精品资料（2021-2022年收藏）可编程控制器在净化空调控制系统中的应用

1、2012届毕业设计(论文)题 目：可编程控制器在净化空调控制系统中的应用 专 业 班 级：XXXXXXXXXXXXXXXX 学 号:XXXXXXXXXXXXX 姓 名：XX 指 导 教 师：XX 学 院 名 称：XXXXXX 2012年 5 月 25 日可编程控制器在净化空调控制系统中的应用The application of PLC in clean air conditioning control system 学 生 姓 名:XX 指 导 教 师:XX 武汉工程大学毕业设计(论文)说明书摘 要随着现在医药科学与生产技术的发展和国家有关部门对药品生产企业的药品生产质量规范以及GMP认证的推

2、广，国家对制药企业的生产环境提出了更高的要求，使得制药企业净化空调控制系统的建设和改造成为必然。净化空调系统是控制洁净区内悬浮粒子和微生物浓度、防止交叉污染的重要手段,对于保证药品生产的质量起着至关重要的作用。本论文的研究以“海南合瑞制药股份有限公司综合冻干车间”为背景， 简要介绍了海南合瑞制药厂冻干车间净化空调控制系统的概况，综合现场的实际控制对象，设计了基于PID控制的净化空调控制系统。参与设计了空调控制系统的控制方案、硬件实施、软件设计以及系统的调试工作。关键词：控制系统、PLC、PID控制、净化空调IAbstractNow with the medical science and th

3、e development of production technology and the state departments of pharmaceutical production enterprises "drug production quality standards" and GMP authentication extension, state of the pharmaceutical enterprise production environment has put forward higher requirements, so that pharmac

4、eutical companies cleaning air conditioning control system construction and renovation to become inevitable.Purification of air-conditioning system is controlled within the clean area suspended particles and microbial concentration, and prevent cross contamination is an important means to guarantee

5、the quality of drug production, plays a vital role in.The research on "Hainan Swiss pharmaceutical company limited comprehensive freeze-dry workshop" as the background, a brief introduction to Hainan and Swiss pharmaceutical factory freeze-dry workshop cleaning air conditioning control sys

6、tem overview, comprehensive practical controlled object, design of PID based control of cleaning air conditioning control system.In the design of the air conditioning control system control scheme, the hardware implementation, software design and system debugging.Key words: control system, PLC, PID

7、control, air purificationII 目 录摘要. IAbstract.II1 绪论1.1 论文选题背景与意义 （1）1.2 论文选题来源. （1）1.3 课题设计主要内容. （2）2 净化空调控制系统方案与设计2.1 系统概况及结构. （3）2.2 净化空调控制系统 （5）2.3 冻干车间净化空调系统的功能. （8）2.4 冻干车间净化空调系统的控制方案 （10）2.5 本章小结 （12）3 净化空调控制系统的软硬件设计3.1 净化空调控制系统的硬件设计. （13）3.2 比例积分微分控制. （16）3.3 PLC软件设计. （20）3.4 触摸屏软件设计. （27）3.5

8、 本章小结 （31）结论 （32）致谢. （33）参考文献.（34）1 绪论1.1 论文选题背景与意义药品是一种特殊的商品，它的质量直接关系到人的健康和安危，随着社会发展和人类生活水品的提高，人们对药品生产质量的要求也越来越严格。在现代化的药品生产中，为了保证药品的质量，在从配料、加工到包装等各个生产环节都必须对进入生产空间的空气的洁净度、气流的正确流动方向、空间的空气压力、空气温度、空气湿度进行严格控制，以达到生产药品相关规定的要求。对这种要求,靠维护人员的手工操作或者传统的继电器控制是根本无法实现的，这一问题使得净化空调自动控制系统成为药品生产企业的必然选择。净化空调控制系统作为一种重要的

9、空调系统分类,目前在医药、电子和化工等行业应用十分广泛.从控制和数据分析处理的角度来看, 净化空调控制系统除了具有普通空调控制系统的数据量大、模拟量多、系统运行不间断和数据需要存储等特点以外, 还带有控制因素多和控制精度高等特点1. 目前, 净化空调自动控制系统的应用有多种方式. 除了传统的单片机系统以外,很多用户选用了局部数字直接控制(DDC)或是集散控制系统(DCS) ,而PLC 的应用还不是很多. 其原因主要是传统的PLC 在逻辑、计数和计时方面有优势,但在以模拟量为主要处理对象的空调系统中,缺乏足够的计算和分析能力. 近年来, 随着新型PLC 在存储容量和运算能力方面的迅速发展, 这一

