基于PLC的中央空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

摘要中央空調(diào)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于商用與民用建筑中，用于保持整棟建筑溫度恒定。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，無(wú)論季節(jié)、晝夜和用戶負(fù)荷的怎樣變化，各電機(jī)都長(zhǎng)期固定在工頻狀態(tài)下全速運(yùn)行，所以會(huì)造成極大的的能源浪費(fèi)。本設(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)水泵的輸出流量達(dá)到節(jié)能目的。該系統(tǒng)采用西門子的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)的能源浪費(fèi)問(wèn)題。關(guān)鍵詞：中央空調(diào)，PLC，PID，變頻器

ABSTRACTThecentralairconditioninghasbeenwidelyusedincommercialandcivilbuildings,whichareusedtomaintainconstanttemperatureofthebuilding.Intraditionaldesign,regardlessoftheseason,dayandnight,andhowtheuserloadchanges,themotorisfixedtorunatfullspeedforalongtimeintheconditionofpowerfrequency.Itwillcausegreatwasteofenergy.Thisdesignisdevelopedbasedonthecombinationoffrequencyconverter,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 IABSTRACT II第1章緒論 11.1中央空調(diào)的發(fā)展 11.1.1中央空調(diào)現(xiàn)在狀況 11.1.2中央空調(diào)發(fā)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)系統(tǒng)介紹 32.1中央空調(diào)結(jié)構(gòu) 32.1.1中央空調(diào)概述 32.1.2中央空調(diào)結(jié)構(gòu) 32.2中央空調(diào)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)的控制原理 42.3中央空調(diào)的評(píng)價(jià) 52.4本章小結(jié) 5第3章中央空調(diào)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軟啟動(dòng)工作原理 113.2.3軟啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 113.2.4軟啟動(dòng)與變頻器的對(duì)比 123.3PLC選型 123.3.1PLC的工作原理 123.3.2西門子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)的PID控制 214.2應(yīng)用軟件STEP7 214.3plc編程 224.3.1程序流程圖 224.3.2中央空調(diào)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)的發(fā)展1.1.1中央空調(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)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)一步的發(fā)展，必須要開(kāi)發(fā)新市場(chǎng)。最近幾年，中央空調(diào)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)領(lǐng)域的進(jìn)一步的發(fā)展。在中央空調(diào)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)有很大的發(fā)展，成為這個(gè)行業(yè)的領(lǐng)跑者。1.1.2中央空調(diào)變頻節(jié)能是未來(lái)的發(fā)展目標(biāo)，它是提高人們生活質(zhì)量的首要的發(fā)展方向?！耙匀藶楸尽笔巧鐣?huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，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)的發(fā)展是人類需求和技術(shù)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力，所以，中央空調(diào)的變頻節(jié)能就是要根據(jù)人們的需求，滿足社會(huì)的發(fā)展而開(kāi)展技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。中央空調(diào)變頻技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)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)發(fā)展的要求，中央空調(diào)變頻節(jié)能的未來(lái)發(fā)展要服從這個(gè)大局。提高中央空調(diào)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)壓縮機(jī)系統(tǒng)和末段系統(tǒng)的運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。持續(xù)發(fā)展是中央空調(diào)變頻節(jié)能技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)，變頻技術(shù)同人居環(huán)境的和諧發(fā)展是建立在節(jié)約型社會(huì)的技術(shù)上，中央空調(diào)的發(fā)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)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)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)的發(fā)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)水泵的輸出流量達(dá)到節(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)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)結(jié)構(gòu)和工作原理的分析。(2)中央空調(diào)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)，采用西門子TD200文本顯示屏作為人機(jī)界面，西門子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)的主機(jī)和系統(tǒng)工作效率，達(dá)到降低能耗的目的。中央空調(diào)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)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)的安全可靠性。

第2章中央空調(diào)系統(tǒng)介紹2.1中央空調(diào)結(jié)構(gòu)2.1.1中央空調(diào)概述常見(jiàn)的中央空調(diào)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)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)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)系統(tǒng)至關(guān)重要的部分，其結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、種類等直接影響了中央空調(diào)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)結(jié)構(gòu)中央空調(diào)系統(tǒng)主要由主機(jī)、制冷劑循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤管系統(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)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)控制系統(tǒng)重要組成部分是對(duì)制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的控制。圖2.1中央空調(diào)結(jié)構(gòu)2.2中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理2.2.1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)干燥過(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)不斷吸收周圍空氣或物體的熱量，從而使室溫內(nèi)溫度的降低，從而達(dá)到制冷的目的。工作原理流程圖如圖2.2所示.圖2.2中央空調(diào)流程圖2.2.3中央空調(diào)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)行比較，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，是室溫達(dá)到設(shè)定值。這就是溫度閉環(huán)反饋系統(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)控制原理2.3中央空調(diào)的評(píng)價(jià)(1)制冷量中央空調(diào)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)的結(jié)構(gòu)，工作原理，控制原理，以及中央空調(diào)性能的指標(biāo)。為下一步對(duì)中央空調(diào)的各部分的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

