PLC的中央空調(diào)水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計方案

1、封面 作者： PanHongliang 僅供個人學(xué) 基于 PLC 的中央空調(diào)水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 摘要 本文針對中央空調(diào)的節(jié)能問題，對中央空調(diào)水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)進行分析及 設(shè)計。利用可編程控制器、模擬量擴展模塊、變頻器、溫度傳感器等代替?zhèn)鹘y(tǒng) 再熱量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實現(xiàn)中央空調(diào)水泵的變頻調(diào)速。通過對空調(diào)出口溫度進行檢 測，變頻系統(tǒng)實時調(diào)節(jié)中央空調(diào)水泵轉(zhuǎn)速，達到節(jié)能目的。采用變頻技術(shù)控制 中央空調(diào)水泵，是當前空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的有效途徑。 關(guān)鍵詞：中 央空調(diào)，變頻調(diào)速技 術(shù)，可編程控制器 PLC，PID 目錄 1 緒論 1 1.1 中央空調(diào)變頻調(diào)速的意義 1 1.2 變頻調(diào)速技術(shù)介紹 1 1.3 本文的主要

2、工作 3 2 系統(tǒng)原理分析及方案設(shè)計 5 2.1 中央空調(diào)結(jié)構(gòu)原理 5 2.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)工作原理 7 2.3 空調(diào)變頻控制系統(tǒng)的構(gòu)架 8 2.4 總體設(shè)計方案的確定 8 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 10 3.1 可編程控制器的選型 10 3.1.1 可編程控制器概述 10 3.1.2 可編程控制器的選型 11 3.2 模擬量 I/O 模塊及傳感器選型 12 3.2.1 模擬量輸入模塊選型（ A/D） 13 3.2.2 模擬量輸出模塊選型（ D/A） 15 3.2.3 溫度傳感器選型 16 3.3 變頻器的選型及參數(shù)設(shè)置 17 3.3.1 變頻器的選型 17 - 變頻器的參數(shù)設(shè)置 18 3.4 總體電

3、路圖 19 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 21 4.1 內(nèi)存變量分配 21 4.2 控制系統(tǒng)程序設(shè)計 23 4.2.1 主程序設(shè)計 23 4.2.2 PID 控制的設(shè)計及實現(xiàn) 23 4.2.3 冷卻水系統(tǒng)循環(huán)控制及 PID 調(diào)節(jié)程序 25 4.2.4 冷凍水系統(tǒng)循環(huán)控制及 PID 調(diào)節(jié)程序 26 4.2.5 傳送冷卻水和冷凍水 PID 參數(shù)子程序 26 4.2.6 中斷服務(wù)程序 26 5 系統(tǒng)調(diào)試 27 5.1 初始化程序調(diào)試 27 5.2 冷卻水、冷凍水系統(tǒng) PID 調(diào)節(jié)程序調(diào)試 28 參考文獻 31 致謝 32 附錄 1 完整程序 32 附錄 2 系統(tǒng)總體電路圖 32 緒論 中央空調(diào)變頻調(diào)速的意義 隨

4、著空調(diào)應(yīng)用的日益普及，其能耗在社會總能耗中所占的比例越來越高。 減少空調(diào)系統(tǒng)的能耗對全社會的節(jié)能，促進國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展具有重大意 義。 常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量是根據(jù)空調(diào)房間的最大熱、濕負荷確定，且保 持不變?？照{(diào)負荷減少時，通過調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度（調(diào)節(jié)再熱量）來維持室溫。這 種方法不僅浪費了熱量而且浪費制冷機組相當?shù)睦淞?。在變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中， 可根據(jù)房間溫濕度參數(shù)的變化，通過變頻調(diào)速裝置調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，改變送風(fēng) 量（應(yīng)大于最小送風(fēng)量），送風(fēng)溫度保持不變。顯然變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)可充分利 用最大送風(fēng)溫差，節(jié)約再熱量和與之相應(yīng)的冷量，減少風(fēng)機的功率消耗，提高 空調(diào)系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性 1 。 在夏季室內(nèi)負荷下

5、降時，先減少送風(fēng)量，當送風(fēng)量減至最小送風(fēng)量時可利 用末端再熱裝置適應(yīng)室內(nèi)冷負荷的減少。當再熱量不足以補償室內(nèi)負荷變化 時，系統(tǒng)由夏季工況轉(zhuǎn)至冬季運行工況，系統(tǒng)開始送熱風(fēng)。為節(jié)省能量，可先 進行定風(fēng)量變風(fēng)溫的調(diào)節(jié)方法，當供熱負荷繼續(xù)增加時，再改為變風(fēng)量調(diào)節(jié)方 法。 變頻調(diào)速技術(shù)介紹 變頻調(diào)速具有高效率、寬范圍和高精度等特點，是運用最廣、最有發(fā)展前 途的調(diào)速方式。交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的種類很多，從 50 年代提出的電壓源 型變頻器開始，相繼發(fā)展了電流源型、脈寬調(diào)制型等各種變頻器。 （1）變頻器按變換環(huán)節(jié)分 交- 交變頻器 把頻率固定的交流電源直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源。其主要優(yōu)點 是沒有中間

6、環(huán)節(jié)，故變換效率高。但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄，一般為額定頻 率的一半以下，故它主要用于容量較大的低速拖動系統(tǒng)中。 交-直- 交變頻器 先把頻率固定的交流電整流成直流電，再把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的 三相交流電。由于把直流電逆變成交流電的環(huán)節(jié)容易控制，因此，在頻率的調(diào) 節(jié)范圍，以及改善變頻后電動機的特性等方面，都具有明顯的優(yōu)勢。目前迅速 地普及應(yīng)用的主要是這一種。 （2）變頻器按電壓的調(diào)制方式分 PAM（脈幅調(diào)制）變頻器輸出電壓的大小通過改變直流電壓的大小來進 行調(diào)制。在中小容量變頻器中，這種方式幾乎己經(jīng)不采用了。 PWM脈寬調(diào)制）變頻器輸出電壓的大小通過改變輸出脈沖的占空比來 進行調(diào)制。目前

7、普遍應(yīng)用的是占空比按正弦規(guī)律安排的正弦波脈寬調(diào)制 （SPWM 方式。 （ 3）變頻器按直流環(huán)節(jié)的儲能方式分 電流型直流環(huán)節(jié)的貯能元件是電感線圈。 電壓型直流環(huán)節(jié)的貯能元件是電容器。 變頻器的功用是將頻率固定（通常為工頻 50HZ的交流電（三相的或單 相的）變換成頻率連續(xù)可調(diào)（多數(shù)為 0400Hz）的三相（或單相）交流電2 由上式可知道：當頻率連續(xù)可調(diào)時，電動機的同步轉(zhuǎn)速也連續(xù)可調(diào)。又因 為異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是比同步轉(zhuǎn)速略低一些，所以，當連續(xù)可調(diào)時，也 連續(xù)可調(diào)。 由于磁極對數(shù)不同的異步電動機，在相同頻率時的轉(zhuǎn)速是不同的。所以， 即使頻率的調(diào)節(jié)范圍相同，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍也是各異的，因此采用變頻

