冷凍水溫差控制

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1緒論 1\o"CurrentDocument"1.1設(shè)計說明 1\o"CurrentDocument"1.2設(shè)計思路 2\o"CurrentDocument"1.2.1系統(tǒng)原理圖 2\o"CurrentDocument"PLC設(shè)計思路 2\o"CurrentDocument"MATLAB仿真 4MATLAB簡介 4\o"CurrentDocument"Simulink 4\o"CurrentDocument"啟動 4Simulink仿真 4\o"CurrentDocument"2.3試湊法確定PID參數(shù) 5\o"CurrentDocument"2.4仿真結(jié)果圖 6\o"CurrentDocument"PLC設(shè)計 8S7-200選型 8\o"CurrentDocument"CPU選型 8\o"CurrentDocument"EM235 8I/O分配 93.3梯形圖 10\o"CurrentDocument"3.3.1主程序 103.3.2調(diào)用程序 113.3.3中斷程序 13\o"CurrentDocument"4組態(tài)界面設(shè)計 155總結(jié) 16\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 171緒論1.1設(shè)計說明隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻器在水泵上的廣泛應(yīng)用，變流量空調(diào)水系統(tǒng)成為工程師設(shè)計空調(diào)水系統(tǒng)的首選而且在實(shí)踐應(yīng)用中已經(jīng)取得了很好的節(jié)能效果。冷凍水泵變頻方式主要分為壓差控制和溫差控制，本次課程設(shè)計主要是冷水機(jī)組中冷凍水定溫差控制系統(tǒng)設(shè)計，在分、集水處分別設(shè)置溫度傳感器，通過檢測供回水溫差控制，得到結(jié)果后調(diào)節(jié)閥門開度，從而實(shí)現(xiàn)冷凍水的溫差控制。本次課程設(shè)計師空調(diào)冷凍水溫差控制系統(tǒng)的設(shè)計，核心控制閥門的開度，方法為PID控制。要實(shí)現(xiàn)PID控制，首先必須要用MATLAB中的Simulink確定值，并且滿足調(diào)節(jié)時間小于8S，超調(diào)量低于5%，然后對PLC進(jìn)行I/O分配，將值代入編寫梯形圖，從而實(shí)現(xiàn)閥門開度的控制，最后進(jìn)行的是組態(tài)王的設(shè)計，本人將主要負(fù)責(zé)使用MATLAB中的Simulink進(jìn)行仿真。由于本人水平有限，設(shè)計中難免出現(xiàn)問題，還望老師能給出寶貴的意見。1.2設(shè)計思路1.2.1系統(tǒng)原理圖如圖1-1為冷水機(jī)組圖，分為冷卻水機(jī)組和冷凍水機(jī)組，冷卻水機(jī)組不予考慮，冷凍水機(jī)組循環(huán)為從集水器到制冷機(jī)，再到分水器。在設(shè)計溫差控制系統(tǒng)的情況下，只需要設(shè)計兩個溫度傳感器，一個泵和一個閥門即可滿足要求。圖1-1冷水機(jī)組監(jiān)控圖1.2.2PLC設(shè)計思路