10、缺陷逐渐得到弥补. 许多PLC 生产厂家在PLC硬件水平大幅提升的同时, 又开发出适于运算和分析的PLC 指令集系统,并制造了一系列运算和通讯等专用模块来强化这方面的性能. 从发展趋向来看, PLC 系统在运算能力上已经与PC 控制系统差别不大, 通讯能力也大为提高, 加上其固有的可靠性、扩展性和价格优势, 必将在空调自控系统中占据重要地位2。1.2论文选题来源本课题来源于海南合瑞制药厂综合冻干车间净化空调自控项目工程，该车间共三套洁净空调系统全部设计使用自控系统，其中：11JKT-201：为B级区系统，风量17000m3/h，房间温度要求为：20-24，相对湿度：40%-60%RH。JKT-

11、202：为C级区系统，风量37000m3/h，房间温度要求为：18-26，相对湿度：45%-65%。JKT-203：为灌装区系统，风量 8000m3/h，房间温度要求为:20-24,相对湿度：要求设计一套稳定可行的以西门子S7-200PLC为核心的控制系统来完成对以上三台空调机组JKT-201 、JKT-202、JKT-203的控制，除了完成现场控制以外，采用串口通讯方式将所有参数通过PLC自身的RS485通讯口传送给上位机组态，以实现远程监控、报警、记录等功能。现场控制器PLC采用西门子S7-200 CPU224XP及与之相对应的模拟量扩展模块EM235、EM232。现场控制采用eView

12、MT4300系列触摸屏来操作。PLC控制系统主要实现三台空调机组的送风温湿度控制，使洁净区房间温湿度满足设计要求，同时监测初、中效过滤器压差以及报警功能，并且根据送风风速调节送风机变频器频率以控制系统送风量及维持洁净区不同级别房间的压差梯度。设计正常运行、值班运行、消毒和排毒这几种状态，并能方便的切换。1.3毕业设计所做工作1.参与冻干车间三套空调机组自控方案的设计，并利用autoCAD软件作出系统初步的自控线路图。2.参与设计PLC和触摸屏程序，在编程过程中完成对自控线路图的检查与修改并完成最终的自控线路设计。使用组态王软件设计上位机组态并与PLC进行通讯测试。3.参与制作现场控制器的线路板

13、，完成元器件统计、布局以及接线工作。通过PC将程序导入PLC，利用标准信号发生器、万用表等工具对控制板进行调试并做好程序调试记录表格。4.参与现场施工，包括电缆桥架，镀锌线管以及电缆的安装。5.参与现场各类仪表以及控制柜的安装接线工作并进行现场调试。212净化空调控制系统方案与设计2.1 系统慨况及结构2.1.1 冻干车间空调系统分布如图2.1所示，冻干车间整体可划分为灌装区（A级区）、B级区、C级区、其他区域（D级区）四个部分，环境等级灌装区大于B级区大于C级区大于D级区。 灌装区 B级区 C级区图2.1 冻干车间平面分布图该系统共有三台全新的空调机组JKT-201、JKT-202、JKT-

14、203 ，分别服务于B级区、C级区、灌装区。2.1.2 冻干车间空调系统结构本洁净空调自控系统由变送器、执行机构、压差开关等开关量输入输出点、现场控制器和上位机组合而成。是一个典型的集散（集中管理，分散控制）控制系统，车间设置二套现场控制器（单触摸屏），如图2.2所示。变送器：将在检测点所检测到的信号传送至现场控制器。本系统所使用的变送器有温湿度变送器、压差变送器和风速变送器。31执行机构：接受现场控制器发出的控制信号，完成自我调节的功能。本系统的执行机构包括电动调节阀、变频器和电磁阀。现场控制器：现场控制器由西门子S7-200可编程序控制器、模拟量和开关量扩展模块、触摸屏、24V交直流电源以

15、及相应控制程序组成。现场控制器的作用是接收现场各个检测点所检测的参数信号、向调节阀和变频器发出控制信号，同时向上位机传送数据，完成分散控制的功能。上位机：上位机用一根通讯电缆线将所有洁净空调控制系统的现场控制器全部连接起来，接受现场控制器传送过来的数据、向现场控制器发出指令，完成集中管理的功能；上位机具有数据显示、存储、打印、控制（不推荐使用）等功能。企业局域网车间办生产部总经理RS485上位机系统 现场控制器（双PLC系统）JKT-202JKT-201冻干车间空调系统JKT-20341图2.2 净化空调控制系统结构图2.2 净化空调控制系统2.2.1 净化空调控制系统概述按照功能段来分，净化

