：各种PLC都采用扫描工作方式，具体工作过程大同小异。SiemensS7-200PLC的工作过程：PLC上电后，首先进行初始化，然后进入循环工作过程。一次循环过程可归纳为公共处理、程序执行、扫描周期计算处理、I/O刷新和外设端口服务五个工作阶段，一次循环所用的时间称为一个工作周期(或扫描周期)，其长短与用户程序的长短以及PLC机本身性能有关，其数量级为毫秒级，典型值为几十毫秒。第三章 硬件电路设计3.1.系统的设计原则（1）最大限度地满足被控对象的控制要求N 充分发挥PLC的功

41、能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。（uQUK2）保证PLC控制系统安全可靠P+b0g#a bLu保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计的重要原则。（MnCIeNm1s|3）力求简单、经济、使用及维修方便在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。（Nm HR14）适应发展的需要&A EU ucS设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。硬件电路主要实现：信号采集，控制信号输出，水泵控制，故障报警等功能。其原理框图如图3.1所示。图3.1 硬件电路原理框图3

42、.2. PLC 控制下水泵变频调速系统该系统主要由变频器、PLC 控制器、水泵、数量调节器、主接触等组成自动闭环控制系统。图3.2 系统工作于两种状态下的主回路系统工作于工频和变频两种状态下的主回路。系统开始工作时，首先将数显调节器根据所需室温设置好上、下限温度X2、X1，将其与PLC控制相连。按下启动按钮，系统开始启动，此时热负荷为最大，PLC 发出指令使1号水泵软启动并工作在变频状下，其过程为：KM1 吸合，延时t0 秒后KM吸合，启动升速程序，按拟好的升速曲线控制变频器运行，频率逐渐上升直至设定值并稳定地工作在变频状态。3.3. 输入输出点地址分配表4 输入输出地址分配表模块号输入端子号

43、输出端子号地址号信号名称说明CPU2261I0.01号启动按钮2I0.11号停止按钮3I0.22号启动按钮4I0.32号停止按钮5I0.43号启动按钮6I0.53号停止按钮7I0.6紧急停车按钮8I0.7总启动按钮9I1.0控制温度+1按钮10I1.1控制温度-1按钮11I1.21号电机故障按钮12I1.32号电机故障按钮1Q0.0变频器给电继电器2Q0.11号泵工频启动继电器3Q0.21号泵变频运行继电器4Q0.32号泵工频启动继电器5Q0.42号泵变频运行继电器6Q0.53号泵工频启动继电器7Q0.63号泵变频运行继电器8Q0.72号变频器给电继电器9Q1.0冷冻泵变频运行EM2311AI

44、W01号热敏电阻PT1002AIW22号热敏电阻PT100EM2321AQW01号变频器电压2AQW22号变频器电压3.4. 总体电路图第四章 PLC控制中央空调变频调速系统的软件设计系统软件由初始化程序、主程序和中断服务程序三部分组成。PLC控制下变频调速系统的工作原理，可编程逻辑控制器PLC是变频调速控制系统的关键部件。其作用是协调各机组与变频器之间的电气连接，通过接触器与变频器的继电器和接触器进行逻辑切换来实现系统的控制方案。PLC的输入信号有机组选择信号、运行方式选择信号、冷却塔和主机开/关信号、冷冻泵和冷却泵的起/停信号等。输入信号经程序运算，发出相应的动作信号，经微型继电器及相应的

45、常闭、常开触头分别控制变频器及中央空调系统的运行，以及声、光报警器件的动作。PLC软件程序设计采用梯形图语言编程，直观易懂。本系统是利用电压信号控制变频器，进而控制水泵转速和温度。控制程序采用PID控制算法控制输出电压。其中子程序SBR-0为1号变频器的电压控制参数；SBR-1为2号变频器的电压控制参数。主程序OBI分别调用SBR-0，SBR-1子程序块传送PID控制参数。定时中断0为每10毫秒中断一次，进入INT-0。中断服务程序INT-0对2个变频器分别控制。4.1. PLC编程软件该软件的SIMATIC指令集包含三种语言，即语句表(STL)语言、梯形图(LAD)语言、功能块图(FWD)语

