PLC控制中央空调水泵毕业设计论文

1、摘要随着我国各行业不断地发展，能源问题在我国日渐突出，而且近期内无法根本解决，节能工作相当艰巨。在现代工厂企业、办公大楼、商厦、酒店等环境中，中央空调系统是不可缺少的，它虽然能给人们提供一个舒适的环境，但是耗电量也相当大。因此，在人们日益重视环保与节能的今天，中央空调的节能问题这是人们所期待要解决的关键技术问题。中央空调系统除主机的耗能。冷冻、冷却水泵是第二大耗能设备，由于冷冻泵、冷却泵的配置是按夏季最大流量(在此基础上还要放大余量)来确定的，而实际使用中由于气候情况，客观流量活动内容等各种因素的变化，所需负荷的不断变化(负荷极少达到最大值)。因此为使中央空调系统温度稳定，需要按工况变化对冷冻

2、、冷却泵进行调节，这就需要有较好的自动控制模块。本文阐述了中央空调系统自动化控制和节能设计的一些基本思路和方法，并介绍了交流电动机变频调速的特点及节能原理，还介绍了西门子s7-200主要功能模块及应用，pid算法在变频调速系统中的应用，并对系统的主回路和控制回路的硬件部分进行了详细介绍。本文主要是对空调出口温度进行检测，采用变频器调节中央空调的转速，使其高效运行，达到节能的目的。整个系统采用模块化设计，cpu主模块是采用cpu226，模拟量扩展模块采用em231，可根据需要灵活配置各模件数量。通过软件设计完成中央空调所需的参数设置和控制要求，系统软件由主程序、初始化程序、模拟量检测程序组成，通

3、过调用子程序来完成系统的数据采集、模拟量检测等功能。关键词： 中央空调; 变频调速技术; plc; pidabstractas every profession and trade of our country is being developed constantly, the energy question is outstanding day by day in our country, and unable to solve at all in the near future, the energy conservation is quite arduous. in such envi

4、ronments as the enterprise, office block, commercial building, hotel of modern factory, etc, the central air conditioner system is dispensable, though it can provide a comfortable environment for people, but the power consumption is quite large. so paying attention to environmental protection and en

5、ergy-conserving today day by day people, energy-conserving problem of the central air conditioner is a key technology problem to solve. besides dissipation energy of the host computer, central air conditioner system also has the second largest consume energy equipment, such as air blower, freeze and

6、 cool water pump. based on the large flow of summer, the disposition of air blower, freeze and cool water pump are determined (sets the margin on this basis). because of the climate situation while using actually, such changes of different factors as objective flow activity content, etc. constant ch

7、ange of necessary load (load seldom reaches the maximum). in order to make the systematic temperature of central air conditioner steady, the air blower, freeze and cool water pump are changed by working condition, this needs better automatically controlled module. this paper explained some basic ide

8、as and methods that the systematic automation on the automation control and energy-conservation of central air conditioner and recommended the characteristic and energy-conserving principle of vvvf on alternator. it also recommended siemens s7-200 main functional module and application and the appli

9、cation of pid algorithm in vvvf. the paper made a detailed instruction to the main circuit and the hardware of control circuit. this subject detected the export temperature of air conditioner, adopt the frequency converter to regulate the rotational speed, and make it run high-efficiently and achiev

10、e the goal of energy-conserving. the whole system uses the modular design, the cpu module uses cpu226, the simulation quantity expansion module uses em231, may according to need to dispose various modules quantity nimbly. completes the parameter establishment and the control request through the soft

11、ware design which the central air conditioning needs. the system software consists of the master routine, the initialization routine and the analog quantity examination procedure. through calling the subroutine, the system completes the data acquisition, the examine of analog quantity and the functi

12、ons of audible and visual alarm.key words：central air-condition；variable frequency regulating speed；plc；pid毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签

13、 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，

14、均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目录摘要1abstract2引言11 绪论21.1 中央空调变频调速的意义21.1.1 变频调速技术介绍21.1.2 基于plc控制下