16、空调机组可分为新风段、表冷段、加热段、加湿段、风机段和送风段等几个功能段。整个系统又分为机组、送风风管、送风/排风风管和送风口、回/排风口等不同部分。各个功能段与系统部分，以中央控制为枢纽，共同组成一个有机的整体，来完成对药品生产车间洁净区域的环境控制3。本文研究对象地处海口市，考虑到当地空气湿度常年处于较高的水平，所以该空调系统没有设计加湿段，并且同时增加了除湿功能。一般来说，生产区控制空气洁净度的措施主要有以下几个方面：控制污染源，减少污染发生量；有效阻止室外的污染侵入室内或防止室内污染逸至室外；迅速有效的排除室内已发生的污染；流速控制；系统的气密性；建筑商的措施；以上这些措施实现的技术手

17、段包括：过滤技术（三级过滤）；气流技术；压力控制技术（正负压）。过滤技术保证了送入室内的是洁净空气；气流技术确保了尽快稀释或排走室内污染；压力控制技术阻止室外污染入侵4。（1）设计参数净化空调设计参数的确定与普通舒适性空调系统有很大的区别。从温湿度来说，舒适性空调的室内温湿度的设定只考虑工作人员的舒适性要求，而净化空调不仅要考虑舒适性，更重要的是保证工艺所要求的特殊的温度、湿度环境。（2）负荷特性净化空调系统的负荷计算方法与一般的负荷计算方法相同。但洁净室的空调冷负荷与一般的建筑不同。一般情况下，洁净室处于内区，围护结构引起的冷负荷可按稳定传热计算。对于正压洁净室，不考虑冷风渗透所引起的热负荷

18、，但考虑局部排风引起的补风负荷（含在新风负荷中）。（3）送风量51洁净厂房设计规范规定洁净室的送风量应取下面三项中的最大值：为保证空气洁净度的送风量；根据热、湿负荷计算确定的送风量；向洁净室内供给的新鲜空气量。在习惯上常将上述三种送风量分别称为洁净风量、空调风量和补风量。一般情况下，第项总是最大的，这是净化空调的特点，洁净风量对于消除余热余湿是足够的。只有在较低级别的洁净室中热湿负荷过大时，才会出现空调风量大于其他两条要求的送风量。（4）空调净化处理部件空气过滤器是净化空调中的关键设备之一。它的性能优劣直接影响到空调净化的效果以及洁净度的级别。净化空气过滤器应满足效率高、阻力小和容量大等性能要

19、求。过滤器按其效率可分为初效过滤器、中效过滤器和高效过滤器三种级别。对于净化空调系统而言，不同级别的过滤器往往是串联使用的。初效过滤器往往设置在新风口，用于新风过滤，去除空气中大部分大微粒。中效过滤器设置在送风段前端，用于过滤新风和回风，延长高效过滤器使用年限。高效过滤器设置在系统末端，作为整个净化空调系统实现洁净度的保障。（5）气流组织净化空调的气流组织所实现的主要目的是：供给足量的清洁空气，稀释并替换室内所产生的污染物质，使室内的洁净度保持在允许的范围之内。它要求送入洁净室的洁净气流扩散速度快、气流分布均匀，以尽快稀释室内污染源所散发的污染物质，维持生产环境所要求的洁净度；使散发到室内的污

20、染物质能迅速排出室外，尽量避免或减少气流涡流及死角，缩短污染物质在室内的滞留时间，降低污染物质与产品的接触几率，满足室内温湿度等空调送风要求及人的舒适度要求。（6）压力控制为了维持洁净室的洁净度免受邻室的污染或污染邻室，在洁净室内维持某一个高于邻室或低于临时的空气压力，是洁净室区别于一般空调房间的重要特点，也是净化原理的重要组成部分。保持一定的正压值可以在门窗密封的情况下防止洁净室外的污染由缝隙渗入洁净室；在开启门窗时有足够的气流向外流动，尽量消减由开门动作和人的出入瞬间带来的气流量，保证在门开启时气流方向是向外的，以便把带入的污染减少到最低程度5。2.2.2 净化空调系统的组成一般来说，净化

