PLC在中央空调上的应用

摘要随着我国经济的不断发展，社会高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势。智能化也往往是从设备自动化系统开始。本文主要针对我们本次的毕业设计《PLC在中央空调上的应用（软件设计）》阐述PLC控制设计与智能化中央空调系统的关系。在空调自控中应用PLC控制技术。不但用逻辑编程取代硬连线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理等功能，使其真正成为一种电子计算机工业控制设备，既可编程序控制器。可编程控制器（PLC）具有编程方便，维修简单，体积小，可靠性高等一系列的优点，它在工业控制方面的作用越来越大，是一个理想的控制装置。在空调技术中应用PLC控制适应空调技术的发展趋势。由国内PLC在中央空调中的应用研究开发情况及国外PLC的发展情况看，中央空调开发的重点是PLC。新材料、新器件、新技术的应用，会促使中央空调向操作简单化、功能丰富、运行可靠等方面发展。关键词：中央空调；PLC；控制系统；软件组成模块；ABSTRACTWiththeconstantdevelopmentofoureconomy,ahighdegreeofinformation-basedsociety,thenewhigh-techtechnologyappliedtoallaspectsof,makingintelligenthasbecomeadevelopmenttrend.Intelligenceisoftentheautomationsystemequipmentfromthestart.Inthispaperwepresentgraduationdesign"PLCinthecentralairconditioningapplication(softwaredesign)"explainedPLCcontrolofintelligentdesignandcentralair-conditioningsystemrelationship.Intheair-conditioningautomaticcontrolintheapplicationofPLCcontroltechnology.Notonlylogicprogrammingtoreplacethehardwiredlogic,butalsoincreasesthecomputation,datatransmissionandprocessingfunction,makingitarealcomputerindustrialcontrolequipment,bothprogrammablecontroller.Programmablelogiccontroller(PLC)witheasyprogramming,simplerepair,smallvolume,highreliability,aseriesofadvantagesinindustrialcontrol,itismoreandmoreimportantrole,isanidealcontroldevice.ApplicationofPLCcontrolinairconditioningtechnologytoadapttothedevelopmenttrendofairconditioningtechnology.FromthedomesticPLCapplicationincentralair-conditioningresearchanddevelopmentandforeignPLCdevelopment,centralairconditioningdevelopmentisthefocusofPLC.Newmaterials,newdevices,newtechnologyapplication,willmakecentralairconditioningtosimpleoperation,richfunctions,reliableoperationandotheraspectsofdevelopment.Keywords:Centralair-conditioning;PLC;Controlsystem;Hardwaremodule;目录第一章绪论 