15、的变频调速系统工作原理41.2 中央空调的结构原理51.3 空调变频控制系统的构架81.4 总体设计方案的确定91.5 本文主要工作102 具体电路设计112.1 温度检测部分设计112.1.1 检测元件选取112.1.2 模拟量输入模块的选取（a/d）132.1.3 模拟量输出模块的选取（d/a）162.2 显示电路设计182.3 变频器的选择192.4 plc的选择243 硬件电路设计263.1 系统的设计原则263.2 plc 控制下水泵变频调速系统273.3 输入输出点地址分配283.4 总体电路图293.5 变频器容量的确定304 plc控制中央空调变频调速系统的软件设计314.1

16、内存变量分配324.2 plc编程软件334.2.1 主程序设计334.2.2 pid控制器设计及实现374.2.3 冷却水系统循环控制及pid调节程序394.2.4 冷冻水系统循环控制及pid调节程序424.2.5 传送冷却水和冷冻水pid参数子程序434.2.6 中断服务程序45结论49参 考 文 献50致谢51引言现代工厂企业、办公大楼、商厦、酒店等环境，中央空调系统是不可缺少的。中央空调的耗电量是很大的，应用变频调速技术与plc自动控制系统可以大幅度节约电能和提高系统的自动化程度, 并使系统具有运行可靠、结构简化、维护维修方便等优点。空调冷冻泵变频节能,在国内外都是一个令人感兴趣的课题

17、，很多空调专业人士对此进行了研究。但对于如何计算及分析空调冷冻泵变频运行的工况参数及能耗,颇多局限于泵的相似定律的直接应用，即利用在一定条件下水泵的流量q、扬程h、功率n与转速n间的关系式(称为相似定律或比例定律) （1）直接进行计算，导致人们普遍认为空调水泵的耗电量与转速或流量的三次方成正比,，只要降低泵的转速就能以三次方的规律降低耗电量。事实上，据此所得的结果与试验或实际结果存在着一定的差异，一些研究者针对这些差异进行了研究，但方法与结论各不相同，如michel a.bernier和bernard bourrent认为是泵的全效率的影响，从泵的全效率的角度提出泵的耗功不与流量的3次方成正比

18、；谢明华等则利用水电比拟原理提出冷冻水泵的耗功与流量的一次方成正比，似乎过分贬低了其节能潜力；james b.rishel则认为泵的扬程与负荷的n次方成直线关系，虽考虑了负荷大小及全效率但忽略了其它因素的影响1。随着人民生活水平的提高，对空调的需求越来越大，中央空调以其高精度的恒温控制，大面积集中调节，为人们提供宜人的生产和生活环境。但中央空调系统耗能很大, 其电能和热能的消耗量占整个建筑能耗量的40%左右，而在我国目前的建筑设计中很少注重节能观念，忽视设备运行费用和能源消耗，造成能源的巨大浪费，如何解决空调系统的节能问题，已成为当务之急。1 绪论1.1 中央空调变频调速的意义随着空调应用的日

19、益普及，其能耗在社会总能耗中所占的比例越来越高。减少空调系统的能耗对全社会的节能，促进国民经济的持续发展具有重大意义。常规中央空调系统的送风量是根据空调房间的最大热、湿负荷确定，且保持不变。空调负荷减少时，通过调节送风温度（调节再热量）来维持室温。这种方法不仅浪费了热量而且浪费制冷机组相当的冷量。在变风量空调系统中，可根据房间温湿度参数的变化，通过变频调速装置调节风机的转速，改变送风量（应大于最小送风量），送风温度保持不变。显然变风量空调系统可充分利用最大送风温差，节约再热量和与之相应的冷量，减少风机的功率消耗，提高空调系统的运行经济性1。在夏季室内负荷下降时，先减少送风量，当送风量减至最小送

