模塊式空調(diào)機的控制系統(tǒng)設(shè)計

模塊式空調(diào)機的控制系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著當(dāng)今世界形式的不斷復(fù)雜以及國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量以及生活水平都得到了顯著的提高，各大工業(yè)領(lǐng)域也開始往信息化程序化的方面靠攏，模塊式空調(diào)系統(tǒng)作為老牌傳統(tǒng)工業(yè)，在生活中的各個領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用。大至各種企業(yè)，小至一些便利店，都有安裝著模塊式空調(diào)系統(tǒng)。為了減少不必要的開支和浪費，帶來更大的效益，大家希望模塊式空調(diào)系統(tǒng)在原有的基礎(chǔ)上能夠做到更加的節(jié)能減排。根據(jù)此要求的情況下，設(shè)計一款基于PLC的模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由變頻器，溫度變送器，風(fēng)機機組和可編程控制器組成。通過PLC自身的優(yōu)勢做到節(jié)能減排的同時又保持了模塊式空調(diào)的舒適屬性。關(guān)鍵詞：可編程控制器；變頻器；模塊式空調(diào)AbstractWiththecomplexityoftheworld'sformandtherapiddevelopmentofnationaleconomy,people'squalityoflifeandlivingstandardshavebeensignificantlyimproved,eachbigindustryalsobegantoinformatizationproceduralaspects,modularairconditioningsystemasanoldtraditionalindustry,ineveryfieldoflifehasaverywideapplication.Fromavarietyofenterprises,assmallassomeconveniencestores,haveinstalledmodularairconditioningsystems.Inordertoreduceunnecessaryexpensesandwasteandbringgreaterbenefits,wehopethatthemodularairconditioningsystemcanachievemoreenergysavingandemissionreductionontheoriginalbasis.Accordingtothisrequirement,aPLC-basedmodularairconditioningcontrolsystemisdesigned.Thesystemismainlycomposedoffrequencyconverter,temperaturetransmitter,fanunitandprogrammablecontroller.ThroughPLC'sownadvantagestoachieveenergysavingandemissionreductionwhilemaintainingthecomfortableattributesofmodularairconditioning.Keywords:programmablecontroller;frequencyconverter;modularairconditioning

目錄315911.1研究背景與意義 緒論1.1研究背景與意義隨著工業(yè)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是可編程邏輯控制器技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，工業(yè)系統(tǒng)的控制方式發(fā)生了顯著的變化。模塊式空調(diào)系統(tǒng)作為傳統(tǒng)工業(yè)，模塊式空調(diào)系統(tǒng)歷經(jīng)了很長時間的發(fā)展，并在許多領(lǐng)域上都有著極大的應(yīng)用。大型企業(yè)對空氣溫濕度、透風(fēng)和清潔度的要求更高。空的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)涉及范圍廣泛，控制任務(wù)實現(xiàn)非常復(fù)雜[1]。隨著時代的發(fā)展，模塊式空調(diào)系統(tǒng)也越來越得到普及，應(yīng)用在各大超時，寫字樓，博物館里，然而生活質(zhì)量變好的同時也擺脫不了能源損耗的問題。隨著智能建筑的不斷發(fā)展，節(jié)能減排這個問題儼然成為了國家的戰(zhàn)略目標(biāo)之一。