8、和變極 調(diào)速相結(jié)合的方法，可以大大提高變頻器的工作效率。 由于轉(zhuǎn)速與頻率成正比，即： =（ 1-1 ） 式中： - 轉(zhuǎn)速； -頻率； - 電機磁極對數(shù)； 若將電機的運行頻率由原來的 50Hz 下調(diào)到 40Hz 時，電機的實際轉(zhuǎn)速 n, 降為額定轉(zhuǎn)速的 80%,即 由于電機的額定功率 因此，電機運行在 40Hz 時的實際功率為： （1-2） 則節(jié)電率為： （1-3） 由此可見，若風(fēng)機和水泵的電機運行在 40Hz 時，理論上，電機實際消耗 的功率只有額定功率的一半左右，此時，理論上節(jié)電率為 48.8%，交流變頻調(diào) 速的節(jié)電效果相當顯著，經(jīng)濟效益十分可觀。 中央空調(diào)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)，電機可在很寬

9、的范圍內(nèi)平滑調(diào)速 , 可將 所有節(jié)流閥去掉 , 使管道暢通，可免去節(jié)流損耗。通過改變電機轉(zhuǎn)速而改變水 的流速 , 從而改變水的流量，達到制冷機正常工作要求和平衡熱負荷所需冷量 要求，達到節(jié)能目的。采用變頻調(diào)速技術(shù)的關(guān)鍵是電機轉(zhuǎn)速的可調(diào)和可控。這 種系統(tǒng)可由多臺水泵電機組成，其中只有一臺水泵處于變頻調(diào)速狀態(tài)，就可以 達到節(jié)能目的。這種系統(tǒng)最大程度地節(jié)約了設(shè)備。電機的變頻調(diào)速系統(tǒng)是由 PLC 控制器進行切換和控制。 本文的主要工作 中央空調(diào)系統(tǒng)通常分為冷凍水和冷卻水兩個系統(tǒng)?，F(xiàn)在水泵系統(tǒng)節(jié)能改造 的方案大都采用變頻器來實現(xiàn)。 （1） 冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制 該方案在保證最末端設(shè)備冷凍水流量供給的情

10、況下，確定一個冷凍泵變頻 器工作的最小工作頻率，將其設(shè)定為下限頻率并鎖定，變頻冷凍水泵的頻率調(diào) 節(jié)是通過安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水回水溫度，再 經(jīng)由溫度控制器設(shè)定的溫度來控制變頻器的頻率增減，控制方式是：冷凍回水 溫度大于設(shè)定溫度時頻率無極上調(diào)。 （2） 冷卻水系統(tǒng)的閉環(huán)控制 該方案在保證冷卻塔有一定的冷卻水流出的情況下，通過控制變頻器的輸 出頻率來調(diào)節(jié)冷卻水流量。當中中央空調(diào)冷卻水出水溫度低時，減少冷卻水流 量；當中中央空調(diào)冷卻水出水溫度高時，加大冷卻水流量，在保證中中央空調(diào) 機組正常工作的前提下，達到節(jié)能增效的目的 控制原理說明如下： PLC 控制器通過溫度模塊及溫度

11、傳感器將冷凍機的回 水溫度和出水溫度讀入控制器內(nèi)存，并計算出溫差值；然后根據(jù)冷凍機的回水 與出水的溫差值來控制變頻器的頻率，以控制電機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)出水的流量，控 制熱交換的速度；溫差大，說明室內(nèi)溫度高系統(tǒng)負荷大，應(yīng)提高冷凍泵的轉(zhuǎn) 速，加快冷凍水的循環(huán)速度和流量，加快熱交換的速度；反之溫差小，則說明 室內(nèi)溫度低，系統(tǒng)負荷小，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度和流 量，減緩熱交換的速度以節(jié)約電能。 由于冷凍機組運行時，其冷凝器的熱交換量是由冷卻水帶到冷卻塔散熱降 溫，再由冷卻泵送到冷凝器進行不斷循環(huán)的。冷卻水進水出水溫差大，說明冷 凍機負荷大，需冷卻水帶走的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，加大冷卻

12、水的循 環(huán)量；溫差小，則說明，冷凍機負荷小，需帶走的熱量小，可降低冷卻泵的轉(zhuǎn) 速，減小冷卻水的循環(huán)量，以節(jié)約電能。 通過溫度傳感器 PT100 將溫度信號經(jīng)過變送器和 A/D 轉(zhuǎn)換模塊傳送到 PLC 中進行處理，然后由 PLC 將控制信號送至變頻器中，變頻器根據(jù)控制信號做出 相應(yīng)的頻率調(diào)整，實現(xiàn)對水泵電機轉(zhuǎn)速的控制。主要工作有：溫度檢測部分設(shè) 計；選擇變頻器；設(shè)計主電路；選擇 PLC 器件并選擇擴展模塊；I/O 口的分配 及輸入輸出接口電路的設(shè)計；報警等接口設(shè)計；編制設(shè)計 PLC 程序；系統(tǒng)仿 真。 系統(tǒng)原理分析及方案設(shè)計 中央空調(diào)結(jié)構(gòu)原理 中央空調(diào)是由一臺主機通過風(fēng)道過風(fēng)或冷熱水管或管線連接

13、多個末端的方 式來控制不同的房間以達到室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)目的的空調(diào)。 一般酒店，大型商場用的是風(fēng)管試的中央空調(diào)，它的原理是主機通過通往 各個空間區(qū)域的通風(fēng)管道將處理后的冷熱空氣輸送到位。它的優(yōu)點是成本低、 操控簡便、噪音低，最主要的缺點是：各個區(qū)域（房間）控溫不準確。 中央空調(diào)的工作原理與家用一樣，都是利用冷媒（運輸熱量的媒質(zhì)叫冷 媒）的物理原理把室內(nèi)的熱量帶到室外去達到制冷的效果。 中央空調(diào)工作原理如圖 2-1 所示。 圖 2-1 中央空調(diào)工作原理 中央空調(diào)系統(tǒng)主要由冷凍主機、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機 盤管系統(tǒng)、風(fēng)機和冷卻塔等組成。 （1）冷凍主機也叫致冷裝置，是中央空調(diào)的致冷源，通往

14、各個房間的循環(huán) 水由冷凍主機進行內(nèi)部熱交換，降溫為冷凍水。 （2）冷卻水循環(huán)系統(tǒng)由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍主機在進 行熱交換、使水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收， 使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與 大氣進行熱交換，然后再將降溫了的冷卻水，送回到冷凍機組。如此不斷循 環(huán)，帶走了冷凍主機釋放的熱量。 （3）冷凍水循環(huán)系統(tǒng)由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍主機流出的冷凍 水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，通過各房間的盤管，帶走房間內(nèi)的熱量，使 房間內(nèi)的溫度下降。同時，房間內(nèi)的熱量被冷凍水吸收，使冷凍水的溫度升 高。溫度升高了的循環(huán)水經(jīng)冷