20、风量时可利用末端再热装置适应室内冷负荷的减少。当再热量不足以补偿室内负荷变化时，系统由夏季工况转至冬季运行工况，系统开始送热风。为节省能量，可先进行定风量变风温的调节方法，当供热负荷继续增加时，再改为变风量调节方法。1.1.1 变频调速技术介绍变频调速具有高效率、宽范围和高精度等特点，是运用最广、最有发展前途的调速方式。交流电机变频调速系统的种类很多，从50年代提出的电压源型变频器开始，相继发展了电流源型、脉宽调制型等各种变频器。（1）变频器按变换环节分1）交-交变频器把频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源。其主要优点是没有中间环节，故变换效率高。但其连续可调的频率范围窄，一般为

21、额定频率的一半以下，故它主要用于容量较大的低速拖动系统中。2）交-直-交变频器先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电逆变成交流电的环节容易控制，因此，在频率的调节范围，以及改善变频后电动机的特性等方面，都具有明显的优势。目前迅速地普及应用的主要是这一种。（2）变频器按电压的调制方式分1）pam（脉幅调制）变频器输出电压的大小通过改变直流电压的大小来进行调制。在中小容量变频器中，这种方式几乎己经不采用了。2）pwm（脉宽调制）变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。目前普遍应用的是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制（spwm）方

22、式。（3）变频器按直流环节的储能方式分1）电流型直流环节的贮能元件是电感线圈。2）电压型直流环节的贮能元件是电容器。变频器的功用是将频率固定（通常为工频50hz）的交流电（三相的或单相的）变换成频率连续可调（多数为0400hz）的三相（或单相）交流电2。由上式可知道：当频率连续可调时，电动机的同步转速也连续可调。又因为异步电动机的转子转速n总是比同步转速略低一些，所以，当连续可调时，n也连续可调。由于磁极对数p不同的异步电动机，在相同频率时的转速是不同的。所以，即使频率的调节范围相同，转速的调节范围也是各异的，因此采用变频和变极调速相结合的方法，可以大大提高变频器的工作效率。由于转速n与频率f

23、成正比，即： （1.1）式中：n为转速； f为频率；p为电机磁极对数；s为转差率。若将电机的运行频率由原来的50hz下调到40hz时，电机的实际转速n，降为额定转速的80%,即=0.8*，由于电机的额定功率w= k*n3，因此，电机运行在40hz时的实际功率为： （1.2） 则节电率为： （1.3）由此可见，若风机和水泵的电机运行在40hz时，理论上，电机实际消耗的功率只有额定功率的一半左右，此时，理论上节电率为48.8%，交流变频调速的节电效果相当显著，经济效益十分可观。中央空调系统采用变频调速技术，电机可在很宽的范围内平滑调速, 可将所有节流阀去掉, 使管道畅通，可免去节流损耗。通过改变电

24、机转速而改变水的流速, 从而改变水的流量，达到制冷机正常工作要求和平衡热负荷所需冷量要求，达到节能目的。采用变频调速技术的关键是电机转速的可调和可控。这种系统可由多台水泵电机组成，其中只有一台水泵处于变频调速状态，就可以达到节能目的。这种系统最大程度地节约了设备。电机的变频调速系统是由plc控制器进行切换和控制。1.1.2 基于plc控制下的变频调速系统工作原理plc是变频调速控制系统的关键部件。其作用是协调各机组与变频器之间的电气连接，通过接触器与变频器柜的继电器和接触器进行逻辑切换来实现系统的控制方案。plc的输入信号有机组选择信号、运行方式选择信号、冷却塔和主机开/关信号、冷冻泵和冷却泵

25、的起/停信号等。输入信号经程序运算，发出相应的动作信号，经微型继电器及相应的常闭、常开触头分别控制变频器及中央空调系统的运行，以及声、光报警器件的动作。plc软件程序设计采用梯形图语言编程，直观易懂。该系统主要由变频器、可编程控制器、主接触器、水泵机组及温度检测装置组成闭环自动控制系统。水泵机组都可运转在工频以下和变频以下两种状态。这由系统根据实际需要进行切换控制。可编程控制器用i/o扩展接口分别接入a/d和d/a模块，a/d模块通过plc将温度模拟量转换为数字量，d/a模块将plc输出的开关量转换为模拟量，以控制变频器的升速过程及降速过程。温度检测装置将状态送a/d,a/d有多个数字量（、）