第3章中央空調(diào)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)，可以基本確定本次設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)以及各主要部分的組成。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，從而達(dá)到電機(jī)所需要的轉(zhuǎn)速來(lái)控制室內(nèi)的溫度，從而達(dá)到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部分組成：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)系統(tǒng)，基本上都采用傳統(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)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)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)的負(fù)荷，比如天氣變化，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)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)的最主要的器件，就像人體的心臟，為了中央空調(diào)的運(yùn)行提供動(dòng)力，電機(jī)也是中央空調(diào)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，則得等于常數(shù)。低頻時(shí)，和都較小，定子阻抗壓降所占的份量都比較顯著，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)摹Ｈ鐖D3—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，則電動(dòng)機(jī)都能長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的調(diào)速，而在基頻以上，基本上屬于“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)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)定性影響比較小。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。變頻器的選擇原則：=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，正上方和正下方要避免安裝可能阻擋排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)的大元件。=5\*GB3⑤如果特殊用戶在使用中需要取掉鍵盤，則變頻器面板的鍵盤孔，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。變頻器周圍產(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3.2.1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、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。3.2.2軟啟動(dòng)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)速達(dá)到要求的轉(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，并且可以避免電網(wǎng)受到諧波污染[3]。3.2.3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)的影響比較小，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)達(dá)到額定電壓的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。3.2.4軟啟動(dòng)與變頻器的對(duì)比軟起動(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)，專門在工業(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)展其功能的原則而設(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，用戶程序執(zhí)行階段。在用戶程序執(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價(jià)。以下是S7-200的基本特點(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)備類型。S7-200的CPU221，222,224,226各有兩種類型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。可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？墒褂梅抡嫫鳎ㄟx件）對(duì)本機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶程序。=7\*GB2⑺電池模塊用于長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)后備。用戶數(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)，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。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)行對(duì)比，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，達(dá)到既節(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)部信息與用戶交流的界面，一個(gè)好的人機(jī)界面會(huì)使用戶省去很多的麻煩，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是一種成本比較低的人機(jī)界面，具有比較高的性價(jià)比，可以實(shí)現(xiàn)用戶與機(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，若使用shift則可以擴(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)建用戶菜單，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，把翻譯后的信息反饋回報(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)，若水溫高于7度則制冷機(jī)正常工作，若低于7度，則制冷機(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)采用西門子S7-200，CPU型號(hào)為226?？删幊炭刂破魇褂昧送ㄓ嵔涌冢ㄓ嵔涌诳晒┚€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)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)控制系統(tǒng)電路圖圖3.8中央空調(diào)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)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)的硬件部分有了清晰的認(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：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)控制的基礎(chǔ)是反饋。反饋控制是現(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饋控制。反饋?zhàn)罨镜慕M成部分測(cè)量部分、比較部分和執(zhí)行部分。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進(jìn)，下面兩個(gè)改進(jìn)的例子。。圖4.1PID控制系統(tǒng)原理圖4.1.2PID參數(shù)整定整定原則：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)僅加入比例控制環(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)的PID控制近幾年，中央空調(diào)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，是使用比較多的語(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。如下圖4.2。圖4.3中央空調(diào)控制系統(tǒng)程序流程圖

4.3.2中央空調(diào)控制系統(tǒng)的I/O分配表

名稱地址編號(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停車信號(hào)2，自由停車I0.2停車信號(hào)3，快速停車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)行模式反饋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4.3.3程序中使用的存儲(chǔ)器及其功能地址功能VD108傳感器反饋電壓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)生啟動(dòng)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)溫度控制系統(tǒng)程序程序詳見(jiàn)附錄一。4.4設(shè)備通訊4.4.1RS-485介紹智能儀表技術(shù)是伴隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展而成熟起來(lái)的。隨著現(xiàn)代化企業(yè)的發(fā)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)的歡迎。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)，則必須采用阻抗匹配(一般為120Ω)的RS-485專用電纜，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]。4.4.2USS協(xié)議軟件與S7—200間的通訊S7-200可編程控制器與西門子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)出的是廣播報(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)，否則，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；P2010[2]=6,波特率選擇為9600；P2011[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