中央空调的PLC控制(2)

1、毕 业 设 计 论 文中央空调的PLC控制祁高群 指导老师姓名： 申小中专 业 名 称：制冷与空调技术班 级 学 号： 11132113论文提交日期：2014年3月11日论文答辩日期：2014年4月16日2014年 3月11日目录1引言11.1 中央空调的优点11.2本设计的主要工作22系统简介32.1中央空调系统简介32.1控制方式42.2工艺流程42.3控制要求53系统设计63.1设计原则63.1.1最大限度地满足被控对象的控制要求63.1.2保证PLC控制系统安全可靠63.1.3力求简单、经济、使用及维修方便63.1.4适应发展的需要63.2硬件设计63.2.1 PLC选型63.2.2输

2、入输出点地址分配73.3软件设计83.3.1 PLC编程软件83.3.2主程序设计83.3.3压缩机启停顺序生成及实现103.3.4参数设置、显示、保护、报警等功能实现103.3.5程序设计104小结11附录1 初始化程序梯形图1附录2 PLC接线图4中央空调的PLC控制摘要：编程控制器由于其在工业控制方面的应用意义日趋明显，它具有编译简单、功能强大、使用可靠、维修简单等许多优点，并且在很多地方已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。与此同时,中央空调也正被广泛地应用,它不仅促进了科技的发展,也提高了人民生活水平。本文结合无锡商业职业技术学院制冷楼的项目要求，基于西门子PLC控制器，采用西门子公司的

3、S7-200型号设计了完整的工艺性空调系统方案。关键词：PLC控制系统 程序图 压缩机The PLC Control of Center Air-ConditioningAbstract: Because of its increasingly obvious applied significance in industrial control, the programmable controller has so many advantages, such as easier to use, more powerfull function, more reliable,

4、easier to maintance. As a result of this, it has gradually taken place of logic control of relay circuit. At the same time, central air-conditioning is also being widely used in our daily life. The appearance of central air-conditioning not only promotes the development of science and technolog

5、y, but also improve the living standard of human beings. In this paper, in order to meet the requirement of Wuxi Institue of Commerce refrigeration building, Siemens S7-200 PLC Controller is applied to design an integrated air-conditoning system project.Keywords: PLC

6、60;Control System; Procedure Chart; Compressor41引言中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。1.1 中央空调的PLC控制我国是一个人均

7、资源相对贫乏的国家，因此节能降耗有着十分重要的意义。近年来，由于国民经济的快速发展，使我国的能源显得越来越紧张。中央空调和传统的普通家用空调区别比较，以下为有关功能、舒适度、能耗、安装费用等各方面的比较结果。1.1.1 功能比较传统空调一般都具备降温、升温、除湿等三大基本功能。传统的分体空调无法引入新风，为了确保室内空气质量健康，必须通过开门、开窗来换气，这样房间内的冷量会大量流失，影响房间温度，造成能源浪费。1.1.2 舒适度比较传统空调室内机安装位置受限于室外机的安装位置，空调室内机只能安装在靠近室外机的墙面上，出风口和回风口的位置不可调节。制冷时，往往会造成空调能直吹到的区域较冷，非直吹

8、的区域较热，影响居住的舒适感。1.1.3 中央空调比较中央空调的室内机暗藏于局部吊顶空间，最大限度避免了空调直吹人体，它的超长配管使得空调可以安装在舒适性最佳的位置，因地制宜调节出风和回风的方式，气流组织好，使得整个房间都处于空调的回风区域中，使得房间内温度较为均匀，增强了房间的舒适性。PLC是20世纪80年代发展起来的新一代工业控制装置，是自动控制、计算机和通信技术相结合的产物。它不仅具有优越的控制性能，良好的性能价格比，而且具有较高的可靠性和抗干扰能力，在自动控制各个领域应用相当普遍。中央空调系统的PLC 控制，具有运行可靠、使用与维护方便、抗干扰能力强、适合新型高速网络扩展等显著优点，逐

9、步得到了广泛的应用。1.2本设计的主要工作 本设计的主要工作包括：（1）设计基于PLC的中央空调控制系统；（2）编写PLC程序，控制中央空调系统硬件设备，实现中央空调系统的无人值守。2中央空调系统的PLC控制技术2.1中央空调简介所谓“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式的中央空调，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

10、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。中央空调工作过程如图2-1所示。图2-1 中央空调工作过程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。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主机后，将带走冷冻主机所产生的热量，使冷冻主机降温。2.1控制方式中央空调冷冻系统有3种控制方式：早期的继电器控制系统、直接数字式控制器（Direct Digital Controller，