46、言。PLC控制程序由一个主程序、若干子程序构成，程序的编制在计算机上完成，编译后通过PC/PPI电缆把程序下载到PLC，控制任务的完成，是通过在RUN模式下主机循环扫描并连续执行用户程序来实现的。S7-200的编程语言是STEP7，它是用于S7系列PLC进行编程、调试的全新软件，可以用LAD，CSF和STL来编程。通过STEP7编程软件，不仅可以非常方便的使用梯形图和语句表等形式进行离线编程，经过编译后通过转接电缆直接下载入PLC的内存中执行，而且在调试运行时，还可以在线监视程序中各个输入输出或状态点的通断状况，给调试工作也带来极大的方便。4.1.1. 主程序设计在本系统中，PLC程序设计的主

47、要任务是接受外部开关信号(按钮、继电器)的输入，判断当前的系统状态以及输出信号去控制接触器、继电器等器件，以完成相应的控制任务。PLC程序设计共有四个模块：（1）控制按钮模块主要处理各电机和电磁阀的启停控制。（2）报警处理模块主要处理变频器的故障报警和报警信息。（3）变频器给定模块将处理变频器的工作模式，调用变频器设定模块。（4）变频器设定模块，是接受由模拟量输入模块(EM231)接受速度传感器转换而来的信号，与频率给定值进行比较后再作为输入信号经D/A转换成模拟量给变频器PLC主程序设计，当PLC的主程序开始运行之后，就处于反复的循环执行之中，每一次循环被称为一次扫描：即对主程序的语句逐条扫

48、描执行。主程序主要完成初始化、遥信自处理、通信处理三方面的工作。只有第一次扫描才执行初始化程序，然后进行遥信自处理程序，若有通信要求，则进行通信处理，否则结束主程序，完成一次扫描工作。PLC主程序流程图如图4.1所示。图4.1 初始化程序流程图梯形图程序：EN MOVBIN OUTEN ATCHINTEVNT10INT010ENI/设置定时中断/PLC上电首次扫描脉冲/设置定时中断0的时间间隔为10ms/开中断SM0.1I0.7 I0.6 Q2.1 Q0.0Q0.0/I0.7为总启动/I0.6为总停止Q2.1I0.6Q2.2Q0.4R1Q0.2R1Q0.6R1/当冷却水回水温度超过37则自动停

49、止运行。/冷冻水温度低于27则自动停止运行。SM34I0.0 I0.1 I1.2 Q0.1Q0.1/冷却泵1号电机启动/停止（工频）/若1号电机故障，则停止。Q0.2R1I0.1I1.2I0.2 I0.3 I1.3 Q0.3Q0.3Q0.4R1I0.3I1.3/冷却泵2号电机启动/停止（工频）/若2号电机故障，则停止。I0.4 I0.5 Q2.0 Q0.5Q0.5/冷却泵3号电机启动/停止（工频）/若3号电机故障，则停止。I1.4I0.5SM0.4Q1.0Q0.6R1Q2.0Q2.0I0.7Q0.5C0/首次启动，3号电机工频运行10分钟后停止。EN CTURPV10C0图4.2 初始化程序梯

50、形图4.1.2. 中断服务程序SM0.0INT：0EN MOV-WIN OUTAC0AIW0EN DI-RIN OUTAC0AC0/冷却泵PID算法/冷却泵测量温度送AC0/转换成实数本程序中需要注意的问题：本系统中选用变频器控制电机转速。变频器需要05V的控制电压。这个控制电压是由EM232提供的。EM232可以把032000的数字量转换成010V的电压。模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量应考虑变送器的输入/输出量程和模拟量输入模块的量程，找出被测物理量与A/D转换后的数字之间的比例关系。结论本文阐述了中央空调系统自动化控制和节能设计的基本思路和方法，介绍了交流电动机变频调速的特点，对