圖1-2PLC設(shè)計思路PLC設(shè)計思路如圖1-2所示，兩個溫度傳感器分別檢測供回水溫度，并與控制器溫差控制值進(jìn)行比較，用PID進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)設(shè)定值大于檢測值時，通過變頻器減少頻率，從而減小閥門的開度；當(dāng)設(shè)定值小于檢測值時，通過變頻器增大頻率，從而增大閥門的開度。因此采用定溫差控制系統(tǒng)，最大溫差為10攝氏度，設(shè)定溫差為5攝氏度。2MATLAB仿真MATLAB簡介MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。有四大特點(diǎn)：高效的數(shù)值計算及符號計算功能，能使用戶從繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析中解脫出來；具有完備的圖形處理功能，實(shí)現(xiàn)計算結(jié)果和編程的可視化；友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然化語言，使學(xué)者易于學(xué)習(xí)和掌握；功能豐富的應(yīng)用工具箱（如信號處理工具箱、通信工具箱等），為用戶提供了大量方便實(shí)用的處理工具。SimulinkSimulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。2.2.1啟動1） 在MATLAB命令窗口中輸入simulink結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個稱為SimulinkLibraryBrowser的窗口，在這個窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱。當(dāng)然用戶也可以通過MATLAB主窗口的快捷按鈕來打開SimulinkLibraryBrowser窗口。2） 在MATLAB命令窗口中輸入simulink3結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個用圖標(biāo)形式顯示的 Library:simulink3的Simulink模塊庫窗口。兩種模塊庫窗口界面只是不同的顯示形式，用戶可以根據(jù)各人喜好進(jìn)行選用，一般說來第二種窗口直觀、形象，易于初學(xué)者，但使用時會打開太多的子窗口。Simulink仿真創(chuàng)建模型的步驟：首先根據(jù)需要從模塊庫添加所需的模塊，然后將模塊進(jìn)行連接，最后雙擊示波器模塊，打開Scpoe窗口。雙擊窗口菜單中的Simulation>Start，執(zhí)行仿真。一個典型的SImulink模型包括以下三種類型的元素：信號源模塊、被模擬的系統(tǒng)模塊和輸出顯示模塊。信號源為系統(tǒng)的輸入，它包括常數(shù)信號源、函數(shù)發(fā)生器和用戶自己在MATLAB中創(chuàng)建的自定義信號。系統(tǒng)模塊作為中心模塊是Simulink仿真建模所要解決的主要部分。系統(tǒng)的輸出由顯示模塊接受。輸出顯示的形式包括圖形顯示、示波器顯示和輸出到到文件或MATLAB工作空間中三種。輸出模塊主要在Sinks庫中。如圖2-1為仿真連線圖，傳遞函數(shù)為G(s)=-^-eos1+2s圖2-1仿真連線圖2.3試湊法確定PID參數(shù)增大比例系數(shù)，一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差。但過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大積分時間。有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之減慢。增大微分時間亦有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱，對擾動有較敏感的響應(yīng)。在湊試時，可參考以上參數(shù)對控制過程的影響趨勢，對參數(shù)實(shí)行先比例，后積分，再微分的整定步驟。首先只整定比例部分。即將比例系數(shù)由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直到得到反應(yīng)快，超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已小到允許范圍內(nèi)，并且響應(yīng)曲線已屬滿意，那么只須用比例調(diào)節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數(shù)可由此確定。如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計要求，則須加入積分環(huán)節(jié)。整定時首先置積分時間。為一較大值，并將經(jīng)第一步整定得到的比例系數(shù)略為縮?。ㄈ缈s小為原值的0.8倍），然后減小積分時間，使在保持系統(tǒng)良好動態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過程中，可根據(jù)響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)與積分時間，以期得到滿意的控制過程與整定參數(shù)。若使用比例積分調(diào)節(jié)器消除了靜差，但動態(tài)過程經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍不能滿意，則可加人微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器。在整定時，可先置微分時間為0。在第二步整定的基礎(chǔ)上，增大，同時相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時間，逐步試湊，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。調(diào)節(jié)后PID參數(shù)如圖2-2所示。P=1.3、1=0.57、D=-0.1。圖2-2PID參數(shù)確定圖2.4仿真結(jié)果圖仿真結(jié)果如圖2-3所示，通過計算，調(diào)整時間為3.6S，超調(diào)量為4.1%，

負(fù)荷調(diào)整時間8S以內(nèi)，超調(diào)量5%以內(nèi)的要求。圖2-3仿真結(jié)果圖3PLC設(shè)計S7-200選型CPU選型S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲卡、寫入器、文本顯示器等。S7-200系列的基本單元如表3-1所示。表3-1S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元型號輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)可帶擴(kuò)展模塊數(shù)S7-200CPU221640S7-200CPU222862個擴(kuò)展模塊S7-200CPU22414107個擴(kuò)展模塊S7-200CPU224XP24167個擴(kuò)展模塊S7-200CPU22624167個擴(kuò)展模塊根據(jù)原理圖的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可知，此次CPU選擇的是CPU224。EM235本次課程設(shè)計所用的模擬塊是EM235,EM235的電路圖如圖3-1所示，它具有四個模擬輸入量和一個模擬輸出量。座位通用的模擬量轉(zhuǎn)換單元，EM235能適用許多規(guī)格的輸入、輸出量需求。 從輸入來看，無論傳感器輸出是電壓量，還是電流量都可以接入，如圖3-2，電壓量有單極性、雙極性兩類規(guī)格及毫伏到伏多個電壓變化等。模擬輸出既可以使電流量，也可以使電壓量，為通用電量變化范圍，能滿足各類執(zhí)行器件的需要。4路輸入模擬量地址分別是AIW0、AIW2、AIW4、AIW6；1路輸出模擬量是AQW0。

