中央空调电气控制系统设计

毕 业 设 计 （论 文）中央空调电气控制系统设计专业名称：学生姓名：学 号：指导教师： 职称：哈尔滨工程大学继续教育学院2017 年 月 日毕业设计用纸一、 指导教师对学生的评语及答辩推荐意见指导教师（签名） 年 月 日二、 答辩委员会评语及成绩（无指导教师推荐意见不能答辩）答辩小组教师签字：答辩委员会主任（签名） 毕业设计用纸哈尔滨工程大学继续教育学院1摘 要该设计以纺织车间为设计背景，针对传统中央空调调节方式的局限性，选用西门子 PLC S7-200 和 MM430 变频器, 充分利用恒 v/f 变频技术，实现对中央空调风机转速的控制，以此来为纺织车间设计了中央空调送风系统电气控制线路。文中详细地介绍了中央空调送风系统电气控制线路的设计和开发过程。该设计主要包括两部分，即硬件的选择和软件的设计，硬件选择主要是对低压电器控制柜、变频器、PLC 及扩展模块等的选择。软件设计主要是为满足中央空调控制要求而编写的 PLC 程序及对一些相关变频参数的设置。在此基础上借助变频调速技术，让风机在一定范围内平滑调速，进而使系统由局部送风来满足织机的湿度要求，而整个车间则按照舒适性空调的要求进行全面送风。由于对电机实现了软起动，大大降低了起动电流，避免了对电机和电网的冲击。同时系统还设计了报警和保护功能，使中央空调在发生异常时，能够自动报警和停机保护。关键词：中央空调；PLC；变频调速技术AbstractThe design background of textile design workshop,The traditional way of the limitations of central air conditioning,Use Siemens PLC S7-200 and MM430 Inverter,Full use of constant v / f frequency technology,Fan speed to achieve control of central air conditioning,Textile workshop in order to design a central air conditioning system electrical control circuit.Introduced in detail the central air conditioning system electrical control circuit design and development process.The design includes two parts,That the choice of hardware and software design,Hardware choices of the low-voltage electrical control cabinet, inverter, PLC, and the choice of expansion modules, etc.Software designed primarily to meet the requirements of the central air-conditioning control program written in PLC and frequency conversion of some related parameter settings.On this basis, with frequency conversion technology,So smooth fan speed within a certain range,Then the system by the local air supply to meet humidity requirements loom,The entire plant in accordance with the requirements of comfort air conditioning full blast.Achieved due to soft start the motor,Greatly reduce the starting current,Avoid the impact of the motor and power grid.At the same time the system is also designed to alarm and protection,The central air conditioning when an exception occurs,Automatically alarm and shutdown protection.Keywords: central air conditioning; PLC; frequency control technology毕业设计用纸目 录第一章 引 言 .11.1 