作為歷史悠久的產(chǎn)品設(shè)備，模塊式空調(diào)系統(tǒng)也經(jīng)歷了歷史的更迭，在不斷的創(chuàng)新中尋找更加節(jié)能有效的控制方法，節(jié)省人力物力的消耗，逐步做到節(jié)能減排的效果，如今通過可編程控制器PLC的控制，能夠通過系統(tǒng)檢測盡可能的減少不必要的損害，節(jié)約能源[2]。模塊式空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用的區(qū)域越來越大，也使得它有更好的發(fā)展前景以及更廣的發(fā)揮空間，系統(tǒng)智能化和規(guī)范化也不斷地提高，在提高可操作性的同時也盡可能保留了它原有的舒適性。模塊式空調(diào)系統(tǒng)在現(xiàn)代樓宇的設(shè)備系統(tǒng)中有著很高的地位，是樓宇自控系統(tǒng)的主要監(jiān)控對象之一。但是相對的，也有著能耗過高的問題存在。模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)是對室內(nèi)溫度，濕度進(jìn)行監(jiān)測，以及建筑中的各種環(huán)境影響的參數(shù)，再對模塊式空調(diào)進(jìn)行最優(yōu)控制，使環(huán)境可以達(dá)到想要的溫度效果，使其能夠在準(zhǔn)確運作，同時盡可能降低不必要的損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。而且它的對象也是難以確定的，比如人員流動量、設(shè)備過熱、空調(diào)系統(tǒng)有很大的滯后性。而模塊式空調(diào)系統(tǒng)處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，控制系統(tǒng)應(yīng)該是能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行實時控制的。所以，如果要具備優(yōu)異的控制效果，又要對能耗有所要求，就必須設(shè)計一個功能齊全，并且能夠?qū)δ繕?biāo)環(huán)境狀況實時反應(yīng)的系統(tǒng)。目前，模塊式空調(diào)系統(tǒng)損耗高，節(jié)能減排勢在必行，因此空調(diào)系統(tǒng)控制的研究具有廣泛的意義[3]。1.2模塊式空調(diào)控制方式模塊式空調(diào)控制方式的發(fā)展大致可以分成三類1.2.1繼電器控制是繼電器控制模塊式空調(diào)系統(tǒng)是早期時候最常用的控制方式，當(dāng)時智能化還未普及，繼電器控制能夠?qū)崿F(xiàn)最低要求的電氣系統(tǒng)基本運行控制，但是其只能實現(xiàn)一些比較簡單的控制，反應(yīng)較慢，無法像現(xiàn)在一樣實現(xiàn)實時監(jiān)控的效果，同時因為繼電器的損壞頻率很高，也造成了一定的成本浪費，同時也因為系統(tǒng)操作繁瑣復(fù)雜而慢慢被淘汰。1.2.2DCC控制DCC控制是繼電器以后的另一種控制方式，它存在著一定的智能化，比起繼電器控制模塊式空調(diào)，DCC控制模塊式空調(diào)系統(tǒng)操作有著一定的簡化，但其因為沒有相對獨立的指令系統(tǒng)和指令庫，對模塊式空調(diào)系統(tǒng)的控制只能通過其內(nèi)部模塊的固定組合，配置來實現(xiàn)控制功能，DCC控制的整體靈活性相對較差，應(yīng)用范圍較小。1.2.3PLC控制PLC可編程控制器是一種可編程邏輯存儲器，其結(jié)構(gòu)一般由中央處理器(CPU)、存儲器、輸入輸出單元、電源、I/O擴充電路、數(shù)據(jù)通信電路等部件組成。采用了PLC控制器，使用者就能夠根據(jù)自身的需要以和個人愛好完成程序編寫、邏輯技術(shù)、定時、計數(shù)等一系列的操作，而PLC可編程邏輯控制器則是一款專為現(xiàn)代制造業(yè)環(huán)境使用的數(shù)字運算電子系統(tǒng)。它利用可編程寄存器，在其數(shù)據(jù)庫內(nèi)存中進(jìn)行邏輯計算、序列管理、定時、計量和算術(shù)運算等計算指令，并利用數(shù)字量或模擬量的輸入輸出來調(diào)控各種機器或設(shè)備的制造流程。通過采集數(shù)字量，模擬量信號，經(jīng)過內(nèi)部CPU的運算與處理，再將模擬量或者數(shù)字量的信號傳輸給設(shè)備，從而實現(xiàn)了智能化控制。同時PLC控制有著諸多的有點，其可靠性強，運算能力強大，系統(tǒng)智能化突出，而且性價比很高，能夠滿足用戶的自身的要求與需要。同時PLC還逐漸加入了觸摸屏的結(jié)構(gòu)，通過系統(tǒng)的編程傳輸?shù)浇M態(tài)上通過觸摸屏可以將系統(tǒng)在機器上模擬出來，實現(xiàn)了高度智能化和實時監(jiān)控[6]。1.3課題研究主要內(nèi)容本課題主要研究基于PLC控制的模塊式空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計，對于PLC控制模塊式空調(diào)為主體，實現(xiàn)簡單的溫度控制以及警報系統(tǒng)的設(shè)計。