11.1中央空调的研究现状 21.2课题设计的目的及意义 31.3课题设计的主要内容及安排 41.4PLC的部分介绍 6第二章系统控制方案的分析及选择 72.1可编程控制器的硬件基础 7可编程控制器的接口模块 7可编程控制器的配置 72.2可编程控制器的软件基础 72.3可编程控制器的选择 72.4中央空调控制系统的功能要求 8中央空调概述 8中央空调新风机组的控制 10送风温度控制 10室内温度控制 11相对湿度控制 11第三章硬件系统配置 143.1PLC选型 14PLC内部构造及工作过程 163.2变频器的选择 173.3中央空调控制系统 183.4输入输出点地址分配 19数字量输入部分 19模拟量输入部分 20数字量输出部分 203.5传感器的选型与设计 23集成温度传感器介绍与选型 23集成湿度传感器介绍与选型 26第四章软件系统设计 314.1总体流程设计 31手动控制模式 314.2各个模块梯形图设计 36冷却水系统 37冷冻水系统 39制冷设备 39变频模块 40停止控制 424.3监控系统设计 42组态软件的特点 42常见组态软件的比较 42仿真 43第五章结论 45附录1中央空调工作原理图 46附录2PLC外部接线图 47参考文献 48外文资料 49PLCinthecentralair-conditioningsystemofcontrol 49致谢 62小论文 63第一章绪论空调系统是现代建筑的重要部分，是楼宇自动化系统的主要监控对象也是建筑智能化系统主要的管理内容之一。现代建筑中的空调及其自动控制系统的重要性体现在以下几个方面：首先，智能建筑的重要功能之一就是为人们提供一个舒适的生活与工作环境，而这一功能主要是通过空调及其控制系统来实现的;其次，空调系统又是整个建筑最主要的耗能系统之一，有统计资料表明，空调系统的耗能已占到建筑总耗能的40%左右，通过楼宇自动化系统实现空调系统的节能运行，对降低费用、提高效益是非常重要的；另外，由于在空调系统运行过程中，控制系统必须进行实时调节控制，所以空调控制系统的配置与功能相对而言是整个楼宇自动化系统要求比较高的一部分。随着科学技术的日新月异，特别是近年来计算机技术、信息技术、通讯技术、系统工程技术以及控制技术、综合布线技术等的迅速发展，使得人们对信息社会和安全舒适的生活方式的需求在不断的增加。而目前正在兴起的楼宇自动化热，正是适应了这种社会信息化、生活舒适化与经济国际化的需要。楼宇自动化向人们提供全面的，高质量的、安全、舒适、快捷的综合服务功能，它是现代高科技的结晶，是建筑艺术和信息技术的完美结合。空气调节技术是楼宇自动化的一个重要组成部分。楼宇自动化是一个热门话题。如何在现有技术、产品的基础上设计开发能满足具体要求的自动化系统成为楼宇自动化行业技术人员的重要研究内容。楼宇自动化作为智能建筑的一个重要分支，正逐渐体现出它的重要性和现实需要性。目前在我过对楼宇自动化的需求越来越多，为了对楼宇自动化有一个清楚的了解，我们有必要对楼宇自动化进行充分的理解和研究。空气调节技术已成为我国科学技术发展中的重要学科，近年来，空气调节技术在国民经济各个领域和人民生活的各个方面得到了广泛应用。空调即空气调节，主要是通过一定的空调设备和调节手段对空气进行处理。空气调节的任务就是在任何自然环境下，将室内空气维持在一定的温度、湿度、气流速度以及一定的洁净度。本次的毕业设计是一个以西门子S7-200PLC控制为核心的中央空调控制系统的设计。中央空调在PLC的控制之下，中央空调在温度，湿度和气流速度以及一定的洁净度得到很大的提高，进一步提高人们的生活水平。1.1中央空调的研究现状国产中央空调产业历史至少提前40年，曾经为麦克维尔、开利、约克、特灵等美日厂商天下的大型中央空调市场，如今被国产品牌打破垄断。由美的集团和重庆通用集团合资成立的重庆美的工业园正式投产，新工厂制造的第一台离心式冷气机组也于当日下线。一位出席下线仪式的深圳制冷专家对本报记者称，重庆工业园的投产非比寻常，因为重庆通用公司早在1964年就生产出了中国的第一台离心式制冷机。