15、凍主機后又成為冷凍水。 （4）風(fēng)機盤管系統(tǒng)。安裝于所有需要降溫的房間內(nèi)，用于將由冷凍水盤管 冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內(nèi)的熱交換。 （5）風(fēng)機。用于降低冷卻塔中的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發(fā)到 大氣中去。 （6）冷卻塔。冷凍主機在致冷過程中，必然會釋放熱量，使機組發(fā)熱。冷 卻水塔用于為冷凍主機提供“冷卻水”。冷卻水在盤旋流過冷凍主機后，將帶 走冷凍主機所產(chǎn)生的熱量，使冷凍主機降溫。 工作原理：冷凍主機是中央空調(diào)的致冷源，從冷凍主機流出的冷凍水由冷 凍泵加壓送入冷凍水管道，通過各房間的盤管，帶走房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi) 的溫度下降。冷卻水塔為冷凍主機提供冷卻水，冷卻水經(jīng)管道盤旋流過冷凍

16、主 機后，將帶走冷凍主機所產(chǎn)生的熱量，使冷凍主機降溫。 空調(diào)系統(tǒng)中的控制對象多屬于熱工對象，從控制的角度分析具有以下特 點： 八、 （1）多干擾性。例如：通過窗戶進入的太陽輻射熱是時間的函數(shù)，也受 氣象條件的影響；室外空氣溫度通過圍護結(jié)構(gòu)對室溫產(chǎn)生的影響；為了換氣所 采用的新風(fēng)，其溫度變化對室溫有直接的影響；室內(nèi)人員的變動，照明、機電 設(shè)備的啟停，均會干擾變動時控制的難度以及能源浪費的問題。 （2）多工況性。空調(diào)系統(tǒng)中對空氣的處理過程具有很強的季節(jié)性，一年 中，至少要分為冬季，過渡季和夏季。另外在同一天中，夜晚和白天的空氣工 況也不完全相同，因此，空調(diào)對空氣的處理過程也具有多變性。多工況性的特

17、 點就決定了空調(diào)的運行不能設(shè)定在某一不變的參數(shù)下，而這就要求空調(diào)的控制 系統(tǒng)必須要靈活的動作來適應(yīng)變化的工況。 在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，冷凍泵、冷卻泵的裝機容量是取系統(tǒng)最大負荷再 增加 10%20%余量作為設(shè)計系數(shù)。根據(jù)計算中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水、冷卻水 循環(huán)用電約占夏季酒店總用電的 25%30%，冷卻塔的用電占 8%10%。因此，實 施對冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)以及冷卻塔的能量自動控制是中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能 改造及自動控制的重要組成部分。 根據(jù)異步電動機原理 （2-1） 式中：n-轉(zhuǎn)速；f-頻率；p-電機磁極對數(shù)；s-轉(zhuǎn)差率。 由上式可見，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速有 3 種方法，改變頻率、改變電機磁極對數(shù)、改變轉(zhuǎn)

18、差率。在以上調(diào)速方法中，變頻調(diào)速性能最好，調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好， 運行效率高。因此改變頻率而改變轉(zhuǎn)速的方法最方便有效。 以前的冷卻塔是人為的根據(jù)冷卻水溫度選擇冷卻塔開啟的臺數(shù)，非常容易 造成能源的浪費現(xiàn)象，現(xiàn)在根據(jù)冷卻水的溫度，由溫度傳感器傳送信號至 PLC， 由 PLC 經(jīng)計算后對冷卻水泵依次開啟，以達到節(jié)能效果。 變頻調(diào)速系統(tǒng)工作原理 PLC 是變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。 其作用是協(xié)調(diào)各機組與變頻器之間 的電氣連接， 通過接觸器與變頻器柜的繼電器和接觸器進行邏輯切換來實現(xiàn)系 統(tǒng)的控制方案。PLC 的輸入信號有機組選擇信號、運行方式選擇信號、冷卻塔 和主機開 /關(guān)信號、冷凍泵和冷卻泵的

19、起 / 停信號等。輸入信號經(jīng)程序運算，發(fā) 出相應(yīng)的動作信號，經(jīng)微型繼電器及相應(yīng)的常閉、常開觸頭分別控制變頻器及 中央空調(diào)系統(tǒng)的運行，以及聲、光報警器件的動作。 PLC 軟件程序設(shè)計采用梯 形圖語言編程，直觀易懂。 該系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、主接觸器、水泵機組及溫度檢測裝 置組成閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。 水泵機組都可運轉(zhuǎn)在工頻以下和變頻以下兩種狀態(tài)。這由系統(tǒng)根據(jù)實際需 要進行切換控制。 可編程控制器用 I/O 擴展接口分別接入 A/D 和 D/A 模塊， A/D 模塊通過 PLC 各 溫度模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，D/A 模塊將 PLC 俞出的開關(guān)量轉(zhuǎn)換為模擬量，以控制 變頻器的升速過程及降速過程。

20、 溫度檢測裝置將狀態(tài)送 A/D,A/D 有多個數(shù)字量(x,x i,X2,X3)輸人 PLC 進 行控制熱負荷從小至大之間的變化，首先對 PLC 進行設(shè)定上限 xi、下限 xo。剛開 始工作熱交換量為零。xo、xi處于關(guān)斷狀態(tài)。PLC 控制下，KM 接通，1 號泵接入 變頻器電源，同時啟動升速程序，按 D/A 模塊輸出電壓的設(shè)定曲線升速,從而使 1 號泵進行軟啟動。 1 號泵轉(zhuǎn)速逐漸增大，熱交換量也逐漸增加。若達到設(shè)定的下 限 xo時，則 1 號泵在該頻率下穩(wěn)定運行；若頻率增至 50Hz 時還未達到下限 xo,則 PLC 發(fā)出指令 KM 釋放，KM 閉合，1 號泵由工頻電網(wǎng)直接供電，全速運轉(zhuǎn)，同

21、時 D/A 輸出為 0。PLC 旨令 KM閉合，2 號泵接入變頻調(diào)速狀態(tài)，并由 PLC 控制按設(shè)定 曲線升速。若升到 50Hz 頻率下還未達到設(shè)定下限 xo，則 2 號泵切換為工頻，3 號 泵為變頻調(diào)速，繼續(xù)下去，直到熱交換量達到下限 xo,電機穩(wěn)定運行于此狀態(tài) 下。 如果熱交換量超過上限 X1，設(shè)定下調(diào)時，接入變頻器的第 n 個水泵，其輸出 頻 率降低，若降至 OHz 時，還未達到上限 xi，則第 n 個水泵停，同時 D/A 置 5V,第 n-1個水泵切換變頻狀態(tài)，并按設(shè)定曲線降低直至達其設(shè)定上限 xi，水泵穩(wěn)定運 行于此狀態(tài)下。 需注意，在水泵進行工頻和變頻電網(wǎng)的切換過程盡可能快，各接觸器