21、空调系统的组成主要包括：（1） 新风部分61（2） 空气净化部分（3） 空气热湿处理部分（4） 空气的输送、分配、控制部分以本文设计对象，冻干车间空调机组JKT-203为例来说明，其系统控制结构如图2.3所示。图2.3 JKT-203系统结构图将该图反色吧。2.2.3 净化空调系统的工作原理净化空调系统主要由水系统处理部分和空气处理系统部分。（本文自控设计只针对空气处理部分。）净化空调水系统的工作原理是制冷剂在制冷机组的蒸发器中汽化吸收冷冻水的热量，是冷冻水的温度降低，当制冷剂流经冷凝器时被来自冷却塔的冷却水冷却，制冷机组产生的热量不断被冷却水带走，冷却水流经冷却塔时将热量散发到外界空气中。7

22、171净化空调空气处理系统的工作原理是根据室内空气参数按一定比例混合新、回风，并将混风送入到空气处理单元和末端装置等换热设备中，同时冷冻水不断的输入冷量到空气处理单元对混风进行处理，混风和冷冻水在设备中进行热交换，将混风处理到所需的送风状态后送入室内，使室内的温度、湿度、气流速度、空气品质等满足生产车间环境的要求。净化空调系统对空气的冷热处理是在空气处理单元和末端装置等换热设备中进行的，其中空气处理单元是主要处理设备。空气处理单元是指集中在空调机房的集中式空气处理，包括送、回风机、过滤器、冷却器或加热器、加湿器等。它可以对控制区域内的温度、湿度、新风量进行控制，它是整个空调系统的重要组成部分和

23、核心6。2.3 冻干车间净化空调系统的功能2.3.1 现场控制与报警功能1）、JKT-201（B级区）系统：（1） 设置送风温湿度检测点和自动控制点，温度控制的方式为前表冷电磁阀开关控制，后表冷比例积分阀连续控制，湿度控制的方式为前后表冷阀全开和蒸汽比例积分阀连续控制相结合。（2） 设置送风风速风量检测点和自动控制点，控制的方式为变频送风。（3） 设置新风过滤网、初效过滤器和中效过滤器堵塞报警。2）、JKT-202（C级区）系统：（1） 设置送风温湿度检测点和自动控制点，温度控制的方式为前表冷电磁阀开关控制，后表冷比例积分阀连续控制，湿度控制的方式为前后表冷阀全开和蒸汽比例积分阀连续控制相结合

24、。（2） 设置送风风速风量检测点和自动控制点，控制的方式为变频送风。（3） 设置新风过滤网、初效过滤器和中效过滤器堵塞报警。（4） 设置洗瓶间-外走道、轧盖室-外走道压差的检测，用以在线观察空调系统运行效果。3）、JKT-203（灌装区）系统：（1） 设置送风温湿度检测点和自动控制点，温度控制的方式为前表冷电磁阀开关控制，后表冷比例积分阀连续控制，湿度控制的方式为前后表冷阀全开和蒸汽比例积分阀连续控制相结合。（2） 设置送风风速风量检测点和自动控制点，控制的方式为变频送风。（3） 设置回风温湿度检测点。（4） 设置灌装室对洗烘瓶塞室压差检测点和自动控制点，控制的方式为新风比例积分风阀连续控制。

25、81（5） 设置新风过滤网、初效过滤器和中效过滤器堵塞报警。（6） 设置灌装室温湿度和灌装室-洗瓶压差的检测，用以在线观察空调系统运行效果。（7） 设置灌装室灌装机百级风机的风速风量检测，用以在线观察百级风机的运行效果。2.3.2 系统值班与消毒功能系统设有正常运行、值班运行、消毒三种工作状态，其中消毒过程又分为消毒剂蒸发、消毒、排毒三个阶段。用户可以对这三种工作状态分别设定运行参数。三种工作状态可方便地进行切换。2.3.3上位机功能上位机用一根通讯电缆线将所有洁净空调控制系统的现场控制器全部连接起来，接受现场控制器传送过来的数据、向现场控制器发出指令，完成集中管理的功能；上位机具有数据显示、

26、存储、打印、控制（不推荐使用）等功能。显示：有三种显示方式：实时数据表格显示、模拟图显示、趋势图显示。显示由现场控制器和模数转换单元传送的温湿度、压差、温度、风速等数据，显示方式是按照空调机组分屏显示各类参数，即每一个空调机组中的温湿度、压差、温度、风速等数据集中一次性在屏中显示。报警：洁净区域内所有压力梯度仪表显示值均设置了压差下限报警，初、中效过滤器两端分别设置了压力梯度上限报警，当检测的压力梯度超出所设置的压力梯度范围时，系统自动报警，以提示操作人员及时处理。历史数据记录与查询：系统储存所有检测的数据，每小时存储一次数据，可自动保存至少一年数据，用户可方便地查找到每一小时的历史数据。打印