課題主要以一下幾點問題進(jìn)行研究：(1)基于PLC控制的模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計要求(2)模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)的組成(3)模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)和PLC的軟硬件選擇(4)模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)的實現(xiàn)與調(diào)試1.4課題章節(jié)第一章，緒論。著重闡述了基于PLC的模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)課題研發(fā)的研究背景及其科研意義，以及對于模塊式空調(diào)控制的發(fā)展史進(jìn)行了簡單的描述，并且再次介紹了本課題需要完成的目標(biāo)以及需要研究的問題。第二章，PLC的介紹。主要對于PLC可編程控制器的歷史以及發(fā)展進(jìn)程進(jìn)行一個簡要的介紹，并且了解PLC的簡單結(jié)構(gòu)構(gòu)成。第三章，PLC控制模塊式空調(diào)的原理。簡要闡述PLC控制模塊式空調(diào)的原理與構(gòu)成，畫出系統(tǒng)實現(xiàn)框圖，并在此框圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)化的研究，從而使其達(dá)到設(shè)計的要求。第四章，基于PLC模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計。對模塊式空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計，構(gòu)思出其電氣原理圖。第五章，基于PLC模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計。設(shè)計了模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。第六章，系統(tǒng)調(diào)試與實現(xiàn)。調(diào)試系統(tǒng)，完善設(shè)計方案，使其達(dá)到設(shè)計的要求。2PLC的介紹2.1PLC的發(fā)展進(jìn)程在最原始的生產(chǎn)過程中，對于大量開關(guān)順序的控制，是采用氣動和電力控制方式來加以完成的，這類方式對于傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)上的控制比較單一，而且相對繁瑣。直到1968年，美國GM公司才提出了更換后續(xù)繼電器控制設(shè)備的技術(shù)需求，次年，美國數(shù)碼公司又研制了一種同時使用集成化系統(tǒng)和計算機技術(shù)的控制器設(shè)備，并首次采用高度程序化的手段使用于電氣監(jiān)控，這也正是美國第一代可編程控制器。20世紀(jì)70年代中后期，可編程控制器已達(dá)到了實用化發(fā)展的新階段，而在當(dāng)時，計算機又具有空前的發(fā)展趨勢，已經(jīng)完全能夠?qū)⒖删幊炭刂破骱碗娮佑嬎銠C技術(shù)相結(jié)合，并將其發(fā)展到了一種全新的高度，使其功能與計算速度，操作速度都有了一個質(zhì)的飛躍。小巧的體型，極快的運轉(zhuǎn)和計算速度，再加上有著十分可靠的抗干擾能力，相比之前不容易因為外在干擾而發(fā)生控制遲滯的現(xiàn)象。數(shù)字量以及模擬量運算，再加上擁有這PID功能，這些都賦予了這個新興產(chǎn)物極高的性價比，使得其在工業(yè)控制領(lǐng)域爆火，也為其在現(xiàn)代工業(yè)中的顯著地位奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年代到90年代中期，也是國內(nèi)外PLC技術(shù)開發(fā)速度最快的時期，這個時期的PLC在數(shù)據(jù)處理方面的各項數(shù)據(jù)都有著飛速的增長，有著超高的數(shù)據(jù)處理能力，信號處理和過程控制方面也得到了極大的提升。PLC也由此開始大規(guī)模走進(jìn)人們的視野，并同時進(jìn)入流程控制領(lǐng)域，在部分領(lǐng)域上甚至代替了當(dāng)時流程控制系統(tǒng)領(lǐng)域中占據(jù)了主導(dǎo)地位的DCS控制系統(tǒng)。我國對于可編程控制器的研究與應(yīng)用，最早可以追溯到20世紀(jì)80年代末，最開始的時候我國從國外大量引進(jìn)他們的可編程控制器，并且不斷加強各大企業(yè)各大領(lǐng)域中對于PLC應(yīng)用的比重，時至今日，我國對于中小型的可編程控制器生產(chǎn)有著完全的自主性以及自主能力，可以完成自主生產(chǎn)以及研究，全國多處地方都有著大大小小的生產(chǎn)廠商，由此可以看出隨著自動化在各個領(lǐng)域的不斷深入，以及科技的不斷進(jìn)步，PLC在我國的市場前景也會更加光明，PLC在工業(yè)制造領(lǐng)域甚至以后其他的各個領(lǐng)域可能也會有更大的發(fā)展空間。