22、間互 鎖和動作時間要設(shè)置好。 該控制系統(tǒng) , 在任何狀態(tài)下 , 只需一臺水泵電機處于調(diào)速狀態(tài) , 其它電機 可根據(jù)需要處于工頻狀態(tài)或停機狀態(tài) , 就可實現(xiàn)熱交換從零至最大的控制過 程。 冷卻水、冷凍水系統(tǒng)可分別用一臺 PLC 空制器和一臺變頻調(diào)速器來控制。 空調(diào)變頻控制系統(tǒng)的構(gòu)架 空調(diào)變頻控制系統(tǒng)，依據(jù)水泵變頻曲線和系統(tǒng)曲線計算出最佳運行模式 后，使 n 臺水泵在最佳頻率下運行。隨著用戶量的不斷變化 , 實際差壓值會經(jīng)常 偏離設(shè)定值。 為了徹底消除該水泵系統(tǒng)的剩余揚程， 空調(diào)變頻系統(tǒng)將作進一步 的 PID 調(diào)節(jié)。 控制原理方框圖如圖 2-2 所示。 圖 2-2 系統(tǒng)的控制原理圖 系統(tǒng)將差壓變送

23、器的實時反饋值與目標設(shè)定值比較 ，其差值被送入 PLC 的內(nèi) 部 PID 調(diào)節(jié)器，經(jīng)過運算 , 輸出頻率信號對水泵進行調(diào)速，以達到消除差壓動態(tài) 偏差的目的。其算法為： (2-2) 式中 - 調(diào)節(jié)器的輸出； 比例時間常數(shù)； 差壓設(shè)定值 () 與差壓實測值 () 之差； 差壓積分時間常數(shù)； 差壓微分時間常數(shù)。 以上所有算法，將在西門子的 PLCS7-200 上實現(xiàn)。 總體設(shè)計方案的確定 對中央空調(diào)冷卻水和冷凍水回水溫度進行檢測，然后將檢測溫度信號經(jīng)變 送器和A/D 轉(zhuǎn)換模塊反饋給 PLC 進行處理，再由 PLC 俞出通過變頻器控制冷卻 泵和冷凍泵轉(zhuǎn)速，從而對溫度進行控制。 目前，對冷卻水系統(tǒng)和冷凍

24、水系統(tǒng)分別進行調(diào)速的方案最為常見，節(jié)電效 果也較為顯著。該方案在保證冷卻塔有一定的冷卻水流出的情況下，通過控制 變頻器的俞出頻率來調(diào)節(jié)冷卻水流量。當中央空調(diào)冷卻水出水溫度低時，減少 冷卻水流量；當中央空調(diào)冷卻水出水溫度高時，加大冷卻水流量。冷凍水系統(tǒng) 也是如此。在冷凍水和冷卻水的回水管道上安裝溫度傳感器，只檢測回水溫 度，然后經(jīng)過 PLC 的處理對變頻器實行控制。這樣可確保中央空調(diào)機組正常工 作的前提下達到節(jié)能增效的目的。溫度傳感器可采用 PT100 熱電阻；A/D 轉(zhuǎn)換 模塊； PLC； D/A 轉(zhuǎn)換模塊都選用西門子公司的產(chǎn)品，變頻器采用三菱公司的 變頻器。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 2-3 所示。

25、 圖 2-3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)硬件設(shè)計 可編程控制器的選型 可編程控制器概述 可編程控制器，英文稱 Programmable Logic Controller ，簡稱 PLC?？?編程控制器是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器，它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子 計算機。可編程控制器通過運行存儲在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理 過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理 過程去實現(xiàn)對負載的控制。 如果說初期發(fā)展起來的可編程控制器主要是以它的高可靠性、靈活性和小 型化來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電接觸控制，那么當今的可編程控制器則吸取了微電 子技術(shù)和計算機技術(shù)的最新成果，得到了更新的發(fā)展。從單

26、機自動化到整條生 產(chǎn)線的自動化，乃至整個工廠的生產(chǎn)自動化；從柔性制造系統(tǒng)、工業(yè)機器人到 大型分散控制系統(tǒng)，可編程控制器均承擔(dān)著主要角色 4 。 （ 1）可編程控制器的硬件組成。可編程控制器的硬件部分由中央處理器 單元（CPU模塊）、存儲器、輸入/輸出（I/O ）模塊、電源模塊、通信模塊、 編程器等部分組成。如圖 3-1 所示。 （ 2）可編程控制器的工作原理 1 可編程控制器是以順序掃描的方式工作的。用戶程序通過編程器輸入并 存放在可編程控制器的用戶存儲器中。當可編程控制器運行時，用戶程序中有 眾多的操作需要去執(zhí)行，但 CPL 是不能同時執(zhí)行多個操作的，它只能按分時操 作原理工作，即每一時刻只

27、執(zhí)行一個操作。由于 CPU 勺運算處理速度很高，使 得外部出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)從宏觀上看好像是同時完成的。這種按分時原則，順序執(zhí)行 程序的各種操作的過程稱為 CPU 寸程序的掃描。執(zhí)行一次掃描的時間成為掃描 周期。 2 可編程控制器的工作過程?？删幊炭刂破魇窃谙到y(tǒng)軟件的控制和指揮 下，采用循環(huán)順序掃描的方式工作的，其工作過程就是程序的執(zhí)行過程，它分 為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。 圖 3-1 可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)框圖 3 可編程控制器的基本功能 可編程控制器有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的 I/O 接口、通信接口，有 大容量的內(nèi) 存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能： a） 邏輯處

28、理功能； b） 數(shù)據(jù)運算功能； c ）準確定時功能； d） 高速技術(shù)功能； e） 中斷處理（可以實現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能； f ）程序與數(shù)據(jù)存儲功能； g）自檢測、自診斷功能。 可以說，凡普通小型計算機能實現(xiàn)的功能，可編程控制器幾乎也都可以做 到。豐富的功能為可編程控制器的廣泛應(yīng)用提供了可能。同時，也為自動化行 業(yè)的遠程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。 可編程控制器的選型 在可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計時，確定控制方案之后，下一步工作就是可編程 控制器工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。工 程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù) 和范圍確定所需的操作和

29、動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需 存儲器容量、確定可編程控制器的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性 能價格比的可編程控制器和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 （ 1）輸入輸出（ I/O ）點數(shù)的估算 I/O 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增 加 10%- 20%勺可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需 根據(jù)制造廠商可編程控制器的產(chǎn)品特點，對輸入輸出電數(shù)進行圓整。本設(shè)計輸 入點有 15 個，輸出點 11 個。 （ 2）存儲器容量勺估算 程序容量在設(shè)計階段是未知勺，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型 時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量