51、系统的主回路和控制回路的硬件应用进行了详细介绍，完成硬件和软件的设计，通过模拟量检测电路检测冷冻水和冷却水的温度，并经过分析处理后，数据传输到显示器显示。显示器采用与 S7-200 匹配的TD200文本显示器，能够显示多种信息，具有良好的用户界面，并且具有8个用户自定义的功能键，而且它可以用电缆直接与主模块的一个PPI接口相连接，非常方便。本系统采用模块化设计结构，PLC主模块及扩展模块的选择能满足系统的需要，输入、输出点数留有一定的裕量，以满足系统扩展的要求。模拟量采集采用PT100和变送器组合，通过EM231与PLC相连，在可靠性，精度方面都能达到要求。由于逻辑功能通过软件实现，从而减少了

52、大量的中间连线，完善了连锁保护功能，提高了系统运行的可靠性。因此系统具有开放性好、可扩充能力强、可靠性高、安装调试方便等优点，具有良好的发展前景。本课题主要是对空调出口温度进行检测，采用变频器调节中央空调的转速，使其高效运行，达到节能的目的。将变频调速技术应用于中央空调系统，并且采用PLC调节对系统进行自动控制，可以大大节约电能，对系统的起动特性和运行特性都有很大的改善。并且频率下调后，电机避免了长期高速的运行，有效地延长了电机和机组的寿命。本设计具有较好的实用价值和发展前景，值得进一步的研究和完善。 致谢我的论文是在我的导师史国梁老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学

53、精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从选题、定题开始，一直到最后论文的反复修改、润色，史老师始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。正是史老师的无私帮助与热忱鼓励，我的毕业论文才能够得以顺利完成。这段时间里，史老师不仅在学习上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向史老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在这里我要向帮助过我，支持过我的老师、同学表示最真诚的感谢。在资料的搜集上学校图书馆给了我很好很及时的资料帮助,使我了解到社会前言的技术，在论文设计上起到了很好的帮助作用，真正的从思想基本思路上克服了平时学习的局限性，在此我

54、也衷心感谢学校为我们提供了这么好的图书馆。再次感谢学校为我们提供良好学习和实习实验条件，使我能够顺利的完成这次毕业设计，顺利完成大学学业，让我们有能力踏上人生社会征程去创造自己人生的美好蓝图。 参 考 文 献:1 李正熙，白晶.电力拖动自动控制系统M.北京：冶金工业出版社，2000.232-239.2 西门子(中国)有限公司.S7-200可编程序控制器产品目录.2004.47，59.3 汪晓光，王艳丹，孙晓瑛.可编程控制器原理及应用M.北京：机械工业出版社，1995.124-127.4 王俊杰检测技术与仪表M武汉：武汉理工大学出版社，2002.58-59，62.5 赵彬.中央空调变频节能的应用

55、及展望.福建能源开发与节约.2000.23，40-41.6 陈伯时，陈敏逊.交流调速系统M.北京：机械工业出版社，1998.2-83.7 廖常初.PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，2007.6-16，22，83-108.8 李正军，计算机控制系统M.北京：机械工业出版社，2007.151-153.9 李一丹，丛望.电器控制原理及其应用M.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，1999.150-156.10 王兆义.小型可编程控制器实用技术M.上海：机械工业出版社，2006.194-204.11 陈伯时.电力拖动自动控制系统运动控制系统M.北京：机械工业出版社，2003.159-170.12 易

56、泓可.电气控制系统设计基础与范例M.北京：机械工业出版社，2005.153-160.13 刘竞成.交流调速系统M.上海：上海交通大学出版社，1987.65-67.14 常斗南.可编程序控制器M.北京：机械工业出版社，1998.10-17.15 田瑞庭.可编程控制器应用技术M.北京：机械工业出版社，1994.92-94.16 SIEMENS AGSIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual.2004.17 SIEMENS AGSIMATIC NET CP 243.1 Communications processor for Indust

57、rial Ethernet Technical manual.2002.4.18 SIEMENS AGSIMATIC MicroComputing User Manual.2000.93.19 SIEMENS AGSIMATIC NET CP 243-2 AS-Interface Master Manual.1999.25.1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发