27、：可按机组分别打印实时数据和历史数据。2.3.4 现场控制器（PLC、触摸屏）功能91（1） 由PLC实现对实时温度、湿度、风速、风量以及压差的采集，通过触摸屏显示；（2） 通过触摸屏设定运行参数，由PLC内部进行PID计算；（3） 设置管理员与操作员两种权限级别；（4） 启停操作（5） 手动 /自动切换；（6） 故障信号的检测与报警；（7） 与上位机通讯。2.4 冻干车间净化空调系统控制方案2.4.1 系统设备组成系统的控制对象有三台空调机组JKT-201、JKT-202、JKT-203，分别给不同的区域送风，从他们的设备组成上来说是基本相同的。主要部件主要有：送风风机；回（排）风机；冷水盘

28、管；加热盘管；新风过滤网；初效过滤器；中效过滤器；末端高效过滤器；风管；传感器；执行器；变频器；PLC和触摸屏以及相应的控制电路。2.4.2 总体控制方案（1） 本地控制：本地PLC采用西门子S7-200 CPU224XP及相应的的扩展模块，触摸屏选用台湾维纶MT4300系列，以及其他电路元器件主要包括24V交/直流电源、断路器、熔断器以及欧姆龙220VAC继电器。现场控制通过触摸屏操作，由PLC来实现。（2） 上位机组态由组态开发软件组态王6.51设计上位机组态，对现场运行状况进行实时监控。监控界面主要有车间平面图、空调实时数据和空调模拟显示。通过这些画面来实现现场控制器的参数显示和报警功能

29、，并且附带历史数据查询与打印功能。2.4.3 系统控制功能的实现系统启停：系统启停分为单机启停和联动启停，两者是完全独立的。在实际运行中，单机启停只适用于空调检修，正常运行须采用联动启停。10正常运行时开机条件应满足表2.1所要求的开机条件。表2.1 开机条件序号开机条件1系统供电正常2现场控制器无故障3新风阀无故障4送风机变频器无故障联动启停时开机顺序应按照表2.2所设计的开机顺序执行。表2.2 开机顺序序号步骤1JKT-203空调风机启动25秒后JKT-201空调风机启动310秒后JKT-202空调风机启动送风温度控制：冻干车间净化空调控制系统共包含三个空调机组，这里选择具有代表性的空调机

30、组JKT-203作为研究对象。JKT-203系统由送风管内的温湿度传感器检测到的温度送至PLC与设定值进行比较，用比列（P）、积分（I）、微分（D）控制，通过输出相应的控制信号控制一级表冷电磁阀开闭和二级表冷冷水调节阀的开度（0-100%）来调节冷冻水的流量，使温度保持在所需要的范围内。一级表冷电磁阀开闭条件：关闭状态下,二级表冷调节阀开度95%时开启，开启后，二级表冷调节阀开度5%时关闭；（注：由于海南气候特殊，温度调节方式只有制冷。）送风湿度控制：除湿条件：当送风湿度检测值高于设定的除湿上限值时，系统进入除湿状态，除湿状态下，当送风湿度检测值低于除湿下限值时，系统退出除湿状态；11当系统进

31、入除湿状态时，一级表冷电磁阀开启，二级表冷调节阀开度最大化，使空调制冷效果达到理论的最大值，将空气中的水分冷凝成液态从而降低湿度，此时，为了保证温度不受影响，由PLC来比较检测到的温度与温度设定值，进行PID计算，输出相应的控制电压控制蒸汽调节阀的开度来调节蒸汽流量，使温度保持在所需要的范围内。送风风速控制：由送风管内的风速传感器检测到的风速送至PLC与设定值进行比较，用比例积分微分控制，通过输出相应的控制电压控制变频器频率，使风量达到换气次数要求。灌装区压差控制：由灌装区的压差变送器检测灌装区对外走道的压差，PLC接收反馈信号输出相应的控制电压控制JKT-203的新风调节阀的开度，使压差满足