30、勺估算來替代。 存儲器內(nèi)存容量勺估算沒有固定勺公式，許多文獻資料中給出了不同公 式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 1015 倍， 加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍， 以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù) （ 16 位為一個字）。另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。因 此本課題的可編程控制器內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲 2000 條梯形圖，這樣才能在以 后的改造過程中有足夠的空間。 （3）機型的選擇 目前，國內(nèi)眾多的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了多種系列功能各異的可編程控制器 產(chǎn) 品，使用戶眼花繚亂、無所適從。通過對輸入 /輸出點的選擇、對存儲容量的 選擇、對 I/O 相應(yīng)時間的選擇以及輸出負載的特點選型的分析。并且根據(jù)轎廂 樓

31、層位置檢測方法，要求可編程控制器必須具有高速技術(shù)器，又因為電梯是雙 向運行的，所以可編程控制器還需具有可逆技術(shù)器。綜合考慮后，本設(shè)計選擇 SIEMENS 公司生產(chǎn)的 S7 系列的 S7-200 可編程控制器。 S7-200 系列 PLC 的主要特點如下： 采用整體固定 I/O 型與基本單元加擴展的結(jié)構(gòu)，PLC 的 CPU 電源、I/0 安裝于一體，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡單。 運算速度快，基本邏輯控制指令每條 0.22us，可以實現(xiàn)高速控制。 編程指令、編程元件較豐富，性價比高。 PLC 集成有固定點數(shù)的告訴計數(shù)輸入與高速脈沖輸出，脈沖頻率可以達 到 20 100kHz。 PLC 帶有 RS-485

32、串行通信接口，可以支持無協(xié)議通信與點到點通信 （PPI）、多點通信（MPI）、PROFIBU 總線通信。 通過擴展模塊， S7-200 還可以增加如下功能。 通信功能擴展。通過 PROFIBUS-DPEM227、AS-i （CP243-2）、調(diào)制 9 解調(diào)器（EM241、以太網(wǎng)（CP243-1、CP243-1IT）等通信模塊，PLC 可以與 工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線網(wǎng)等不同的網(wǎng)絡(luò)進行連接，組成 PLC 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 特殊功能擴展。通過多通道模擬量 I/O 模塊、各種溫度測量模塊、定位 脈沖模塊等，實現(xiàn)現(xiàn)場溫度、速度、位置等參數(shù)的控制、測量、調(diào)節(jié)功能。 本文選配的 SIMATIC S7-200 PLC

33、 主要由 CPU226 模擬量輸入 EM231 模塊 和模擬量輸出 EM232 莫塊三部分組成。 模擬量 I/O 模塊及傳感器選型 3.2.1 模擬量輸入模塊選型（A/D） 模擬量的輸入在過程控制中的應(yīng)用很廣泛，如常用的溫度、壓力、速度、 流量、堿度、位移等的工業(yè)檢測都是對應(yīng)電壓、電流的大小模擬量，再通過一 定的運算（如 PID）后控制生產(chǎn)過程達到一定的目的（如恒溫等）。模擬量輸入的 電平大多是從傳感器通過變換后得到的，模擬量輸入信號按 IEC 標準為 4 20mA 電流信號或 05V、-10V10V, 010V 的直流電壓信號。 模擬量輸入模塊的基本功能就是將輸入 PLC 的外部模擬量轉(zhuǎn)換為

34、 PLC 所需 的數(shù)字量， 以供給主控模塊進行數(shù)據(jù)處理和控制。 模擬量輸入模塊可以直接與熱電偶，鉑電阻等溫度檢測元件相連，接受采 自溫度傳感器的信號，溫度控制模塊實際上就相當于變送器和 A/D 轉(zhuǎn)換器。將 生產(chǎn)現(xiàn)場的溫度信號值傳送給 PLC 經(jīng)過 PLC 處理后，通過模擬量輸出模塊輸 出。這樣就可以實現(xiàn)溫度的自動控制。 EM231 熱電阻模塊可以通過 DIP 開關(guān)來選擇熱電阻的類型，接線方式，測 量單位和開路故障方向。連接到同一個擴展模塊上的熱電阻必須是相同類型 的。改變 DIP 開關(guān)后必須將 PLC 斷電后再通電，新的設(shè)置才能起作用 。 EM231 的主要參數(shù)，見表 3-1 o 表 3-1

35、EM231 主要參數(shù) 耗電量 自+5V DC （自 I/O 總線） 自 L+ L+電壓范圍，2 級或 DC 傳感器供電 87mA 60mA 20.4 至 28.8V DC 24V DC 電源供電良好 ON 無錯，OFF 無 24V LED 指示燈 DC 電源，SF: ON 模塊故障，閃爍=輸入信號 錯誤，。卩卩二無錯 模擬量輸入特性 現(xiàn)場至邏輯 500V AC 現(xiàn)場至 24V DC 500V AC 24V 到邏輯 500V AC 共模輸入范圍（輸入通道至輸入通道） 120V AC 共模抑制 120dB 120V AC 輸入類型 無隔離差分輸入 輸入范圍 RTD 類型（選一種） Pt-100 Q

36、，200Q，500Q，PT-1000 Q - 10000Q Cu-9.035 Q Ni-10 Q，120 Q，1000 Q R-150Q，300 Q，600 Q 輸入分辨率 溫度 0.1 C 電阻 15 位加符號位 模塊更新時間：所有通道 405ms 連線長度（取大） 100 M 至傳感器 線回路電阻（最大） 最大為 20 Q 數(shù)據(jù)字格式 電壓：-32000 至 +32000 最大輸入電壓 30V DC EM231 的配置區(qū)有 3 個設(shè)定開關(guān)，用于模擬量輸入范圍（量程）、分辨 率、類型等的選擇，設(shè)定開關(guān)的作用如表 3-2 所示 表 3-2 EM231 設(shè)定開關(guān)表 輸入類型與范圍 分辨率 開關(guān)設(shè)

37、定 SW1 SW2 SW3 單極性，010V 電壓輸入 2.5mV X 單極性，05V 電壓輸入 1.25mV X 單極性，020mA 電流輸入 5uA X 雙極性，0土 5V 電壓輸入 2.5mV X X 雙極性，0土 2.5V 電壓輸入 1.25mV X X -設(shè)定開關(guān)ON X -設(shè)定開關(guān)OFF 由于本設(shè)計采用的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，EM231 輸入類型為單極性，05V 電壓 輸入。所以選擇分辨率為 1.25mV, SW1 SW2 SW3 分別為 ON ON OFF 的設(shè) 模擬量輸入端的接線方式： 模擬量是通過帶屏蔽的雙絞線把信號輸入 個信道，將第一路測量信號接入 EM231 的 A+和 A