11、DDC） 和PLC控制系统。继电器控制系统由于故障率高、系统复杂、功耗高等明显的缺点已逐渐被人们淘汰；DDC虽然在智能化方面有了很大的发展，但由于DDC 本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性限制了其应用范围；PLC 控制系统以其运行可靠、使用与维护方便、抗干扰能力强、适合新型高速网络结构等显著优点而逐步得到广泛的应用。本次设计的中央空调系统由2台冷却水泵、2 台冷冻水泵、2 台冷却塔风机、2 台冷水机组等主要设备组成。如图2-2所示，其中，冷水机组由压缩机、冷凝器与蒸发器组成。图2-2 系统原理图2.2工艺流程冷热水机组形式的家用中央空调(以下简称：冷热水机组)的制冷剂循环与普通家用空

12、调完全相同，即：制冷时机组的换热器为冷凝器，机组的水冷换热器为蒸发器；制冷剂经压缩机压缩成为高温高压过热气体，在换热器中冷凝放热，成为过冷液，再经节流装置阻力降压后成为低压低温两相流体进入水冷换热器蒸发吸热(此时载冷剂被冷却)，最后再回到压缩机进入下一循环。 制热时机组的风冷换热器为蒸发器，机组的水冷换热器为冷凝器；制冷剂经压缩机压缩成为高温高压过热气体，在水冷换热器中冷凝放热(此时载冷剂被加热)，成为过冷液，再经节流装置阻力降压后成为低压低温两相流体进入风冷换热器蒸发吸热，最后再回到压缩机进入下一循环。2.3控制要求控制系统的基本操作功能设置为手动和自动两种选择，手动功能主要是对设备单机试运

13、转和维护保养时所选用，而自动功能是由车间内的各组空调处理机组或新风机组的启停来控制泵组工作的。在手动或自动的启停操作时，冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵、制冷机组在设定的时间内，按照顺逆程序进行启动和停止，并且在任何功能中有操作错误时均为无效，以确保各组设备保持正常的操作状态。主要的控制要求有以下几点：（1）测量冷冻水供回水温度及流量，从而计算空调实际的冷负荷，根据实际的冷负荷来决定冷水机组的开启台数，达到最佳节能状态。（2）各设备的程序联动。启动：冷却塔风机冷却水泵冷冻水泵冷水机组；停止：冷水机组冷冻水泵冷却水泵冷却塔风机。当其中一台冷却水泵/冷冻水泵出现故障时，备用冷却水泵/冷冻水泵会自动投入工

14、作。（3）测量冷冻水系统供回水管的压差P=P1- P2控制其旁通阀（TV）的开口度，使其维持压差。3系统设计3.1设计原则3.1.1最大限度地满足被控对象的控制要求N 充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。3.1.2保证PLC控制系统安全可靠P+b0g#a bL"u保证PLC控制系统能够长期

15、安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC 程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3.1.3力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便

16、、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。3.1.4适应发展的需要?Dv)W/dTd3nD由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。3.2硬件设计3.2.1 PLC选型S7-200系列PLC功能强、速度快、扩展灵活，具有模块化、紧凑的结构。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域，包括电力设施、民用设施、机械、机床等领域。S7-200系列PLC具

17、有极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、操作便捷、内置丰富的集成功能、实时特性，强劲的通讯能力、丰富的扩展模块。S7-200系列的强大功能使其无论是在独立运行中，或相连成网络都能实现复杂控制功能。所以它具有极高的性价比。CPU模块不断地采集输入信号，通过执行用户程序，去刷新系统的输出。输入和输出模块，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。通过一台安装有STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机、一根连接计算机和PLC的PC/PPI通讯电缆，即可对S7-200进行用户编程。为了满足以上所介绍的空调控制工艺要求，整个控制系统需要的I/O 点分别是18 点和15点。为了便于今后系统的改造或者升

18、级留出一定的I/O点以做扩展时使用。根据以上具体要求，我们选用西门子的S7-200PLC作为核心控制器。其中主机：CPU226 为24 输入/16输出共40个数字量I/O点；模拟量扩展模块：4道模拟量输入点；数字量扩展模块：2道数字量输出点；共计28道输入点，实际用18道，10道备用；18道输出点，实际用15道，3道备用。有RS485通讯端口，并配有STEP7编程软件，可以通过PC 机对其进行编程输入。该软件还能在PLC 运行时监控其运行状况。再有结合人机界面直接操作。3.2.2输入输出点地址分配表3-1 输入输出地址分配表模块号输入端子号输出端子号地址号信号名称说明CPU2261I0.01号