21世紀(jì)以后，PLC技術(shù)與電子芯片技術(shù)的結(jié)合，已經(jīng)在各行各業(yè)的生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，我國PLC技術(shù)發(fā)展相比于西方國家來說是起步較晚的，但經(jīng)過國內(nèi)技術(shù)研發(fā)人員的不斷學(xué)習(xí)和積累，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用，同時也出現(xiàn)了一批優(yōu)秀的國產(chǎn)PLC品牌。時至今日，國產(chǎn)PLC品牌在國際市場上有了一定的占比，但距離一流PLC仍有一定的差距[7]。2.2PLC的結(jié)構(gòu)與組成PLC主要包括固定式和組合式的兩種形式，顧名思義，固定式PLC內(nèi)部可分為CPU版、I/O版、顯示器控制面板、內(nèi)存塊和開關(guān)電源等都是不可拆卸的整體。而組合式PLC則是指所有模塊能夠根據(jù)特定的規(guī)則結(jié)合在一起。2.2.1CPU模塊CPU是PLC的核心組成部分，每臺PLC中必須至少有一個CPU，由PLC系統(tǒng)賦予其接受命令、數(shù)據(jù)和用戶程序存儲的工作功能，以掃描的方法收集信息。并保存在指定的寄存器上。2.2.2I/O模塊I/O模塊是指PLC與電氣回路的連接，它是利用PLC的輸出與輸入部分來實現(xiàn)功能的，它整合了整個PLC的I/O系統(tǒng)，內(nèi)部的輸入信號的暫存器可以反應(yīng)輸入信號的狀態(tài)，而輸出點則是反映輸出鎖存器中的輸出信號的狀態(tài)，輸入模塊可以將輸入進(jìn)來的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入PLC內(nèi)部系統(tǒng)，而輸出模塊的功能和輸入模塊的功能則正好是反過來的。2.2.3電源模塊PLC開關(guān)電源用來給PLC模塊的集成電路供應(yīng)運作所需要的電力。同時，有的還向輸入電路供應(yīng)24V電源。電源輸入類型有：交流電源(220VAC或110VAC)、直流電源(常用24VDC)。2.3未來前景進(jìn)入21世紀(jì)，PLC會有更大的發(fā)展前景。從技術(shù)層次上來看，計算機技術(shù)的最新成果將更多地投入使用到可編程控制器的設(shè)計與生產(chǎn)，將有更快的運算速度、更大的存儲容量、更多的智能化品種；從產(chǎn)品規(guī)模來看，將進(jìn)一步向超小超大方向發(fā)展；從產(chǎn)品兼容性來看，產(chǎn)品品種會更豐富，規(guī)格更齊全，人機界面完善，通訊設(shè)備齊全，有效的滿足了不同工控場合的需求；在國際市場領(lǐng)域，由于競爭的激烈，各國各地同時提供多種產(chǎn)品的局勢將被破壞。會變成由極少數(shù)名牌獨占的全球市場，也會有國際化的編程語言。從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展來看，PLC等工業(yè)控制計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成大型控制系統(tǒng)是目前PLC技術(shù)的主要方向。目前，計算機分布式控制系統(tǒng)(DCS)有大規(guī)模的可編程控制器使用。而由于計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC已成為自動控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部分，并將在空調(diào)制造業(yè)等多個應(yīng)用領(lǐng)域中扮演日益關(guān)鍵的角色。

3模塊式空調(diào)的工作原理及系統(tǒng)總體設(shè)計3.1原理構(gòu)成模塊式空調(diào)系統(tǒng)由PLC，變頻器，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，溫度模塊，溫度傳感器，風(fēng)機等設(shè)備構(gòu)成的自動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)實現(xiàn)框圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)實現(xiàn)框圖PLC是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵運算和控制機構(gòu)，它在控制模塊式空調(diào)系統(tǒng)中起了重要作用，是連接模塊式空調(diào)系統(tǒng)各個模塊的紐帶，控制系統(tǒng)通過變頻器與接觸器之間的邏輯轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)對系統(tǒng)的運行與控制，再將檢測到的溫度信號通過變送器送至A/D轉(zhuǎn)換模塊中，然后把信號傳送給PLC完成計算和對信號的處理。