38、-端；將第二路測量信號介入 EM231 的 B+和 B-端。EM231 需要外部提供 DC24V 電源，電源從 L+、M 端輸入。 硬件連接圖如圖 3-2 所示 圖 3-2 熱電阻與 EM231 硬件連接圖 A/D 轉(zhuǎn)換的輸入/輸出關(guān)系曲線如圖 3-3 所示 圖 3-3 A/D 轉(zhuǎn)換的輸入/輸出關(guān)系曲線 3.2.2 模擬量輸出模塊選型（D/A） 模擬量輸出模塊是將中央處理器的二進制數(shù)字信號 （如 4095 等）轉(zhuǎn)換成 420mA 的電流輸出信號或 010V, 05V 的直流電壓輸出信號，以提供給執(zhí) 行機構(gòu)。 模擬量輸出模塊選用西門子公司的 EM232 模塊。其主要參數(shù)指標見表 3 3: 表 3

39、-3 EM232 模塊的主要參數(shù) 模擬量輸出特性 模擬量輸出點數(shù) 2 隔離（現(xiàn)場側(cè)到邏輯線路） 無 信號范圍 電壓輸出 10V 電流輸出 0 20mA 數(shù)據(jù)字格式 電壓 -32000 +32000 電流 0+32000 分辨率全量稈 電壓 12 位 電流 11 位 數(shù)字量到模擬量轉(zhuǎn)換器（DAC 的 12 位讀數(shù)，其輸出數(shù)據(jù)格式是左端對齊 的，最高有效位：0 表示是正值數(shù)據(jù)字，數(shù)據(jù)在裝載到 DAC 寄存器之前，4 個 連續(xù)的 0 是被裁斷的，這些位不影響輸出信號值 。 D/A 轉(zhuǎn)換模塊輸入/輸出關(guān)系如圖 3-4 所示 圖 3-4 D/A 轉(zhuǎn)換模塊輸入/輸出關(guān)系 （1）模擬量輸出端的接線方式：經(jīng)過

40、 D/A 轉(zhuǎn)換后，模擬量通過雙絞線把 信號輸出，如果是輸出電壓信號，則將雙絞線接到信道的 M0 V0 端；如果輸 出的是電流信號，那么應(yīng)先將雙絞線接到信道的 M0 和 I0 端。 （2）接線方式如圖 3-5 所示 圖 3-5 EM232 端子接線圖 3.2.3 溫度傳感器選型 溫度檢測的主要方法根據(jù)敏感元件和被測介質(zhì)接觸與否，可以分成接 觸式 與非接觸式兩大類。接觸式檢測方法主要包括基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨 脹式溫度檢測儀表；基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值所溫度變化的熱電阻溫度檢測儀 表；基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測儀表。非接觸式檢測方法是利用物體的熱 輻射特性與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系，對物體的溫度進

41、行檢測，主要有亮度法、全 輻射法和比色法等。 熱敏電阻是用金屬氧化物或半導(dǎo)體材料作為電阻體的測溫敏感元件。熱敏 電阻有正溫度系數(shù)（PTC、負溫度系數(shù)（NTQ 和臨界溫度系數(shù)（CTR 三 種。 溫度特性曲線如圖 3-6 所示。 圖 3-6 各種熱敏電阻特性 溫度檢測用的主要是負溫度系數(shù)熱敏電阻， PTC 和 CTR 熱敏電阻則利用在 特定溫度下電阻值急劇變化的特性構(gòu)成溫度開關(guān)器件。 負溫度系數(shù)的熱敏電阻主要由單晶以及錳、鎳、鈷等金屬氧化物制成，測 溫范圍為-50到 300C。它可以制成不同的結(jié)構(gòu)形式，有珠狀、片狀、桿狀和 薄膜狀等，其中珠狀和柱狀的金屬氧化物熱敏電阻穩(wěn)定性較好。熱敏電阻的優(yōu) 點是

42、a值大，一般為金屬電阻的十幾倍，靈敏度很高，而且組織也高，在使 用時引線電阻所引起的誤差可以忽略。缺點是互換性差，部分產(chǎn)品穩(wěn)定性不 好。但由于它結(jié)構(gòu)簡單，熱響應(yīng)快，靈敏度高并且價格便宜，因此在汽車、家 電等領(lǐng)域得到大量應(yīng)用 3 。 PT100 溫度傳感器的測量溫度范圍是：-50C450C。 Pt100 熱電阻隔離變送器： 型號：RS3011 該產(chǎn)品是用 PT100 傳感器測量溫度的隔離變送器，在工業(yè) 上主要用于測量-200+500C 的溫度。變送器內(nèi)有線性化和長線補償功能，出 廠時按照 PT100 國標分度表校正，完全達到 0.2 級精度要求。輸入、輸出和輔 助電源之間是完全隔離（三隔離），可

43、以承受 2500VDC 的隔離耐壓。 產(chǎn)品米用 DIN35 國際標準導(dǎo)軌安裝方式，體積小、精度高，性能穩(wěn)定、性價比高，可以 廣泛應(yīng)用在石油、化工、電力、儀器儀表和工業(yè)控制等行業(yè)。 主要特性： 輸 入：Pt100(-20+400C)(范圍可選擇) 輸出信號：420mA/(5V 精度等級：0.2 級(FSR%) ( 4)內(nèi)含線性化和長線補償功能 ( 5)隔離耐壓： 2500VDC(0.5mA,60S) (6) DIN35 導(dǎo)軌安裝 ( 7)精度高、性能穩(wěn)定可靠 3 。 因本設(shè)計需求，特選擇輸入溫度范圍為 0+100C。 3.3 變頻器的選型及參數(shù)設(shè)置 變頻器的選型 常規(guī)設(shè)計的交流電動機，通常都是在

44、額定頻率、額定電壓下工作的。此 時，軸上輸出轉(zhuǎn)矩、輸出功率都可以達到額定值。在變頻調(diào)速的情況下，供電 頻率是變化的，電機的實際輸出也會變化。由于變頻器有一定的通用性，因此 在與不同拖動場合的電機配合時，需要選配相應(yīng)的變頻器。 在一臺變頻器驅(qū)動一臺電機的情況下，變頻器的容量選擇要保證變頻器的 額定電流大于該電動機的額定電流，或者是變頻器所適配的電動機功率大于當 前該電動機的功率。按連續(xù)恒負載運轉(zhuǎn)時所需的變頻器容量 (kVA)的計算式計 6 算： ( 3-1 ) 式中：負載所要求的電動機的軸輸出功率，單位為 W； 電動機的效率 (通常約 0.85) ； 電動機的功率因數(shù) (通常約 0.75) ；