19、启动按钮2I0.11号停止按钮3I0.22号启动按钮4I0.32号停止按钮5I0.43号启动按钮6I0.53号停止按钮7I0.6紧急停车按钮8I0.7总启动按钮11I1.21号电机故障按钮12I1.32号电机故障按钮2Q0.11号泵启动继电器3Q0.2温度过高停止继电器4Q0.32号泵启动继电器5Q0.4温度过低停止继电器6Q0.53号泵启动继电器9Q1.03号泵运行10分钟后停止继电器3.3软件设计3.3.1 PLC编程软件该软件的SIMATIC指令集包含三种语言，即语句表(STL)语言、梯形图(LAD)语言、功能块图(FWD)语言。语句表(STL)语言类似于计算机的汇编语言，特别适合于来自

20、计算机领域的工程人员，它使用指令助记符创建用户程序，属于面向机器硬件的语言。梯形图(LAD)语言最接近于继电器接触器控制系统中的电气控制原理图，是应用最多的一种编程语言，与计算机语言相比，梯形图可以看作是PLC的高级语言，几乎不用去考虑系统内部的结构原理和硬件逻辑，因此，它很容易被一般的电气工程设计和运行维护人员所接受。PLC控制程序由一个主程序、若干子程序构成，程序的编制在计算机上完成，编译后通过PC/PPI电缆把程序下载到PLC，控制任务的完成，是通过在RUN模式下主机循环扫描并连续执行用户程序来实现的。S7-200的编程语言是STEP7，它是用于S7系列PLC进行编程、调试的全新软件，它

21、是在国际标准IEC1131-3的基础上建立的，可以用LAD，CSF和STL来编程。通过STEP7编程软件，不仅可以非常方便的使用梯形图和语句表等形式进行离线编程，经过编译后通过转接电缆直接下载入PLC的内存中执行，而且在调试运行时，还可以在线监视程序中各个输入输出或状态点的通断状况，给调试工作也带来极大的方便。STEP7软件的一个特点是调试功能很强大，不仅能在线读取数据，而且能在线修改过程数据，对于调试大型复杂控制程序非常有效。STEP7软件还附带一些控制程序模块，如P功调节模块，这些模块可以从主控制程序中直接调用，实现不同功能。3.3.2主程序设计在本系统中，PLC程序设计的主要任务是接受外

22、部开关信号(按钮、继电器)的输入，判断当前的系统状态以及输出信号去控制接触器、继电器等器件，以完成相应的控制任务。图3-3 主程序流程图3.3.3压缩机启停顺序生成及实现用常规元件控制的电控箱，压缩机的启动顺序一般是固定的，也有部分电控箱（进口机组居多）是由一拨动开关人为控制。采用PLC控制后，压缩机的启动顺序有PLC按压缩机运行时间的长短自动生成。当机组在第一台压缩机启动前，调用压缩机的启停顺序生成子程序，得到3台压缩机的启停顺序，分别存于开关数据单元。主程序调用子程序是的参数传递采用公用参数的方式传递。即主程序及子程序访问相同的数据区域及其寄存器。3.3.4参数设置、显示、保护、报警等功能

23、实现机组运行的各参数从PLC的输入端读取，在每次读取后通过程序直接写入PLC的数据寄存器。在开关设置上，将系统的默认值设置成不需要按下任何开关，既方便用户，也使现场安装后忘记设置这些开关时，系统可以最佳的状态运行。机组设置总运行、故障输出，压缩机单机的运行、故障状态可选项，其输出可以接也可以不接。当程序检测到某压缩机有故障（高低压保护、过载）时，会对故障自动进行统计，达到设定的故障次数后，将自动停止该台压缩机的运行，同时机组输出故障报警信号。3.3.5程序设计程序采用梯形图的形式，它沿用了继电器的触点和线圈等符号，图形表示易于理解。部分梯形图程序见附录1。4小结 本次设计中，我主要负责了PLC

24、的程序设计，PLC 控制系统以其运行可靠、使用与维护方便、抗干扰能力强、适合新型高速网络结构等显著优点而逐步得到广泛的应用。在设计过程中充分运用了PLC中所学的启动，保护，停止原理进行设计，从而起到一个顺序开，逆序停止的一个过程，通过PLC对中央空调的控制，使其运行更加方便，达到智能控制。 在运行过程中，PLC程序中被写入顺序开关，对设备起到了保护作用，同时子程序中写入初始复位命令，使得每次机器在重新运行时都能复位从第一部开始，保证设备能安全运行。另外在设计过程中，我们小组遇到PLC节点的选择以及相对应的接线连线问题上面费了很大功夫，通过资料知道了星三角型与顺序型的区别以及他们所适用的场所。致 谢大学三年，人生经历与知识都受益良多，我满怀感激。首先感谢无锡商业职业技术学院机电工程学院提供给我这次难得的学习机会，因此在大学的学习过程中，无论是基础课、专业课，还是课程实践，我都尽全力而为，收获甚多。通过近3年的学习，我的专业知识水平无论在理论上，还是在