26、输人plc,进行控制热负荷从小至大之间的变化，首先对plc进行设定上限、下限。刚开始工作热交换量为零。、处于关断状态。plc控制下，接通，1号泵接入变频器电源，同时启动升速程序，按d/a模块输出电压的设定曲线升速,从而使1号泵进行软启动。1号泵转速逐渐增大，热交换量也逐渐增加。若达到设定的下限时，则1号泵在该频率下稳定运行；若频率增至50hz时还未达到下限，则plc发出指令释放，闭合，1号泵由工频电网直接供电，全速运转，同时d/a输出为0。plc指令闭合，2号泵接入变频调速状态，并由plc控制按设定曲线升速。若升到50hz频率下还未达到设定下限，则2号泵切换为工频，3号泵为变频调速, 继续下去

27、, 直到热交换量达到下限，电机稳定运行于此状态下。如果热交换量超过上限，设定下调时，接入变频器的第n个水泵，其输出频率降低，若降至0hz时，还未达到上限，则第n个水泵停，同时d/a置5v，第n-1个水泵切换变频状态，并按设定曲线降低直至达其设定上限，水泵稳定运行于此状态下。需注意，在水泵进行工频和变频电网的切换过程尽可能快，各接触器间互锁和动作时间要设置好。该控制系统, 在任何状态下, 只需一台水泵电机处于调速状态, 其它电机可根据需要处于工频状态或停机状态, 就可实现热交换从零至最大的控制过程。冷却水、冷冻水系统可分别用一台plc控制器和一台变频调速器来控制。1.2 中央空调的结构原理所谓“

28、中央空调”是由一台主机通过风道过风或冷热水管或管线连接多个末端的方式来控制不同的房间以达到室内空气调节目的的空调。 一般酒店，大型商场用的是风管试的中央空调，它的原理是主机通过通往各个空间区域的通风管道将处理后的冷热空气输送到位。它的优点是成本低、操控简便、噪音低，最主要的缺点是：各个区域（房间）控温不准确。中央空调的工作原理与家用一样，都是利用冷媒（运输热量的媒质叫冷媒）的物理原理把室内的热量带到室外去达到制冷的效果。中央空调工作原理如图1.1所示。图1.1 中央空调工作原理中央空调系统主要由冷冻主机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统、风机和冷却塔等组成。(1) 冷冻主机也叫致冷

29、装置，是中央空调的致冷源，通往各个房间的循环水由冷冻主机进行内部热交换，降温为冷冻水。(2) 冷却水循环系统由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻主机在进行热交换、使水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降温了的冷却水，送回到冷冻机组。如此不断循环，带走了冷冻主机释放的热量。(3) 冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻主机流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，通过各房间的盘管，带走房间内的热量，使房间内的温度下降。同时，房间内的热量被冷冻水吸收，使冷冻水的温度升高。温度升高

30、了的循环水经冷冻主机后又成为冷冻水。(4) 风机盘管系统。安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水盘管冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换。(5) 风机。用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。(6) 冷却塔。冷冻主机在致冷过程中，必然会释放热量，使机组发热。冷却水塔用于为冷冻主机提供“冷却水”。冷却水在盘旋流过冷冻主机后，将带走冷冻主机所产生的热量，使冷冻主机降温。工作原理：冷冻主机是中央空调的致冷源，从冷冻主机流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，通过各房间的盘管，带走房间内的热量，使房间内的温度下降。冷却水塔为冷冻主机提供冷却水，冷却水经管道盘旋流过冷冻