课题的选题背景及意义 .11.2 课题的主要研究内容 .1第二章 中央空调送风系统整体方案设计 .32.1 系统整体设计思想 .32.2 系统控制方案的设计与选择 .42.3 系统设计内容 .5第三章 系统硬件设计 .63.1 系统组成及各部分的分析选择 .63.2 系统电气控制原理图 .73.3 PLC 外围接线图 .103.4 控制系统的 I/O 地址分配 .103.5 系统外围接线图 .12第四章 系统软件设计与调试 .134.1 系统工作过程分析 .134.2 PLC 程序设计 .134.3 MM430 参数设置 .224.4 系统调试 .24第五章 系统模拟实验 .275.1 模拟实验台的硬件组成 .275.2 模拟实验软件设计 .275.3 系统模拟实验过程 .305.4 实验小结 .30结 论 .31参考文献 .32致 谢 .33毕业设计用纸哈尔滨工程大学继续教育学院1第 一 章 引 言随着现代工业的不断发展，生产技术的不断进步，对于产品的精度要求也不断提高，生产工艺对车间内温度、湿度、风速、洁净度等参数的要求更是越来越高，因此对恒温恒湿中央空调的使用要求也就越来越高。改革开放和经济的迅猛发展，也加速了我国空调产业的发展，这为各种高精度空调工程的实现提供了有力的保证。空气调节应用于工业及科学实验的过程一般称为工艺性空调，在各行各业中，为保证生产的质量和精度，对生产的环境温度、相对湿度和清洁度等参数提出了不同的要求，其中恒温恒湿中央空调是最常见的一种。1.1 课题的选题背景及意义纺织工业中的棉纺织工业、人造纤维工业、合成纤维工业等都对环境有一定的恒温恒湿要求，棉纤维具有吸湿和放湿性能，对空气湿度较敏感，棉纤维的含湿量直接影响纤维度，也影响纤维之间和纤维与机械之间相互摩擦的静电大小，对纺织工艺和产品质量关系密切。随着无梭织机在我国数量的不断增加，转速超过 1000 rpm 的织机比比皆是，运转速度和电机功率都大幅增加，纺织车间内的发热量也随之加大，生产过程中产生的大量飞花和粉尘，严重影响了车间生产，这对纺织车间的空调系统也提出了更高的要求。由于在纺织车间中同时存在着工人和织机，在空调系统中就必然要综合考虑舒适性和工艺性。纺织过程要求的湿度较高，这么高的湿度对工人的工作环境极为不利，而舒适性空调所要求的湿度显然又无法满足织机生产的需要，于是考虑使用局部送风方式。该方式由局部送风来满足织机的湿度要求，而整个车间则按照舒适性空调的要求进行全面送风。针对这两方面的要求，设计出了这一新的送风方式和控制系统，即 PLC 控制的恒压送风系统。恒压送风包括局部送风的恒压控制和全面送风的恒压控制。恒压送风保证了车间送风的质量，同时以 PLC 为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。1.2 课题的主要研究内容变频恒压送风系统主要由变频器、可编程控制器、人机界面、各种传感器等组成。鉴于变频调速恒压送风系统在我国已成为空调行业发展的主流趋势。该系统参考了各类供给设备并结合该设计的特点，采用性能可靠的西门子S7-200系列PLC作为控制核心，在此基础上，系统加入变频调速技术，使电机在很宽范围内平滑调速，这样去掉了大量节流阀，避免了节流损耗，从而通过改变电机转速而改变风量。毕业设计用纸哈尔滨工程大学继续教育学院1采用变频调速技术的关键是电机转速的可调和可控。电机的变频调速系统是由PLC控制器进行切换和控制的。该系统对电机实现了软起动，大大降低了起动电流，避免了对电机和电网的冲击。另外系统具备报警和保护功能，当系统发生异常时，能够自动报警和停机保护。为满足纺织车间送风要求，降低送风能耗，实现自动、可靠、稳定的送风，需要采用变频恒压送风技术，并辅以计算机来进行远程监控、管理及故障报警。因此，课题内容如下：(1) 研究并完成利用 PLC、变频器和多台风机等主要设备构建变频调速恒压送风系统的方案设计与设备选型。为提高变频器的使用效率，减少设备投资，采用一台变频器拖动多台风机变频运行的方案。(2) 深入分析变频恒压送风系统的工况变化过程，确定工况转换方式，完成PLC 控制程序的设计，保证风机工频、变频的可靠、安全切换。(3) 研究 PLC 和计算机的通信模式，确定通信协议，实现送风系统的远程监控、管理与报警。(4) 加强系统的可靠性设计，提高系统的冗余度，设计手动、自动、工频、变频运行方式。通过该项目的研究和实施可以极大地改善纺织车间中央空调的可靠性和稳定性，而且可以降低能耗及维护成本，方便管理。毕业设计用纸哈尔滨工程大学继续教育学院1第 二 章 中 央 空 调 送 风 系 统 整 体 方 案 设 计2.1 系统整体设计思想该设计以纺织车间为设计背景，纺织车间空气调节的作用大体可分为二个：其一、满足纺织生产工艺所适合的温度、湿度条件；其二、保证生产工人拥有一个良好、健康的工作环境，这两点具有同等的重要性。