45、電流波形的修正系數(shù)，對 PW 方式，取=1.05 ; 變頻器的額定容量。 由 于 本 系 統(tǒng) 所 用 的 單 臺 水 泵 功 率 為 2.2kW， 取 =1.05 ， =2.2kW， =0.85=0.75 ，代入公式( 2.3 )得： 1.05 X 2.2/0.85 X 0.75=3.62kW 三菱 FR-A540 系列變頻器的容量為 0.4kW55kW 由于本系統(tǒng)采用的是一 臺變頻器只為一臺電機提供電源，即一臺變頻器對應(yīng)一臺水泵，所以根據(jù)計算 得出，應(yīng)選擇三菱 FR-A540-3.7K-CH 的變頻器。 交流變頻調(diào)速日益完善，調(diào)速方便簡單成為電機調(diào)速主流。三菱變頻器以 其高性能，適中的價格應(yīng)

46、和了中國工控行業(yè)的需要，在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng) 用。節(jié)能的需要為三菱變頻器的應(yīng)用帶來了巨大的契機，三菱變頻驅(qū)動產(chǎn)品在 中國得到了更大的發(fā)展。具體參數(shù)如 下 ： （1） 功率:3.7KW （三相 380V, 50HZ （2） 電流：9A （3） 特點： 采用先進磁通矢量控制方式，調(diào)速可達 1： 120（ 0.5-50HZ ）。 采用可直接監(jiān)視并控制主回路的智能驅(qū)動回路（最新開發(fā)的 ASIC）， 使低速時不均勻旋轉(zhuǎn)得到大幅度的改善。 可拆卸式風(fēng)扇和接線端子，維護方便。 內(nèi)置 RS485 通信口，可插擴展卡符合全世界主要通信標準。 三菱 FR-A540 變頻器調(diào)制方式為 PW 調(diào)制，控制方式為 V/F

47、 控制，具有轉(zhuǎn) 矩提升，點動，制動與上位機通訊等功能。 3.3.1 變頻器的參數(shù)設(shè)置 在本系統(tǒng)中，PLC 通過 D/A 轉(zhuǎn)換模塊將控制量通過“ 2”引腳（既電壓輸 入）引入。將頻率調(diào)整到響應(yīng)值。要使變頻器能夠按預(yù)定的狀態(tài)工作，還要對 變頻器進行參數(shù)設(shè)定。見表 3-4。 表 3-4 變頻器參數(shù) 參數(shù)號 設(shè)定值 名稱 Pr.0 2% 轉(zhuǎn)矩提升 Pr.1 50Hz 上限頻率 Pr.2 0Hz 下限頻率 Pr.3 50Hz 基底頻率 Pr.4 6Hz 低速設(shè)定 Pr.7 3S 加速時間 Pr.8 1S 減速時間 Pr.9 7.65A 電子過電流保護 Pr.13 0.5Hz 啟動頻率 Pr.14 0 適

48、用負荷選擇 Pr.29 0 加/減速曲線 Pr.60 7 智能模式選擇 Pr.71 13 適用電機 Pr.79 3 操作模式選擇 Pr.80 2.2KW 電機容量 Pr.81 4 電機極數(shù) Pr.83 380V 電機額定電壓 Pr.84 50Hz 電機額定頻率 Pr.95 1 在線自動調(diào)整選擇 Pr.96 101 自動調(diào)整設(shè)定/狀態(tài) 3.4 總體電路圖 由于三菱 FR-A500 系列變頻器的輸入信號出廠設(shè)定為漏型邏輯。而 S7- 200PLC CPU226DC/DC/D 的輸出均屬于源型邏輯。所以需要改變 FR-A540 變 頻器控制邏輯，將其改為源型邏輯。 在變頻器控制回路端子板的背面，把跳

49、線從漏型邏輯位置轉(zhuǎn)移到源型邏輯位 置。即將跳線從“ SINK位置移到“ SOURCE 位置。 由于本設(shè)計中 PLC 輸出晶體管是由外部電源供電。所以用變頻器 SD 端子作為 公共端，以防止漏電流產(chǎn)生的誤差。系統(tǒng)總體電路圖見附錄 2。 可編程控制器輸入輸出 I/O 口分配情況，見表 3-5。 表 3-5 輸入輸出 I/O 口分配表 模塊號 地址號 信號名稱 說明 輸入端子號 輸出端子號 CPU226 1 10.0 1 號啟動 按鈕 2 I0.1 1 號停止 按鈕 3 I0.2 2 號啟動 按鈕 4 I0.3 2 號停止 按鈕 5 10.4 3 號啟動 按鈕 6 10.5 3 號停止 按鈕 7 I

50、0.6 緊急停車 按鈕 8 10.7 總啟動 按鈕 9 I1.0 1 號變頻器啟動 按鈕 10 I1.1 1 號變頻器停止 按鈕 11 I1.2 1 號電機故障 熱繼電器 12 I1.3 2 號電機故障 熱繼電器 13 I1.4 3 號電機故障 熱繼電器 14 I1.5 2 號變頻器啟動 按鈕 15 I1.6 2 號變頻器停止 按鈕 1 Q0.0 變頻器給電 繼電器 2 Q0.1 1 號泵工頻啟動 繼電器 3 Q0.2 1 號泵變頻運行 繼電器 4 Q0.3 2 號泵工頻啟動 繼電器 5 Q0.4 2 號泵變頻運行 繼電器 6 Q0.5 3 號泵工頻啟動 繼電器 7 Q0.6 3 號泵變頻運行

51、 繼電器 8 Q0.7 2 號變頻器給電 繼電器 9 Q1.0 冷凍泵變頻運行 繼電器 10 Q1.1 1 號變頻器啟停 數(shù)字量 11 Q1.2 2 號變頻器啟停 數(shù)字量 EM231 1 AIW0 1 號熱敏電阻 PT100 2 AIW2 2 號熱敏電阻 PT100 EM232 1 AQWO 1 號變頻器 電壓 2 AQW2 2 號變頻器 電壓 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件由初始化程序、主程序和中斷服務(wù)程序三部分組成。主程序主要 對存儲區(qū)標志位、緩沖區(qū)、定時器和 PID 調(diào)節(jié)器進行初始化。子程序由 PID 調(diào) 節(jié)子程序和尋找最佳工作模式子程序組成。 PLC 控制下變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理，可編程邏

52、輯控制器 PLC 是變頻調(diào)速 控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。其作用是協(xié)調(diào)各機組與變頻器之間的電氣連接，通過接 觸器與變頻器的繼電器和接觸器進行邏輯切換來實現(xiàn)系統(tǒng)的控制方案。 PLC 的 輸入信號有機組選擇信號、運行方式選擇信號、冷卻塔和主機開 /關(guān)信號、冷凍 泵和冷卻泵的起/停信號等。輸入信號經(jīng)程序運算，發(fā)出相應(yīng)的動作信號，經(jīng)微 型繼電器及相應(yīng)的常閉、常開觸頭分別控制變頻器及中央空調(diào)系統(tǒng)的運行，以 及聲、光報警器件的動作。 PLC 軟件程序設(shè)計采用梯形圖語言編程，直觀易 懂。 通常情況下，變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、主接觸器、水 泵機組及溫度檢測裝置組成閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。每臺電機都可以運轉(zhuǎn)在