如今与美的品牌成功嫁接之后，据推算，国产中央空调的产业化历史进程至少提前了40年。据介绍，随着国内大中型建筑中央空调的更新换代以及户式中央空调的快速增长，中央空调这块市场“蛋糕”正吸引越来越多的眼球。以深圳为例，目前已有2000多幢高楼大厦采用中央空调机组，但至今90％以上的楼宇装备的都是美日厂商的产品。一些国内企业虽然也推出了螺杆机等中央空调设施，但由于在整机上面投入有限，市场份额一直远不能同美日厂商相较，现在，这种格局终于有望改写。随着科学技术的不断发展和进步以及人们生活水平的提高，人们在日常的生活和劳动生产中对空气环境的要求也不断提高，特别是对空气的温度、湿度、通风以及洁净度的要求，使空调系统的应用越来越广泛。空调控制系统涉及面广，要实现的任务复杂，它通过空调系统为建筑物的不同区域提供满足不同使用要求的环境。其次，空调控制系统需要有冷热源的支持，空调机组内有大功率的风机，它的能耗很大。在满足用户对空气环境要求的前提下，采用先进的控制策略对空调系统进行控制，达到节约能漂和降低运行费用成为空调控制系统的最终目标。特别是近几年来，“绿色建筑”、“环保建筑”的提出，使得对空调控制系统的控制模式的研究显得尤为重要。现阶段的中央空调系统的控制几乎仍采用传统的控制模式。传统的控制模式主要存在以下几方面的问题。1)传统的控制理论都是建立在以微分和积分为工具的数学模型之上的，迄今为止，还未见直接使用自然语言知识描述系统和解决问题的方法。不能灵活配置联动控制功能；2)在实际工程中，尤其在工业过程控制中，被控对象的严重非线性，数学模型的不确定性，系统工作点变化剧烈等因素都是传统控制理论无法解决的；3)传统的控制系统输入信息比较单一，而现代的复杂系统要以各种形式一视觉的、听觉的、触觉的以及直接操作的方式，将周围的环境信息作为系统输入，并将各种信息进行融合、分析和推理，相应地采取对策或行动。对这样的控制系统就要求有自适应、自学习和自组织的功能，因而需要新一代的控制理论和技术支持。由于智能控制特别是模糊控制在家用电器方面的发展比较迅速，近年来，国产的模糊洗衣机、模糊空调器、模糊电冰箱、模糊电视机等的问世报道不时见诸报端。这些都说明智能控制在我国空调领域的发展还是比较迅速酌。美国是最大的空调市场，占世界总空调设备销售额的28％，大多数是有风管的单元式空调系统。但是，热泵比例相对的低，在2001年以数量计占20％而以销售额计占30％。美国空调市场与其它国家的差别，一些明显的原因是：大多数人居住在位于有广阔空间的郊区独立房屋内，可以更方便地为整个室内空间的舒适优先选择安装风管。能源价格相对要低，全国范围有电力和燃气可以供应，在冬季可以通过天然气管路网络用燃气炉取暖。大部分陆地在冬季的寒冷天气并不适用没有辅助电加热的热泵，而辅助电加热是不经济的。强大工业分销商和经济商网络以相对低的安装费用和维修后缓支持推销有风管的中央空调系统。日本开利公司五十年代发明溴化锂机组技术以后并没有马上大力推广（当时美国的电力、能源并不紧缺，全球对氟里昂制冷剂破坏地球大气臭氧层还没有引起足够的重视）、也没有进一步研究发展。日本厂商引进溴化锂技术以后便大力发展，诸如荏原、日立、三菱重工、川崎重工等公司都形成了成熟、稳定的技术，现在日本国内溴化锂机组占据了主机市场份额的90％左右。日本住宅空调是从60年代由本地生产或从美国进口的WRAC开始的，基于人们大多数在生活区居住而只对单个房间的空调有强烈要求，一般不采用中央系统以节省很昂贵的电力费用。但是，许多人抱怨高的运转噪声和振动不能为卧室所接受。同时在房间内安装也不大方便。1.2课题设计的目的及意义随着我国经济的不断发展，社会高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势。智能化也往往是从设备自动化系统开始。本文主要针对我们本次的毕业设计《PLC在中央空调上的应用（软件设计）》阐述PLC控制设计与智能化中央空调系统的关系。在空调自控中应用PLC控制技术。不但用逻辑编程取代硬连线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理等功能，使其真正成为一种电子计算机工业控制设备，既可编程序控制器。