为了保证整个车间的温、湿度控制质量，首先需要一个总控开关按照一定控制要求来启动和关闭中央空调系统，利用中央空调系统内部安装的传感器，随时检测车间和织机的温、湿度状况，而后将信号送给控制机构，控制的对象就是几台风机，风机启动之后，通过一个阀门根据需要来决定给车间或织机送风，也就是使系统由局部送风来满足织机的湿度要求，或使整个车间按照舒适性空调的要求进行全面送风，同时根据需风量的大小，利用变频技术使局部送风在恒压状态下进行。在用风量小的情况下，如果一台风机连续运行超过一定工作时间，则按照控制要求自动切换到下一台风机，即系统具有“风机转换功能” ，避免因一台风机工作时间过长，降低生产效率和影响风机工作寿命。同时，系统启动时采用软启动来提高系统性能，在应急或检修时，系统配备手动控制功能，最后，为了保证系统安全、顺利的工作，还需设置完善的报警功能。基于以上的设计思想，中央空调恒压送风系统原理图如图2-1所示。中央空调总控1 #2 #3 #电磁阀 Y V 2局部送风全面送风风量控制器电磁阀 Y V 1图2-1 中央空调恒压送风系统原理图在该系统设计中，采用了1#、2#、3#三台风机，首先由总控来控制电磁阀YV1,根据需求启动和关闭中央空调, 平时电磁阀YV2处于失电状态，也就是关闭局部送风阀。中央空调的局部送风或全面送风，由传感器将检测到的信号（采用人工模拟实现）直接送给控制机构，来选择正确的送风方式。局部送风和全面送风共用1#、2#、3#三台风机，一般情况下，三台风机根据全面送风的需求多少，利用变频毕业设计用纸哈尔滨工程大学继续教育学院1器按一定的控制逻辑运行，使全面送风在恒压状态下进行。此时处在运行中的织机，当传感器检测到其湿度不足时，电磁阀YV2得电，此时关闭全面送风阀，打开局部送风阀，1#、2#、3#风机开始提供局部送风，以此来满足织机的湿度需求，并根据需风量的大小，利用变频器使局部送风也在恒压状态下进行。系统经过一段时间的工作，织机湿度合适后，三台风机再次转换为全面送风使用。2.2 系统控制方案的设计与选择长时间以来，自动控制系统存在着多种控制方式，比如继电接触器控制方式、逻辑电子电路控制方式、单片机控制方式、可编程序控制器(PLC)控制方式等四种主要的控制方式。其特点分别如下：（1）继电接触器控制的特点该控制电路硬件接线多，体积大，连线复杂，修改困难。触点开、闭速度为几十毫秒，难以实现对控制执行速度要求高的场合，而且容易出现触点抖动。时间继电器在限时控制方面，精度不高，易受环境影响。系统设计、施工、调试周期长，可靠性与可维护性差，寿命短。因价格低廉，该系统可用于要求不高的控制场合。（2）逻辑电子电路控制的特点该控制电路往往采用一台电机固定于变频状态，其余电机均为工频状态的方式，难以实现电机机组全部软启动、全流量变频调节，控制精度较低，工频启动时有冲击，抗干扰能力较弱。（3）单片机控制的特点尽管单片机控制优于逻辑控制，但在对不同管网调试麻烦，扩展功能时往往要对主电路进行修改，不够灵活方便。（4）可编程序控制器控制的特点PLC (Programmable Logic Controller)是一种面向生产过程控制的数字电子装置，它使用了可编程序的存贮器以存贮指令，用以执行诸如逻辑、顺序、定时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟的输入、输出接口控制机械或生产过程。这种控制电路跟踪快、控制精度高、抗干扰能力强、扩展功能灵活方便，可实现恒压 (或变压)全流量变频调节，具有稳定性好、高效节能、调试方便等显著优点。鉴于以上四种方案的特点比较，故该设计采用可编程序控制器控制方式。在硬件设计上，只需确定 PLC 的硬件配置和 I/O 的外部接线，不需要诸如继电器之类的固体电子器件和大量繁杂的硬接线电路。当控制要求改变，需要变更控制系统的功能时，只要改变存贮器中的控制程序即可。PLC 的输入、输出可直接与交流 220V、直流 24V 等强电相连，并有较强的带载能力, PLC 抗干扰能力强、可靠性高。在 PLC的电源电路和 I/O 接口中，还设置了多种滤波电路，以抑制高频干扰信号。软件上，毕业设计用纸哈尔滨工程大学继续教育学院1PLC 设置了故障检测及自诊断程序，用来检测系统硬件是否正常，程序是否正确，便于自动地做出相应的处理，如报警、封锁输出、保护数据等。通过计算机或编程器可以方便的对 PLC 控制程序进行写入、读出、检测、修改等;还可对 PLC 的工作进行监控，使 PLC 的操作及维护变得容易。PLC 还具有很强的自诊断能力，能随时检查出自身的故障，并显示给操作人员，使操作人员能迅速检查、判断故障原因。由于用软件编程取代了继电器硬接线，实现控制，使得工作量大为减少，缩短了施工周期。该系统主要的设计任务就是利用恒压控制单元使一台变频器同时控制多台风机，或者循环控制多台风机，实现送风的恒定和风机的软起动，以及风机的工频与变频的切换，同时还要能对运行数据进行传输。根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，该设计决定采用“PLC+变频器