53、工頻和 變頻兩種狀態(tài)下，這由 PLC 系統(tǒng)根據(jù)需要進行切換控制?？删幊炭刂破饔?I/O 擴展板接口分別接入 A/D 和 D/A 從模塊。A/D 模塊通過 PLC 將溫度模擬量轉(zhuǎn)換 為數(shù)字量，D/A 模塊將 PLC 輸出的開關(guān)量轉(zhuǎn)換為模擬量，以控制變頻器升速過 程及降速過程。需要注意的是，在水泵進行工頻和變頻電網(wǎng)的切換過程盡可能 快，各接觸器間互鎖和動作時間要設(shè)置好。 本系統(tǒng)是利用電壓信號控制變頻器，進而控制水泵轉(zhuǎn)速和溫度?？刂瞥绦?采用 PID 控制算法控制輸出電壓。其中子程序 SBR-0 為 1 號變頻器的電壓控制 參數(shù)；SBR-1 為 2 號變頻器的電壓控制參數(shù)。主程序 OBI 分別調(diào)用

54、SBR-0 SBR- 1 子程序塊傳送 PID 控制參數(shù)。定時中斷 0 為每 10 毫秒中斷一次，進入 INT- 0。中斷服務(wù)程序 INT-0 對 2 個變頻器分別控制。 4.1 內(nèi)存變量分配 內(nèi)存變量分配如圖 4-1。 表 4-1 內(nèi)存變量分配 序號 名稱 地址 注釋 序號 名稱 地址 注釋 1 1 號啟動 I0.0 上升沿 29 1 號變頻器控制 AQW0 12bit 壓 2 1 號停止 I0.1 上升沿 30 2 號變頻器控制 電壓 AQW2 12bit 3 2 號啟動 I0.2 上升沿 31 1 號 PID 表 VB0 8bit 4 2 號停止 10.3 上升沿 32 1 號過程變量

55、VD0 32bit 5 3 號啟動 10.4 上升沿 33 1 號設(shè)定值 VD4 32bit 6 3 號停止 10.5 上升沿 34 1 號輸出值 VD8 32bit 7 緊急停車 10.6 上升沿 35 1 號增益 VD12 32bit 8 總啟動 10.7 上升沿 36 1 號采樣時間 VD16 32bit 9 1 號變頻器啟動 I1.0 上升沿 37 1 號積分時間 VD20 32bit 10 1 號變頻器停止 I1.1 上升沿 38 1 號微分時間 VD24 32bit 11 1 號電機故障 I1.2 上升沿 39 1 號積分前項 VD28 32bit 12 2 號電機故障 I1.3

56、上升沿 40 1 號過程前值 VD32 32bit 13 3 號電機故障 I1.4 上升沿 41 2 號 PID 表 VB36 8bit 14 2 號變頻器啟動 I1.5 上升沿 42 2 號過程變量 VD36 32bit 15 2 號變頻器停止 I1.6 上升沿 43 2 號設(shè)定值 VD40 32bit 16 變頻器給電 Q0.0 “ 1”有 效 44 2 號輸出值 VD44 32bit 17 1 號泵丄頻啟動 Q0.1 “ 1”有 效 45 2 號增益 VD48 32bit 18 1 號泵變頻運行 Q0.2 “ 1”有 效 46 2 號采樣時間 VD52 32bit 19 2 號泵丄頻啟動

57、 Q0.3 “ 1”有 效 47 2 號積分時間 VD56 32bit 20 2 號泵變頻運行 Q0.4 “ 1”有 效 48 2 號微分時間 VD60 32bit 21 3 號泵丄頻啟動 Q0.5 “ 1”有 效 49 2 號積分前項 VD64 32bit 22 3 號泵變頻運行 Q0.6 “ 1”有 效 50 2 號過程前值 VD68 32bit 23 2 號變頻器給電 Q0.7 “ 1”有 效 51 2 號 PID 輸出 VW418 16bit 24 冷凍泵變頻運行 Q1.0 “ 1”有 效 53 EM232 最大值 VW400 16bit 25 1 號變頻器啟停 Q1.1 “ 1”有

58、效 54 EM232 最小值 VW402 16bit 26 2 號變頻器啟停 Q1.2 “ 1”有 效 55 1 號 PID 輸出 VW416 16bit 27 1 號熱敏電阻 AIW0 12bit 56 中間值變量 VD72 32bit 28 2 號熱敏電阻 AIW2 12bit 4.2 控制系統(tǒng)程序設(shè)計 421 主程序設(shè)計 在本系統(tǒng)中，PLC 程序設(shè)計的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號（按鈕、繼電器） 的輸入，判斷當前的系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號去控制接觸器、繼電器等器件，以 完成相應(yīng)的控制任務(wù)。 PLC 程序設(shè)計共有四個模塊： （1） 控制按鈕模塊主要處理各電機和電磁閥的啟?？刂?。 （2） 報警處理

59、模塊主要處理變頻器的故障報警和報警信息。 （3） 變頻器給定模塊將處理變頻器的工作模式，調(diào)用變頻器設(shè)定模塊。 （4） 變頻器設(shè)定模塊，是接受由模擬量輸入模塊 （EM231）接受溫度傳感器 轉(zhuǎn)換而來的信號，與頻率給定值進行比較后再作為輸入信號經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換成模擬 量給變頻器 PLC 主程序設(shè)計，當 PLC 的主程序開始運行之后，就處于反復(fù)的循 環(huán)執(zhí)行之中，每一次循環(huán)被稱為一次掃描：即對主程序的語句逐條掃描執(zhí)行。 主程序主要完成初始化、遙信自處理、通信處理三方面的工作。只有第一次掃 描才執(zhí)行初始化程序，然后進行遙信自處理程序，若有通信要求，則進行通信 處理，否則結(jié)束主程序，完成一次掃描工作 。

60、PLC 主程序流程圖如圖 4-1 所示。 圖 4-1 初始化程序流程圖 梯形圖程序及相應(yīng)注釋，圖 4-2 : 圖 4-2 初始化程序梯形圖及注釋 PID 控制的設(shè)計及實現(xiàn) 在生產(chǎn)過程自動控制的發(fā)展歷程中，PID 控制是歷史最久、生命力最強的 基本控制方式。在本世紀 40 年代以前，除在最簡單的情況下可采用開關(guān)控制 外，它是唯一的控制方式。PID 控制具有很多優(yōu)點。 （1） 算法簡單，使用方便，容易通過簡單的硬件和軟件方式實現(xiàn)； （2） 適應(yīng)性強，可以廣泛的應(yīng)用于各種行業(yè)。 由于其有這些優(yōu)點， PID 控制直到現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的基本控制方式 之一。溫度是一個普通而又重要的物理量，在許多領(lǐng)域里