可编程控制器（PLC）具有编程方便，维修简单，体积小，可靠性高等一系列的优点，它在工业控制方面的作用越来越大，是一个理想的控制装置。在空调技术中应用PLC控制适应空调技术的发展趋势。由国内PLC在中央空调中的应用研究开发情况及国外PLC的发展情况看，中央空调开发的重点是PLC。新材料、新器件、新技术的应用，会促使中央空调向操作简单化、功能丰富、运行可靠等方面发展。1.3课题设计的主要内容及安排由于智能建筑的迅猛发展，并且已成为21世纪建筑行业的发展主流而空调系统则是此类建筑中自动化方面的一个重要组成部分，因此在各个行业、部门中得到了广泛的应用，PLC以其体积小、成本低和功能专一等特点在工业控制方面的应用已日趋明显，并在发电、化工、电子等行业的电气控制方面得到了广泛的应用。利用PLC实现对中央空调系统的控制，可以确保大厦内中央空调系统处于高效、节能、最佳运行状态。本课题采用西门子SIMATIC

S7-200系列PLC实现对该中央空调模型的控制。该PLC控制系统使该空调系统按照一定的逻辑顺序实现启停控制，包括冷源（压缩式制冷系统）的监控、冷冻水系统的监控、冷却水系统的监控。采用PLC来控制中央空调系统，可以完成以下功能。（1）检测用户房间的温度。（2）控制功能。例如，控制中央空调系统的手动/自动工作方式、启动与停止、控制冷水机组的启动与停止、控制冷却风机、冷却水泵的启动和停止、控制冷冻水泵的启动和停止、控制冷却水和冷冻水循环系统、控制用户房间的温度。在确定采用PLC控制后，应对被控对象（机械设备、生产线或生产过程）工艺流程的特点和要求作深入了解、详细分析、认真研究，明确控制的任务、范围和要求，根据工业指标，合理地制定和选取控制参数，使PLC控制系统最大限度地满足被控对象的工艺要求。控制要求，主要指控制的基本方式、必须完成的动作时序和动作条件、应具备的操作方式(手动、自动、间断和连续等)、必要的保护和联锁等，可用控制流程图或系统框图的形式来描述。在明确了控制任务和要求后，须选择电气传动方式和电动机、电磁阀等执行机构的类型和数量，拟定电动机起动、运行、调速、转向、制动等控制要求，确定输入、输出设备的种类和数量，分析控制过程中输入、输出设备之间的关系，了解对输入信号的响应速度等。(2)PLC控制系统的硬件设计PLC控制系统的硬件设计包括PLC机型的选择、输入／输出模块的选择、编制PLC的输入／输出分配表，设计出输入／输出端子的接线图，设计出控制系统的主电路、控制电路、电路接线图、安装图。对控制系统的硬件进行配置，选择所需的电器元件，设计操作台、电气柜等。具体的硬件配置方法详见设计参考书内容。(3)软件设计软件设计就是在硬件设计的基础上，设计系统的状态转换图，分配输入／输出点地址号，分配输入输出元件地址号，设计出输入／输出端子的接线图，编写用户应用程序。根据控制要求设计出梯形图、或功能块图、或语句表等语言的程序，这是整个设计的核心工作。具体内容详见设计参考书的介绍。(4)输入程序并调试程序将编译通过的程序可下载到PLC中，先进行室内模拟调试，然后再进行现场系统调试。如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试。调试中出现的问题，要逐一排除，直至调试成功。(5)程序固化若程序需频繁修改，可选用RAM：若长期使用不需改变或试运行期结束，可选用EPROM或EEPROM。把已调试通过的程序写入EPROM或EEPROM，将程序固化，PLC控制系统就可正式投运。技术要求：空调打开电源开始工作后，要进行温度和湿度控制：1.温度控制由传感器检测室温，其信号输入PLC，与所设定舒适温度参数进行对比，再由PLC控制冷冻机或电加热器的自动调节。（1）冷冻机的自动控制：启动冷冻机，PLC根据检测信号和设定参数的差额，改变压缩机转速或改变进气量，控制水冷却器出口温度。由送风机将冷风通过供气通道送入室内，进行温度调节。此过程中由温度传感器对室温进行连续反馈，其信号输入PLC，由PLC控制，实现冷冻机的自动控制。冷冻机所产生的热一般用冷却水带出，冷却水送至冷却塔，把热扩散到室外空气中。（2）电加热器的自动控制：启动电加热器，PLC根据检测信号和设定参数的差额，对进入热交换器的给水进行控制，检测水温，其信号输入PLC，由PLC控制使热交换器出口的温度保持一定。