31、主机后，将带走冷冻主机所产生的热量，使冷冻主机降温。空调系统中的控制对象多属于热工对象，从控制的角度分析具有以下特点：a)多干扰性。例如：通过窗户进入的太阳辐射热是时间的函数，也受气象条件的影响；室外空气温度通过围护结构对室温产生的影响；为了换气所采用的新风，其温度变化对室温有直接的影响；室内人员的变动，照明、机电设备的启停，均会干扰变动时控制的难度以及能源浪费的问题。b)多工况性空调系统中对空气的处理过程具有很强的季节性，一年中，至少要分为冬季，过渡季和夏季。另外在同一天中，夜晚和白天的空气工况也不完全相同，因此，空调对空气的处理过程也具有多变性。多工况性的特点就决定了空调的运行不能设定在某

32、一不变的参数下，而这就要求空调的控制系统必须要灵活的动作来适应变化的工况。在中央空调系统设计中，冷冻泵、冷却泵的装机容量是取系统最大负荷再增加10%20%余量作为设计系数。根据计算中央空调系统中，冷冻水、冷却水循环用电约占夏季酒店总用电的25%30%，冷却塔的用电占8%10%。因此，实施对冷冻水和冷却水循环系统以及冷却塔的能量自动控制是中央空调系统节能改造及自动控制的重要组成部分。根据异步电动机原理 （1.4） 式中：n为转速；f为频率；p为电机磁极对数；s为转差率。由上式可见，调节转速有3种方法，改变频率、改变电机磁极对数、改变转差率。在以上调速方法中，变频调速性能最好，调速范围大，静态稳定

33、性好，运行效率高。因此改变频率而改变转速的方法最方便有效。以前的冷却塔是人为的根据冷却水温度选择冷却塔开启的台数，非常容易造成能源的浪费现象，现在根据冷却水的温度，由温度传感器传送信号至plc，由plc经计算后对冷却水泵依次开启，以达到节能效果。1.3 空调变频控制系统的构架空调变频控制系统，依据水泵变频曲线和系统曲线计算出最佳运行模式后，使n台水泵在最佳频率下运行。随着用户量的不断变化,实际差压值会经常偏离设定值。为了彻底消除该水泵系统的剩余扬程，空调变频系统将作进一步的pid调节。控制原理方框图如图1.2所示。图1.2 系统的控制原理图系统将差压变送器的实时反馈值与目标设定值比较,其差值被

34、送入plc的内部pid调节器，经过运算,输出频率信号对水泵进行调速，以达到消除差压动态偏差的目的。其算法为： （1.5）式中 调节器的输出；比例时间常数；差压设定值()与差压实测值()之差；ti差压积分时间常数；差压微分时间常数。以上所有算法，将在西门子的plcs7-200上实现。1.4 总体设计方案的确定对中央空调冷却水和冷冻水回水温度进行检测，然后将检测温度信号经变送器和a/d转换模块反馈给plc进行处理，再由plc输出通过变频器控制冷却泵和冷冻泵转速，从而对温度进行控制。目前，对冷却水系统和冷冻水系统分别进行调速的方案最为常见，节电效果也较为显著。该方案在保证冷却塔有一定的冷却水流出的情

35、况下，通过控制变频器的输出频率来调节冷却水流量。当中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量；当中央空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量。冷冻水系统也是如此。在冷冻水和冷却水的回水管道上安装温度传感器，只检测回水温度，然后经过plc的处理对变频器实行控制。这样可确保中央空调机组正常工作的前提下达到节能增效的目的。温度传感器可采用pt100热电阻；a/d转换模块；plc；d/a转换模块都选用西门子公司的产品，变频器采用三菱公司的变频器。系统的结构图如图1.3所示。图1.3 系统结构图1.5 本文主要工作中央空调系统通常分为冷冻水和冷却水两个系统。现在水泵系统节能改造的方案大都采用变频器来实现。

36、1)冷冻水泵系统的闭环控制该方案在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减，控制方式是：冷冻回水温度大于设定温度时频率无极上调。2)冷却水系统的闭环控制该方案在保证冷却塔有一定的冷却水流出的情况下，通过控制变频器的输出频率来调节冷却水流量。当中中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量；当中中央空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量，在保证中中央空调机组正常工作的前提下，达到节能增效的目的。控制原理