圖3-1EM235電路圖電諫變送作IRAA卜廠曲小HCOU-圖3-1EM235電路圖電諫變送作IRAA卜廠曲小HCOU-麗門口nnnn圖3-2EM235接線圖I/O分配I/O地址分配如表3-2所示

表3-2I/O點(diǎn)分配表輸入點(diǎn)對應(yīng)信號輸出點(diǎn)對應(yīng)信號I0.0水泵的起動按鈕Q0.0水泵I0.1水泵的停止按鈕EM235分配點(diǎn)如表3-3表3-3EM235分配點(diǎn)輸入點(diǎn)對應(yīng)信號輸出點(diǎn)對應(yīng)信號AIW0供水溫度AOW0閥門開度AIW2回水溫度3.3梯形圖3.3.1主程序圖3-3主程序梯形圖主程序梯形圖如圖3-3,由泵的啟停和子程序的調(diào)用2部分組成，語句表由PLC編程軟件導(dǎo)出，如下：LD SM0.1CALLSBR0LD I0.0

OANOANI0.1Q0.03.3.2調(diào)用程序NetworkCommentSMLI.1SMLI.1MOV.RENENO-0.1-INOUT—-VD124INT_O:INTO-10-INT_O:INTO-10-INTEMNTMOV_BENENO200-INOUT—-SMB34ATCHENENO—ENI)SymbolAddressCommentINT_OINTOINTERRUPTFIULITINECOMMENTS圖3-4調(diào)用程序圖3-4為調(diào)用程序，由于設(shè)定溫差為5攝氏度，最大溫差為10攝氏度，設(shè)定值占最大值的50%，因此將0.5給VD104，值給VD112、值給VD120、值給VD124，調(diào)節(jié)時間值給VD116，周期200ms給SMB34，語句表如下:LDSM0.1MOVR0.5,VD104MOVR1.37,VD112MOVR3.6,VD116MOVR0.57,VD120MOVR-0.1,VD124MOVB200,SMB34ATCHINT0,10ENI

3.3.3中斷程序

圖3-5中斷程序圖圖3-5為中斷程序圖，是將檢測的模擬量AIW0、AIW2進(jìn)行PID輸入?yún)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理、PID輸出值向?qū)嶋H值的轉(zhuǎn)換過程，之后輸出AQW0,語句表如下：LDSM0.0MOVD0,AC0ITD AIW0,AC0ITD AIW2,AC1-R AC1,AC0DTRAC0,AC0/R 32000.0,AC0MOVRAC0,VD100LDI0.0PIDVB100,0MOVRVD108,AC0*R32000.0,AC0TRUNCAC0,AC0MOVWAC1,AQW04組態(tài)界面設(shè)計組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是眾多組態(tài)軟件里面的一種，組態(tài)王是一個具有豐富功能的HMI/SCADA軟件?？捎糜诠I(yè)自動化的過程控制和管理監(jiān)控。它提供了集成、靈活、易用的開發(fā)環(huán)境和廣泛的功能，能夠快速建立、測試和部署自動化應(yīng)用，來連接、傳遞和記錄實(shí)時信息。使用戶可以實(shí)時查看和控制工業(yè)生產(chǎn)過程。該系統(tǒng)是中文界面，具有人機(jī)界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。對用戶而言，操作簡單易學(xué)且編程簡單，參數(shù)輸入與修改靈活，具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力,可以實(shí)時地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線，能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實(shí)時趨勢曲線