热交换器产生的暖风由送风机通过供气通道送入室内进行空调。2.湿度控制有加湿要求时，通过PLC对加湿机的功率调节，实现空调房间相对湿度的自动控制。1.4PLC的部分介绍可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。基本构成：一、电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。二、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。三、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。四、输入输出接口电路1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。五、功能模块如计数、定位等功能模块。六、通信模块第二章系统控制方案的分析及选择2.1可编程控制器的硬件基础可编程序控制器是用来执行具体的控制，具体的工艺要求和具体的工作环境决定了可编程序控制器的选择具体的I/O模块和系统配置。可编程控制器的接口模块接口模块负责把外部设备的信息转换成CPU能够接收的信号，同时把CPU发送到外部设备的信号转换成能够驱动外部设备的电平。接口模块不仅能起到转换电平的作用，还可以起到外部设备的电信号与CPU的隔离作用，同时也可以起到抗干扰和滤波等作用。可编程控制器的配置PLC的配置可分为三种：基本配置、近程扩展配置和远程扩展配置。2.2可编程控制器的软件基础可编程序控制器的软件分为两大部分，系统监控程序和用户程序。系统监控程序是由可编程序控制器的制造者编制的，用于控制可编程序控制器本身的运行。另一部分为用户程序。它是由可编程序控制器的使用者编制的，用于控制被控装置的运行。2.3可编程控制器的选择CPU226本机集成了24点输入／16点输出共有40个数字量I/O。可连接２个扩展模块，最大扩展至78点数字量I/O点或10路模拟量I/O点。CPU222有6K字节程序和数据存贮空间，4个独立的30KHｚ高速计数器，２路独立的20KHｚ高速脉冲输出，具有PID控制器。它还配置了１个RS-485通讯／编程口，具有PPI通讯、MPI通讯和自由方式通讯能力。CPU226具有扩展能力、适应性更广泛的小型控制器。能够满足自动门控制系统的需要。2.4中央空调控制系统的功能要求中央空调概述中央空调是提供新鲜空气的一种空气调节设备。功能上按使用环境的要求可以达到恒温恒湿或者单纯提供新鲜空气。工作原理是在室外抽取新鲜的空气经过除尘、除湿（或加湿）、降温（或升温）等处理后通过风机送到室内，在进入室内空间时替换室内原有的空气。当然以上所提到的功能得根据使用环境的需求来定，功能越齐全造价越高。中央空调系统由主机、风道、排风口、窗进器及其它附件组成。主机运转时，污浊空气通过排风口、排风道至室外，室外新鲜空气从窗进器引入，在主机形成的压力场作用下，至室内活动区域，满足人员活动的需要；气流组织方式科学合理，持续低风量设计，运行时低噪音低能耗，并保证最佳的空气品质。双向流热回收新风系统由热回收主机、送风管道、排风管道、送风口、排风口及其它附件组成。主机运转时，新鲜空气从室外引入，通过送风风道送至各房间；污浊空气通过排风风道从排风主机排出室外。排风经过主机时与新风进行热回收交换，回收大部分能量通过新风送回室内。中央空调的传输方式采用置制换式，而非空调气体的内循环原理和新旧气体混合的不健康做法，户外的新鲜空气会自动吸入室内，通过安装在卧室、室厅或起居室窗户上的新风口进入室内时，会自动除尘和过滤。同时，再由对应的室内管路与数个功能房间内的排风口相连，形成的循环系统将带走室内废气，集中在排风口“呼出”，而排出的废气不再做循环使用，新旧风形良好的循环。而且，考虑到能源的节约和再利用，排走的空气都会被做热回收，而回收率达到80%以上，作为新的能源。中央空调系统在现代社会中，是对高品质生活的一种追求，是最有效的空气污染解决方案，相信在不久的将来，新风换气机将步入千家万户。