32、要求。过滤器堵塞报警：在三个空调机组的新风过滤网、初效过滤器和中效过滤器处都安装了压差开关，在压差超限时报警，提醒工作人员清洗或更换过滤器。消排毒功能：消毒剂蒸发阶段：风机按设定参数运行，此时空调新风阀微开，排风阀关闭，回风阀全开；消毒阶段：风机停止，所有风阀都关闭；排毒阶段：风机按设定参数运行，此时空调新风阀全开，回风阀关闭，排风阀全开。2.5 本章小结本章首先介绍了药厂空调系统的概况，然后介绍了净化空调系统的基本概念、工作原理。根据冻干车间要求满足的参数制定了相应的控制方案。并对冻干车间空调控制系统中各控制环节的控制功能进行了逐一设计。为下一章节空调控制系统的软硬件设计提供了依据。123

33、净化空调控制系统的软硬件设计对于一个庞大的工艺工程，控制系统的支持是不可或缺的。控制系统的支持又体现在控制系统的硬件或工艺设备，以及能够联系这些硬件并保证它们安全、有序运行的程序7。本章对海南合瑞制药厂冻干车间净化空调控制系统的软硬件进行了设计，包括控制系统的硬件设计、PLC程序设计及组态软件监控界面组态设计。3.1 净化空调控制系统的硬件设计对于一个实际的控制工程，系统的硬件设计是前期工作的核心部分。首先应该对现场环境、工艺设备、业主需求做一个综合的了解；其次是基于上述信息编辑系统的检测控制点表，然后依据点表选择控制设备以及PLC模块的选择、模块数量的确定。3.1.1 系统检测控制点表冻干车

34、间所涉及的检测控制点见表3.1。表3.1 冻干车间空调控制系统检测控制点表信号类型检测点JKT-201（B级）JKT-202（C级）JKT-203（灌装区）合计模拟量输入新风温湿度送风温湿度1113回风温湿度11房间温湿度11送风风速1113灌装机百级风速11房间压差1113合计33612开关量输入新风过滤网1113初效过滤器111313中效过滤器1113送风风机状态1113送风变频器故障1113合计55515比例积分调节后表冷调节阀1113除湿蒸汽调节阀1113变频器1113新风阀11合计33410开关量输出变频器启停1113前表冷开关阀1113消排毒启停22声光报警112合计32510说明

35、洁净区温湿度洁净区压差JKT-201(B级)轧盖间-外走道JKT-202(C级)洗瓶间-外走道JKT-203(灌装区)灌装间灌装间-洗瓶间3.1.2 控制系统的硬件配置在深入了解冻干车间净化空调控制系统的工艺条件及控制要求后，再结合系统检测控制点表对系统的硬件进行了相应的配置。本空调控制系统的控制器使用的时西门子S7-200 CPU224XP型PLC，CPU224XP本机含有14个数字量输入端口和10个数字量输出端口以及2个模拟量输入端口和1个模拟量输出端口，综合考虑过后，最终选择采用双PLC来进行控制。现场控制器硬件配置见表3.2。表3.2现场控制器硬件配置序号名称型号规格生产商单位数量1C

36、PU224XP模块146ES7 214-2BD23-0XB0西门子台22模拟量扩展模块6ES7 232-0HB22-0XA8西门子块23模拟量扩展模块6ES7 235-0KD22-0XA8西门子块54触摸屏MT6070iH台湾维纶台1524V直流电源块1624V交流电源NDK(BK)-150块27继电器MY2NJ IEC 255个108断路器DZ47-60个19熔断器RT28N-32个410报警器个111标准电器柜台112接线端子若干13导轨、线槽若干控制器对整个工艺流程的检测与控制是通过各类的传感器与执行器来完成的，依据检测控制点表，对仪表设备的配置见表3.3。表3.3 仪表设备配置清单序号

37、仪表设备名称型号及规格生产商数量1差压开关Huba604,20-300Pa瑞士Huba92风速变送器EE65，0-20M/S奥地利EE33风管式温湿度变送器JWSL-5ATD,0-50,0-100%北京昆仑海岸44房间式温湿度变送器JWSL-5ATW,0-50,0-100%北京昆仑海岸15微差压变送器B761，0-50Pa美国B76136电动冷水调节阀DN65,V5211F1004+ML7420AHoneywell2DN50,V5011P1038+ML7420AHoneywell17电动蒸汽调节阀DN25,V5011P2028+ML7420AHoneywell38风阀执行器CN7510A200