然后再由PLC把已處理好的信號遞交到變頻器中，再利用變頻器修改頻率而變化風(fēng)機的風(fēng)速，進(jìn)而實現(xiàn)改變溫度的目的[8]。3.2系統(tǒng)總體設(shè)計通過PLC對模塊式空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，根據(jù)傳輸回來的溫度數(shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)冷風(fēng)機的風(fēng)量大小和風(fēng)機的啟停組數(shù)，現(xiàn)擬定有三臺冷風(fēng)機，使用一臺變頻器，任何時候只有一臺風(fēng)機進(jìn)行變頻運行。利用溫度模塊對環(huán)境溫度的測量，將溫度控制信息傳輸給溫度控制傳感器，再利用數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將溫度信息傳遞給PLC，通過對溫度信息和所設(shè)定的環(huán)境溫度進(jìn)行對比，溫度高于或者低于所設(shè)定的環(huán)境溫度，并且同時設(shè)定一個延遲時間，如在延遲時間過后溫度仍然處于高于或低于所設(shè)定的環(huán)境溫度，則執(zhí)行增加或減少風(fēng)機。使用溫度傳感器和變送器來實現(xiàn)溫度檢測，將信號變?yōu)?-10V的電信號，再利用PLC的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將電信號轉(zhuǎn)變成0-32000的數(shù)字量信息，然后再利用PLC的內(nèi)存運算得出現(xiàn)在環(huán)境下的實際溫度，并將檢測得到的實際溫度與預(yù)設(shè)定好的環(huán)境溫度加以對比，從而實現(xiàn)PID控制[9]。利用PID輸出0-1.0的溫度系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值，并轉(zhuǎn)換成0-32000的整數(shù)，再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，得到0-10V的電信號，進(jìn)而控制變頻器的頻率，使得變頻器對風(fēng)機進(jìn)行調(diào)速，進(jìn)而實現(xiàn)溫度控制。模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)示意圖如圖3-2所示圖3-2模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)示意圖啟動按鈕與PLC輸入端相連，用于啟動系統(tǒng)。停止按鈕與PLC輸入端相連，停止系統(tǒng)。急停開關(guān)接PLC輸入，按下急停開關(guān)，系統(tǒng)停止運行，并觸發(fā)警報。手動啟動和停止風(fēng)扇1到3的按鈕連接到PLC輸入。對于手動操作，可以通過按下手動按鈕分別啟動和停止風(fēng)機1到3。風(fēng)扇1到風(fēng)機3的故障反饋連接到PLC的輸入端，用于檢測風(fēng)扇電機的故障，停止相應(yīng)的風(fēng)扇，并給出報警。風(fēng)機1到3的工頻啟動，變頻啟動與PLC的輸出端進(jìn)行連接，主要目的是用于控制風(fēng)機的工頻或者變頻運行，運行指示燈和故障指示燈也接于PLC的輸出端口，主要用于顯示模塊式空調(diào)系統(tǒng)的運行狀態(tài)以及內(nèi)部是否存在警告或者報錯。變頻器接在PLC的輸出端，主要用于啟動變頻器以及PLC模擬量輸出對變頻器進(jìn)行頻率控制，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將信號輸送到變頻器，從而控制風(fēng)機的運行狀態(tài)。溫度傳感器和變送器則連接于PLC的模擬量輸入端口，用于將溫度信息轉(zhuǎn)換成0-10V的電信號，再將電信號裝換成0-32000的數(shù)字量信號，最后得到環(huán)境溫度。4基于PLC模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1PLC的選擇按照控制系統(tǒng)設(shè)計的實際需要，以及模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)示意圖，確定控制系統(tǒng)使用的輸入輸出點類型和個數(shù)，對于合適的PLC進(jìn)行選型，建議采用西門子的S7-200PLC中的CPU226，S7226PLC其本身擁有者24個數(shù)字量輸出端口，16個繼電器輸出端口，但是并沒有模擬量輸入輸出端口，但是同樣可以滿足此模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)字量輸入輸出端的需求，而要滿足系統(tǒng)唯一的模擬量輸入端和輸出端的話，則要為PLC增添一個模擬量輸入端與輸出端混合的EM235模塊[10]。