37、说明如下：plc控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的频率，以控制电机转速，调节出水的流量，控制热交换的速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度和流量，加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能。由于冷冻机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温，再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的。冷却水进水出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走的热量大，应提高

38、冷却泵的转速，加大冷却水的循环量；温差小，则说明，冷冻机负荷小，需带走的热量小，可降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。通过温度传感器pt100将温度信号经过变送器和a/d转换模块传送到plc中进行处理，然后由plc将控制信号送至变频器中，变频器根据控制信号做出相应的频率调整，实现对水泵电机转速的控制。主要工作有：温度检测部分设计；选择变频器；设计主电路；选择plc器件并选择扩展模块；i/o口的分配及输入输出接口电路的设计；显示及报警等接口设计；编制设计plc程序。2 具体电路设计2.1 温度检测部分设计温度是表征物体或系统的冷热程度的物理量。根据分子物理学理论，温度反应了物体中分

39、子无规则运动的剧烈程度。物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，许多生产过程，特别是化学反应过程，都是在一定的温度范围内进行的。温度是最常见的工业测控参数，人们经常会遇到温度和温度检测与控制的问题。2.1.1 检测元件选取温度检测的主要方法根据敏感元件和被测介质接触与否，可以分成接触式与非接触式两大类。接触式检测方法主要包括基于物体受热体积膨胀性质的膨胀式温度检测仪表；基于导体或半导体电阻值所温度变化的热电阻温度检测仪表；基于热电效应的热电偶温度检测仪表。非接触式检测方法是利用物体的热辐射特性与温度之间的对应关系，对物体的温度进行检测，主要有亮度法、全辐射法和比色法等。热敏电阻是用金属氧化物

40、或半导体材料作为电阻体的测温敏感元件。热敏电阻有正温度系数（ptc）、负温度系数（ntc）和临界温度系数（ctr）三种。温度特性曲线如图2.1所示。正温度系数（plc）负温度系数（ntc）临界温度系（ctr）12020004080160温度（）电阻（）图2.1 各种热敏电阻特性温度检测用的主要是负温度系数热敏电阻，ptc和ctr热敏电阻则利用在特定温度下电阻值急剧变化的特性构成温度开关器件。负温度系数热敏电阻的阻值与温度的关系近似表示为： （2.1）式中r(t)、r()为热敏电阻在温度为t、时的电阻值；b为取决于半导体材料和结构的常数。根据电阻相对温度系数的定义，可求得负温度系数热敏电阻的值为

41、 （2.2）由上式可以看出，值是负的，并且与成反比。负温度系数热敏电阻的为25，所以标准阻值r(25)和b值是它的两个重要的参数，要选择合适的值可使热敏电阻在测温范围内有较好的精度和稳定性。负温度系数的热敏电阻主要由单晶以及锰、镍、钴等金属氧化物制成，测温范围为-50到300。它可以制成不同的结构形式，有珠状、片状、杆状和薄膜状等，其中珠状和柱状的金属氧化物热敏电阻稳定性较好。热敏电阻的优点是值大，一般为金属电阻的十几倍，灵敏度很高，而且组织也高，在使用时引线电阻所引起的误差可以忽略。缺点是互换性差，部分产品稳定性不好。但由于它结构简单，热响应快，灵敏度高并且价格便宜，因此在汽车、家电等领域得

42、到大量应用【3】。pt100温度传感器的测量温度范围是：-50到450。pt100热电阻隔离变送器：型号：rs3011。该产品是用pt100传感器测量温度的隔离变送器，在工业上主要用于测量-200+500的温度。变送器内有线性化和长线补偿功能，出厂时按照pt100国标分度表校正，完全达到0.2级精度要求。输入、输出和辅助电源之间是完全隔离（三隔离），可以承受2500vdc的隔离耐压。产品采用din35国际标准导轨安装方式，体积小、精度高，性能稳定、性价比高，可以广泛应用在石油、化工、电力、仪器仪表和工业控制等行业。主要特性：输 入： pt100(-20+400) (范围可选择)输出信号： 42