38、1Honeywell19电磁阀DN65，2QDF 220V中国上正1DN50, 2QDF 220V中国上正1DN40, 2QDF 220V中国上正1153.2 比例积分微分控制 比例或比例积分控制是根据被控参数与给定值的偏差量来实现的。而偏差量是由于在控制系统中，流入量与流出量的不平衡造成的。若流入量与流出量存在着不平衡，并在被控参数的偏差量上充分反映出来时，已落后了一段时间。如果以被控参数的偏差量作为控制器的唯一输入信号，则控制器的信号必然不及时。当被控参数变化迅速，说明已经出现了较大的干扰作用，这是若不及时的控制，其结果将会是加大了被控参数的波动幅度和加长了过渡过程时间。3.2.1 比例控

39、制过程及静态偏差由于比例控制过程中，输出信号的变化量与出入信号的变化量是一一对应的，只有输入信号变到新的值上，才能使输出信号达到新的值。故系统受到扰动作用后，经过调节器的控制过程，最终出现静态偏差。所谓的静态偏差是指过渡过程结束时，被控参数的新稳态值与给定值之差。比例带对过渡过程的影响如图3.1所示。从图可以看出，当干扰出现以后，比例带不同，对过渡过程的影响也不同，比例带越大，过渡过程曲线越平稳，但余差也大。然而，比例带减小到一定程度，就会出现发散振荡，这是不允许出现的。从图还可以看出，无论比例带大或小，纯比列控制控制作用总是会有余差存在的。0被调参数偏小，波动次数多图3.1标清楚160被调参

40、数适当，波动二三次图3.20被调参数太大，静态偏差大图3.33.2.2 积分控制规律积分控制可用数学式表示如下： （式3-1）式中 为积分速度，为输出变化量，为输入偏差。17上式表明，第一，积分控制的输出，不仅与偏差的大小有关，而且与偏差存在的时间长短有关，只要偏差存在，即使很小，但只要存在的时间长，控制器输出的变化也是很大的。第二，只有当偏差为0时，控制器的输出才停止变化，执行器也停止动作，系统才稳定下来，这时余差即被克服。积分控制虽然克服余差。但也会带来一些问题：当被控参数变到最大时，积分输出变化最快；当被控参数回到给定值时，积分输出才停止进一步变化而保持某一值，但由于先前执行器未及时关小

41、，控制作用过了头，被控参数又反向变化，积分输出则会跟在后面变化。可见，积分作用总是滞后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响。3.2.3 微分控制微分控制规律就是指控制器输出的变化与输入偏差的变化速度成正比的控制规律。用数学式表示如下： （3-2）式中为比例系数，又称微分时间；为偏差的变化速度；可见，微分输出只与偏差的变化速度有关，与偏差是否存在无关。被控参数的偏差量在刚开始的瞬间，微分控制器即进行控制作用，防止被控参数出现大的偏差。因此微分控制器的控制作用是超前的。偏差变化越大，或微分时间越大，则微分控制的输出也越大。如果输入一个固定不变的偏差，不管它多大，只要它不变化，=0，则输出的变

42、化为零，即没有控制作用，这是微分作用的特点。如果输入一个阶跃信号，依据式3-2，就会出现一个如图3.4所示的输出，即在输入变化的瞬间输出趋于无穷大，在这以后由于输入不再变化，输出立刻降到零。0A180A图3.4 微分控制作用3.2.4 比例积分微分控制微分控制作用主要用来克服对象的滞后。而对于对象的纯迟延，微分控制起不了作用。因为只要被控参数的倒数等于零，控制器就不再输出控制作用，然而此时即使被控参数已有很大的偏差，而微分控制器却不产生控制作用，结果被控参数却可以停留在任何一个数值上，这就不符合控制系统正常运行的要求。因此，微分控制器不能单独应用，需要与比例积分控制器组合使用，这样就把微分作用

43、的优点也纳入了，称为比例积分微分控制，即PID控制。 式都不要（3-3）比例积分微分控制的飞升特性曲线，如图3.5所示。0C190U图3.5 比例积分微分控制作用当输入阶跃信号后，输出信号由于微分作用先跃上去，微分作用过去后，输出信号降下来，接着比例作用起主要作用，然后由于积分作用输出信号又逐渐增大起来。比例积分微分控制在控制系统中，当干扰出现后，微分部分立即输出大信号，比例部分也起克服干扰作用，是被控参数偏差减小，接着积分部分输出信号慢慢地把静态偏差消除。只要、三个整定参数选择得恰当，就能发挥三种控制规律的优点，从而得到较为理想的控制质量。比例积分微分控制用于对象时间常数大，容量延迟大，负荷