S7-226PLC實物圖如圖4-1所示。圖4-1S7-226PLC實物圖4.2系統(tǒng)主電路外部接3相380V交流電，通過引線L1，L2，L3，N將交流電輸送到設(shè)備中，L1，L2，L3為單相火線，N為零線，QF1為主電路的斷路器，在故障時刻起到一個通斷電源裝置供電的功能，F(xiàn)U1為主電路熔斷器，對電氣設(shè)備整體起過流保護(hù)的作用。VFD1是變頻器，用來驅(qū)動風(fēng)機電機變頻工作，QF2為變頻器端回路的斷路器，對變頻器端回路起到保護(hù)作用，KA7為變頻器啟動中間繼電器。PLC通過控制，使得KA1線圈得電，KA1常開觸點閉合，變頻器的5，9端口通電，從而使得變頻器正常運作。AQW0是PLC模擬量輸入和輸出?；旌蠅KEM235輸出的0-10V電壓信號，作用于變頻器，用于更改變頻器的頻率，對冷卻風(fēng)機電機進(jìn)行無極調(diào)速。系統(tǒng)主電路圖如圖4-2所示。圖4-2系統(tǒng)主電路圖M1是冷卻風(fēng)機1電機，用于驅(qū)動冷卻風(fēng)機1。KM2是作用于冷卻風(fēng)機1變頻啟動的接觸器。當(dāng)KM2線圈得電，KM2常開主觸點閉合，變頻器VFD1驅(qū)動電機變頻運行。FR1是冷卻風(fēng)機1電機回路過載熱保護(hù)繼電器，作用是當(dāng)系統(tǒng)過載時對冷卻風(fēng)機1進(jìn)行保護(hù)，避免冷卻風(fēng)機1長時間處于過載狀態(tài)下工作，最終使得M1電機因冷卻風(fēng)機長時間過載運行而損毀。QF3則是冷卻風(fēng)機1工頻啟動回路的斷路器，KM1是冷卻風(fēng)機1工頻運行接觸器。M2和M3電機的原理則與M1電機的原理是相同的，每臺電機作用于一臺風(fēng)機，確保風(fēng)機可以正常得電運行。4.3系統(tǒng)控制電路外接220V交流電源，F(xiàn)U2為控制電路的短路過流保護(hù)熔斷器，負(fù)責(zé)對控制電路進(jìn)行過電流保護(hù)。A1為直流開關(guān)電源，QF6為控制電路總斷路器，用于保護(hù)控制電路。A1通過將220V交流電轉(zhuǎn)變成24V直流電，供PLC的輸入和輸出以及PLC的模擬量輸入和模擬量輸出混合塊EM235使用。系統(tǒng)控制電路圖如圖4-3所示。圖4-3系統(tǒng)控制電路圖KM1為1號風(fēng)機的工頻啟動接觸器，KA1為1號風(fēng)機的工頻啟動繼電器，PLC通過控制，使KA1線圈得電，KA1常開觸點閉合，KM1線圈得電，啟動1號風(fēng)機，使其在工頻狀態(tài)下運行。KM2為1號風(fēng)機的變頻啟動接觸器，KA2為1號風(fēng)機的變頻啟動繼電器，PLC通過控制，使KA2線圈得電，KA2常開觸點閉合，KM2線圈得電，啟動1號風(fēng)機，使其在變頻狀態(tài)下運行。同樣的，2號風(fēng)機的工頻啟動以及變頻啟動則是通過PLC控制KA3,KA4，使得KM3以及KM4得電，最后使得2號風(fēng)機以工頻或者變頻的模式下運行。3號風(fēng)機的工頻以及變頻運轉(zhuǎn)的機理原理和1，2號風(fēng)機的機理原理也是完全相同的。都是各自再一臺電機的運作下實現(xiàn)風(fēng)機的共變頻運轉(zhuǎn)[11]。從而也實現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計的初衷，實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計的基本需求。對于主電路而言，它是一個設(shè)計系統(tǒng)的最重要的一部分，它統(tǒng)籌了整個電路的合理運行，對于一個系統(tǒng)的設(shè)計而言，主電路的設(shè)計是非常關(guān)鍵的，在整個控制系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用。而控制電路則是一個系統(tǒng)實現(xiàn)功能的表現(xiàn)形式，作為一個完整的控制系統(tǒng)，其必須有完整的控制功能，而控制電路就是完善一個電路控制功能的作用，設(shè)計控制電路要對于整個系統(tǒng)功能有著比較透徹的了解?？偠灾?，控制電路在整個系統(tǒng)中起到的作用也是不容小視的。4.4PLC的I/O分配PLC的I/O分配方式如表4-1所給出。表格4-1PLC的I/O分配溫度信號AIW0系統(tǒng)啟動I0.0系統(tǒng)停止I0.1手動按鈕I0.2自動按鈕I0.31號風(fēng)機開關(guān)I0.41號風(fēng)機故障I0.52號風(fēng)機開關(guān)I0.62號風(fēng)機故障I0.73號風(fēng)機開關(guān)I1.03號風(fēng)機故障I1.1系統(tǒng)運行Q0.0手動指示燈Q0.1自動指示燈Q0.21號風(fēng)機運行輸出Q0.32號風(fēng)機運行輸出Q0.43號風(fēng)機運行輸出Q0.51號風(fēng)機故障指示Q0.62號風(fēng)機故障指示Q0.73號風(fēng)機故障指示Q1.11號風(fēng)機變頻指示Q1.22號風(fēng)機變頻指示Q1.33號風(fēng)機變頻指示Q1.41號風(fēng)機工頻指示Q1.52號風(fēng)機工頻指示Q1.6實際溫度VD16設(shè)定控制溫度VD20實際頻率VD56加風(fēng)機延時VW28根據(jù)系統(tǒng)所需要的需求，定義PLC的I/O分配，使得各功能在系統(tǒng)中位于什么位置變得比較清晰。