43、0ma/05v精度等级： 0.2级(fsr%)内含线性化和长线补偿功能隔离耐压：2500vdc(0.5ma,60s)din35导轨安装精度高、性能稳定可靠3。2.1.2 模拟量输入模块的选取（a/d）模拟量的输入在过程控制中的应用很广泛，如常用的温度、压力、速度、流量、碱度、位移等的工业检测都是对应电压、电流的大小模拟量，再通过一定的运算(如pid)后控制生产过程达到一定的目的(如恒温等)。模拟量输入的电平大多是从传感器通过变换后得到的，模拟量输入信号按iec标准为420ma电流信号或05v、-10v10v，010v的直流电压信号。模拟量输入模块的基本功能就是将输入plc的外部模拟量转换为pl

44、c所需的数字量，以供给主控模块进行数据处理和控制。模拟量输入模块可以直接与热电偶，铂电阻等温度检测元件项链，接受采自温度传感器的信号，温度控制模块实际上就相当于变送器和a/d转换器。将生产现场的温度信号值传送给plc，经过plc处理后，通过模拟量输出模块输出。这样就可以实现温度的自动控制。em231热电阻模块可以通过dip开关来选择热电阻的类型，接线方式，测量单位和开路故障方向。连接到同一个扩展模块上的热电阻必须是相同类型的。改变dip开关后必须将plc断电后再通电，新的设置才能起作用4。表1 em231主要参数耗电量自+5v dc（自i/o总线）自l+l+电压范围，2级或dc传感器供电87m

45、a60ma20.4至28.8v dcled 指示灯24v dc电源供电良好on=无错，off=无24v dc电源，sf：on=模块故障，闪烁=输入信号错误,off=无错模拟量输入特性现场至逻辑现场至24v dc24v到逻辑500v ac500v ac500v ac共模输入范围（输入通道至输入通道）120v ac共模抑制120db 120v ac输入类型模块参考接地rtd输入范围rtd类型(选一种)pt-100，200，500，pt-1000-10000cu-9.035ni-10，120，1000r-150，300，600输入分辨率温度电阻0.115位加符号位模块更新时间：所有通道405ms连线

46、长度（最大）100米至传感器线回路电阻（最大）最大为20数据字格式电压：-32000至+32000最大输入电压30v dc(1)模拟量输入端的接线方式： 模拟量是通过带屏蔽的双绞线把信号输入每个信道，将第一路测量信号接入em231的a+和a-端；将第二路测量信号介入em231的b+和b-端。(2)硬件连接图如图2.2所示。ra a+ a- rb b+ b- rc c+ c- rd d+ d-aiw0 aiw2 aiw4 aiw6em231m l+ g24vr1 变送器变送器r2dc 24v热敏电阻图2.2 热电阻与em231硬件连接图(3) a/d转换的输入/输出关系曲线如图2.3所示。+32

47、000+5v+20ma+4ma+32000图a输入0到5v电压图b输入+4ma到+20ma电流图2.3 a/d转换的输入/输出关系曲线2.1.3 模拟量输出模块的选取（d/a）模拟量输出模块是将中央处理器的二进制数字信号(如4095等)转换成420ma的电流输出信号或010v，05v的直流电压输出信号，以提供给执行机构。模拟量输出模块选用西门子公司的em232模块。其主要参数指标如下：表2 em232模块的主要参数模拟量输出特性模拟量输出点数2隔离(现场侧到逻辑线路)无信号范围电压输出电流输出10v020ma数据字格式电压电流-32000+320000+32000分辨率全量程电压电流12位11