44、变化又大又快的场合。在净化空调控制系统中，一般用比例积分控制已能胜任，不必再加微分控制。3.3 PLC软件设计3.3.1西门子PLC编程软件STEP7-Micro/WIN编程软件为用户开发、编辑、监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。冻干车间空调系统PLC控制程序的开发使用的是V4.0 STEP7-Micro/WIN SP6。用STEP7创建一个自动化解决方案的主要步骤如下：（1） 先组态硬件软后编程块（2） 创建一个项目结构（3） 组态一个站（4） 组态硬件（5） 组态网络和通信连接（6） 定义符号（7） 创建程序（8） 生成并评估参考数据（9） 组态报文（10） 组态控制变量和监测变量（

45、11） 下载程序到PLC（12） 调试程序（13） 硬件检测（14） 制作设备文档STEP7最大的特点就是采用模块化结构，正是由于这些功能模块的编程特点，使得在程序设计中，可以采用面向对象的程序设计方法，是程序结构层次清晰，具有相当的灵活性，开发人员也可以把自己开发的控制算法封装起来，直接在其他程序中调用即可。STEP7的程序模块有：OB（Orgnization Block）组织块操作系统和用户程序的接口，由系统事件通过中断来驱动。其中OB1是PLC程序的主循环模块，操作系统通过循环调用OB1模块来循环执行用户程序。FC（Function）功能用来设计用户程序，它没有自己的储存空间，在调用时必

46、须指定实际的参数。FB(Function Block)功能块用来设计用户程序，它有自己的储存空间，正是这一点，使得PLC的程序设计在使用FB块时能够借鉴面向对象的编程方法。DB（Data Block）数据块不包含程序指令，只用来保存用户数据。一般情况下它作为FB模块的数据区，用来存储FB模块的运行参数。SFC（system Function）功能与FC相似，但它由系统提供了一些常用基本功能。SFB（system Function Block）系统功能功能与FC相似，有系统提供。如图3.6所示，显示了各模块之间的调用关系，是STEP7编程的核心内容。DBFB/SFBOBFC/SFCInstanc

47、e DBFB/SFBInstance DBFC/SFCDB图3.63.3.2 PLC程序设计PLC控制程序包含多个PID模拟量控制回路。如：送风温度控制；送风湿控制；送风风速控制；压差控制等。在这里选取JKT-203送风温度控制的一段程序来举例说明。JKT-203送风温度控制子程序：Ainput 模拟量输入22JKT-203送风温度显示：由温度传感器将检测到的物理信号0-50传换成模拟信号4-20mA输出传送至PLC模拟量扩展模块的输入端口，AIW12是端口点号，由PLC内部A/D转换成数值6400-32000，再通过PLC程序指令SUB_I整数计算，得到一个数值存放在PLC暂时寄存器变量区，

48、VW912是存放地址。PIDout PID控制输入设定参数：23输入比例增益：输入采样时间：输入积分时间：24输入微分时间：输入检测值：25JKT-203送风温度手动调节：JKT-203送风温度自动调节：进行PID计算：26缩放PID输出并将其传输至模拟量输出：3.4 触摸屏软件设计3.4.1 触摸屏编程软件EB8000WEINVIEW HMI组态软件EsayBuilder8000（简称EB8000）是台湾维纶科技公司开发的新一代人机界面软件，它有以下特点：（1） 支持65536色显示（2） 支持windows平台所有矢量字体27（3） 支持bmp、jpg、gif等格式的图片（4） 支持USB

49、设备（5）支持历史数据、故障报警等，可以保存到移动存储设备，并可以转换成EXCEL可以打开的文件（6）支持USB、以太网等不同方式对程序进行上下载（7）支持三种串口同时连接不同协议的设备，应用更加灵活方便（8）支持离线、在线模拟功能，程序调试非常方便（9）强大的宏指令功能，除了常用的四则运算、逻辑判断等功能外，还可以进行三角函数、反三角函数、开平方、开三次方等运行，同时还可以编写通讯程序，与非标准协议的设备实现通讯连接（10）强大的以太网通讯功能，除了可以与带以太网口的PLC等控制器通讯外，还可以实现HMI之间的联网，通过互联网或局域网对HMI和与HMI连接的PLC等上下载程序，维护更加方便用E8000编写程序的步骤主要为：（1） 建立新档（2） 设计控制器和程序相关参数设定（3） 程序设计（4） 储存和编译程序（5） 仿真程序并验证操作（6） 下载程序至HMI3.4.2 触摸屏程序设计触摸屏操作画面主要分为参数设置、