5基于PLC模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1系統(tǒng)控制流程系統(tǒng)控制流程圖如圖5-1所示。起始將系統(tǒng)初始化，設(shè)置模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)的溫度范圍，以及設(shè)定控制溫度和PID參數(shù)，設(shè)定中斷時間，開啟運行中斷運行。圖5-1系統(tǒng)控制流程圖系統(tǒng)啟動后，讀取系統(tǒng)模擬量溫度，將讀取的模擬量溫度轉(zhuǎn)變成數(shù)字量溫度保存在相對應(yīng)的存儲器數(shù)據(jù)中。如果系統(tǒng)內(nèi)的冷卻風(fēng)機發(fā)生過載故障，或者按下急停開關(guān)時，將會觸發(fā)系統(tǒng)警報，警報指示燈亮燈。當(dāng)檢測到系統(tǒng)溫度高于預(yù)設(shè)定的溫度時，啟動增加風(fēng)機的定時，定時結(jié)束如果溫度仍然過高，則執(zhí)行增加風(fēng)機。當(dāng)檢測到系統(tǒng)溫度低于預(yù)設(shè)定的溫度時，啟動減少風(fēng)機的定時，定時結(jié)束如果溫度仍然過低，則執(zhí)行減少風(fēng)機[12]。5.2PLC梯形圖程序根據(jù)PLC的I/O分配表，在西門子S7-200編程軟件STEP7MicroWINV4.0SP9軟件中編寫PLC程序梯形圖。首先系統(tǒng)初始化并定義系統(tǒng)的實際溫度以及溫度信號如圖5-2所示。圖5-2系統(tǒng)實際溫度及溫度信號定義根據(jù)系統(tǒng)實際要求，以及PLC的I/O分配表，首先對于系統(tǒng)內(nèi)部的實際溫度以及溫度信號進(jìn)行定義，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換功能將溫度信號AIW0轉(zhuǎn)換成實際的溫度值，使得環(huán)境實時溫度可以通過監(jiān)測裝置監(jiān)測出來，并反饋給系統(tǒng)，使得系統(tǒng)能夠根據(jù)溫度變化而做出加減風(fēng)機的指令。其次定義系統(tǒng)的實際頻率，系統(tǒng)的實際頻率如圖5-3所示。圖5-3系統(tǒng)實際頻率根據(jù)PLC的I/O分配表定義系統(tǒng)的實際頻率，模塊式空調(diào)系統(tǒng)可以通過改變頻率而改變風(fēng)機的運行數(shù)量，控制風(fēng)機的啟動和停止，從而實現(xiàn)控制環(huán)境溫度的效果。程序原理與溫度信號轉(zhuǎn)換相同，都是將模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在系統(tǒng)中表現(xiàn)出來。系統(tǒng)的啟停與手自動控制如圖5-4所示圖5-4系統(tǒng)的啟停與手自動控制分別對于系統(tǒng)啟動和停止開關(guān)，以及手動控制和自動控制按鈕進(jìn)行定義，完善系統(tǒng)的主要功能。接下來是對于風(fēng)機啟動和停止的判定，風(fēng)機的運行判定圖如圖5-5所示圖5-5風(fēng)機運行判定是當(dāng)1號風(fēng)機運行狀態(tài)達(dá)到滿負(fù)荷時，即一臺風(fēng)機無法滿足達(dá)到預(yù)設(shè)溫度的時候，開始計時，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的計時時間時風(fēng)機仍以滿負(fù)荷狀態(tài)運行，則啟動2號風(fēng)機運行。同理當(dāng)1號風(fēng)機與2號風(fēng)機都無法滿足溫度要求的時候，系統(tǒng)則再次開始計時，計時結(jié)束后仍達(dá)不到預(yù)設(shè)溫度，則會啟動3號風(fēng)機，使得1，2，3號風(fēng)機共同作用，使環(huán)境達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度。減少風(fēng)機和增加風(fēng)機原理基本相同，不同的是當(dāng)環(huán)境溫度過低時，系統(tǒng)判定減少風(fēng)機運行，從而使得環(huán)境達(dá)到預(yù)設(shè)定的溫度。