48、位数字量到模拟量转换器（dac）的12位读数，其输出数据格式是左端对齐的，最高有效位：0表示是正值数据字，数据在装载到dac寄存器之前，4个连续的0是被裁断的，这些位不影响输出信号值4。d/a转换模块输入/输出关系如图2.4所示。+32000-32000+10v-10v图a输出-10v到+10v电压+32000+20ma+4ma图b 输出+4ma到20ma电流图2.4 d/a转换模块输入/输出关系（1） 模拟量输出端的接线方式：经过d/a转换后，模拟量通过双绞线把信号输出，如果是输出电压信号，则将双绞线接到信道的m0，v0端；如果输出的是电流信号，那么应先将双绞线接到信道的m0和i0端。（2）

49、 接线方式如图2.5所示。m0 i0 v0 m1 i1 v1em232m l+ g24v dc变频器变频器图2.5 em232端子接线图2.2 显示电路设计td200是德国siemens公司设计制造，专为s7-200系列plc配用的操作员界面，它是一种连接简单、操作方便、功能强大的实用性人机界面解决方案，td200文本显示器是所有西门子s7-200系列操作员界面问题的最佳解决方法。它还可以减少输出的i/o点数，由于cpu226主模块上有一个rs-485通讯口。所以只需要将td200通过一根td/cpu电缆和plc实现互连，即连接到cpu226系列的ppi接口上即可，不需要单独的电源。td200

50、的功能具有文本信息的显示，过程参数的显示和修改，还可以提供8个由用户自定义的功能键，可以替代普通的控制按钮作为控制键，这样还可以节省8个输入点，还可以提供强制i/o点诊断功能。td200用setp7-micro/win软件进行编程，无需其他的参数赋值软件。在s7-200系列的cpu中保留了一个专用区域用于与td200交换数据，td200直接通过这些数据区访问cpu的必要功能。td200面板上设有文本及9个功能键。文本显示区为一个背光液晶显示器，可以显示两行每行20个字符大的信息。该型文本显示器的主要功能和性能如下：文本信息的显示：用选择项确认方法可显示最多80条信息，每条信息最多可包含4个变量

51、，五种系统语言。可设定实时时钟。提供强制i/o点诊断功能。提供密码保护功能过程参数的显示和修改，参数在显示器中显示并可用输入键进行修改。 可编程的8个功能键可以替代普通的控制按钮，作为控制键。这样还可以节省8个输入点。可选择通讯的速率。输入和输出的设定：8个可编程功能键的每一个都分配了一个存储器位。这些功能键可在系统启动，测试时进行设置和诊断。可设置plc的实时时钟，提供了密码保护功能。td200只是一个文本显示设备，是不必对它进行组态及编程的，唯一存储在td200里的操作参数是td200的地址、cpu的地址、波特率及参数块的位置，而td200等待显示的所有数据都存储在cpu的v存储区中，通过

52、改写v内存区实现td200上显示值的刷新。当plc上电后，td200从cpu读取参数块，并对参数进行合格性检查，如一切合格，td200开始主动轮询信息使能位，以决定显示的信息，然后显示信息5。所以td200在系统中的引入，使其功能更丰富，使plc与用户的接口界面更友好，使plc的可操作性大大提高，因而td200是s7-200型plc配用界面的首选。2.3 变频器的选择常规设计的交流电动机，通常都是在额定频率、额定电压下工作的。此时，轴上输出转矩、输出功率都可以达到额定值。在变频调速的情况下，供电频率是变化的，电机的实际输出也会变化。由于变频器有一定的通用性，因此在与不同拖动场合的电机配合时，需要选配相应的变频器。在一台变频器驱动一台电机的情况下，变频器的容量选择要保证变频器的额定电流大于该电动机的额定电流，或者是变频器所适配的电动机功率大于当前该电动机的功率。按连续恒负载运转时所需的变频器容量(kva)的计算式计算： （2.3） （2.4） （2.5）式中：负载所要求的电动机的轴输出功率，单位为w；电动机的效率(通常约0.85)；cos电动机的功率因数(通常约0.75)；电动机电压，单位为v；电动机电流，单位为a；k 电流波形的修正系数，对pwm方式，取k =1.05；变频器的额定容量；变频器的额定电流6。根据以上的介绍以及系统功能的需求，本文