6調(diào)試與實現(xiàn)6.1系統(tǒng)調(diào)試通過Simulink軟件繪制出電氣原理圖，測試是否可以正常運行，系統(tǒng)會不會出現(xiàn)錯誤，對電氣原理圖進(jìn)行反復(fù)修改，使其可以達(dá)到設(shè)計要求，并能夠正常切無誤的使系統(tǒng)運行。通過西門子PLC編程軟件編寫PLC程序梯形圖，檢查PLC程序梯形圖是否編寫正確，在整個系統(tǒng)電源合上時，檢查通信單元是否存在報錯，各模塊的功能是否可以正常運行，檢查變頻器的各個參數(shù)是否設(shè)置準(zhǔn)確。將模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)通過組態(tài)王6.55軟件在電腦上以觸摸屏的形式展示出來，再將寫好的PLC內(nèi)部程序通過軟件編寫進(jìn)組態(tài)王6.55軟件中的PLC中，通過觸摸屏的形式測試系統(tǒng)是否可以按照設(shè)計正常運行[13]。組態(tài)王6.55軟件圖如圖6-1所示。圖6-1組態(tài)王6.55軟件圖通過運用組態(tài)王6.55軟件對模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)在人機界面進(jìn)行編輯，使得系統(tǒng)可以做到基本功能所需要達(dá)到的要求，并且在軟件中以圖像的形式表達(dá)出來。6.2系統(tǒng)人機界面模擬啟動系統(tǒng)選擇自動模式，當(dāng)實際溫度超過預(yù)設(shè)定溫度時，將溫度信號傳輸給PLC，再通過PLC控制變頻器，使得1號風(fēng)機變頻運行。如圖6-2所示圖6-21號風(fēng)機運行1號風(fēng)機開始運行后，環(huán)境溫度開始下降，并使得溫度達(dá)到所要求的溫度。是當(dāng)1號風(fēng)機不足以調(diào)節(jié)環(huán)境溫度時，則開始計時，計時結(jié)束后，自動啟動2號風(fēng)機變頻運行，1號風(fēng)機變?yōu)楣ゎl運行。啟動3號風(fēng)機同理，如圖6-3，圖6-4所示。圖6-32號風(fēng)機運行圖6-43號風(fēng)機運行這便是溫度過高時通過PLC控制模塊式空調(diào)系統(tǒng)中的風(fēng)機啟動，當(dāng)溫度過低時，減少運行風(fēng)機使得環(huán)境溫度上升的原理也是一樣的，統(tǒng)一都是通過改變頻率實現(xiàn)對風(fēng)機的啟停進(jìn)行控制。6.3調(diào)試總結(jié)設(shè)備采用了以西門子公司S7-200系列PLC為核心的模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)。通過讀取溫度，與設(shè)定溫度比較，控制變頻器運行，調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量?？紤]到系統(tǒng)的復(fù)雜性，系統(tǒng)中沒有使用上位機組態(tài)。也沒有考慮風(fēng)機故障，自動輪詢啟動其他的風(fēng)機。每個看似簡單的設(shè)計，可能需要無數(shù)次的實驗去驗證，對待科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性是每個設(shè)計者應(yīng)當(dāng)具有的素質(zhì)。從安全，簡便，智能，綠色角度出發(fā)設(shè)計是每個產(chǎn)品的關(guān)鍵，才具有市場競爭力和科學(xué)性。

結(jié)束語通過本次畢業(yè)設(shè)計，對于PLC控制模塊式空調(diào)系統(tǒng)有了一個較為深入的認(rèn)識，了解了模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)以及從出現(xiàn)到現(xiàn)代的一個發(fā)展進(jìn)程，對于PLC也有了一個比較深入的了解，知道了PLC的各個組成部分，以及其各個模塊之間的作用和聯(lián)系。對于PLC梯形圖程序的編寫以及在系統(tǒng)調(diào)試的時候?qū)τ谟|摸屏模擬系統(tǒng)的一個學(xué)習(xí)對于本次設(shè)計而言是一個極大的挑戰(zhàn)，需要不斷的嘗試和改良，查閱資料學(xué)習(xí)程序編寫以及軟件的應(yīng)用，在不斷的學(xué)習(xí)與實踐中，學(xué)習(xí)到了很多以前沒有接觸過的新知識，也學(xué)習(xí)到了如何編寫一些基礎(chǔ)的PLC程序梯形圖以及對于觸摸屏軟件的簡單應(yīng)用。通過這段時間的學(xué)習(xí)以及對于設(shè)計的一個反復(fù)調(diào)試，也深深意識到了自己所學(xué)知識是多么有限，最開始對于PLC以及模塊式空調(diào)控制系統(tǒng)沒有一個比較系統(tǒng)的了解與認(rèn)識，導(dǎo)致在做設(shè)計的時候處處碰壁，不知道該從哪里開始入手。隨著不斷的查閱資料，以及在指導(dǎo)老師的悉心幫助下，漸漸的對PLC控制的模塊式空調(diào)系統(tǒng)有了一個相對全面的認(rèn)識，同時也產(chǎn)生出來我自己的一種設(shè)計思想，經(jīng)過不斷的調(diào)試與改進(jìn)，最終實現(xiàn)了自己的設(shè)計。這次的畢業(yè)設(shè)計讓我知道了自主學(xué)習(xí)的意義，在遇到陌生的知識或者對自己陌生的