中央空调系统是根据在密闭的室内一侧用专用设备向室内送新风，再从另一侧由专用设备向室外排出，则在室内会形成“新风流动场”的原理，从而满足室内新风换气的需要。实施方案是：采用高压头、大流量小功率直流高速无刷电机带动离心风机、依靠机械强力由一侧向室内送风，由另一侧用专门设计的排风新风机向室外排出的方式强迫在系统内形成新风流动场。在送风的同时对进入室内的空气进新风过滤、灭毒、杀菌、增氧、预热（冬天）。借用大范围形成洁净空间的方案，保证进入室内的空气是洁净的。以此达到室内空气净化环境的目的。新风换气效果图如图2-1图2-1中央空调换气效果图中央空调系统特点1、排出室内每一个角落的浑浊空气；2、将室外新鲜空气经过滤后输入室内各处；3、通过能量交换，节约能源；4、低噪音设计。中央空调系统的作用：1.可持续、高效地为室内提供人体所必需的新鲜空气，对人体健康和儿童成长发育有利；2.不用开窗即可实现室内通风换气，缓解了开窗通风换气与室外噪音影响的矛盾，解决了在大风、雨雪天气里，或无人在家，或室内开启空调或取暖设施等不宜开窗时室内通风换气的难题；3.可减少或消除厨房和卫生间的异味；4.可减少或消除室内装修后长期缓释的有害气体；5.可减少或消除社会上广泛议论的“装修病”和“空调病”的发生；6.可减少或消除由于长时间通风不畅而导致的室内墙壁、家具、衣物的发霉现象。中央空调换气机的设计原则原则一：确定新风路径，新风从空气较洁净区域进入，由污浊处排出。一般污浊空气从浴室、卫生间及厨房排出，而新鲜空气则从起居室、卧室等区域送入。条件许可尽量遵循下进上出的空气流动原理。及新鲜空气从较低的位置送入室内（离地不低于800mm），室内废气从较高位置排出。新风进出风口尽量不在一个平面，对立面为最佳。原则二：确定住房内最小排风量以满足人们日常工作、休息时所需的新鲜空气量。按国家通风规范，每人每小时必须保证30立方米。或每小时换气一次。两者取大值。中央空调换气机的功效新风换气机是一种新型的通风排气设备，新风换气机把室内污浊的空气排放出去的同事也将室外的新鲜空气输入室内，新风换气机与其他空气净化设备不同，新风换气机属于开放式的循环系统，可以为室内提供新鲜的经过过滤的室外空气，有了足够的新风量，人们在室内也可以呼机到高品质的，新鲜的，干净的空气，这些空气富含新鲜氧气，有利于人体健康。中央空调新风机组的控制新风机组控制包括：送风温度控制、送风相对湿度控制、防冻控制、CO2浓度控制以及各种联锁内容。如果新风机组要考虑承担室内负荷（如直流式机组），则还要控制室内温度（或室内相对湿度）。图2-2新风组成图2.4.3送风温度控制送风温度控制即是指定出风温度控制，其适用条件通常是该新风机组是以满足室内卫生要求而不是负担室内负荷来使用的。因此，在整个控制时间内，其送风温度以保持恒定值为原则。由于冬、夏季对室内要求不同，因此冬、夏季送风温度应有不同的要求。也即是说，新风机组定送风温度控制时，全年有两个控制值——冬季控制值和夏季控制值，因此必须考虑控制器冬、夏工况的转换问题。送风温度控制时，通常是夏季控制冷盘管水量，冬季控制热盘管水量或蒸汽盘管的蒸汽流量。为了管理方便，温度传感器一般设于该机组所在机房内的送风管上。2.4.4室内温度控制对于一些直流式系统，新风不仅能使环境满足卫生标准，而且还可承担全部室内负荷。由于室内负荷是变化的，这时采用控制送风温度的方式必然不能满足室内要求（有可能过热或过冷）。因此必须对使用地点的温度进行控制。由此可知，这时必须把温感器设于被控房间的典型区域。由于直流系统通常设有排风系统，温感器设于排风管道并考虑一定的修正也是一种可行的办法。除直流式系统外，新风机组通常是与风机盘管一起使用的。在一些工程中，由于考虑种种原因（如风机盘管的除湿能力限制等），新风机组在设计时承担了部分室内负荷，这种做法对于设计状态时，新风机组按送风温度控制是不存在问题的。但当室外气候变化而使得室内达到热平衡时（如过渡季的某些时间），如果继续控制送风温度，必然造成房间过冷（供冷水工况时）或过热（供热水工况时），这时应采用室内温度控制。因此，这种情况下，从全年运行而言，应采用送风温度与室内温度的联合控制方式。2.4.5相对湿度控制新风机组相对湿度控制的主要一点是选择湿度传感器的设置位置或者控制参数，这与其加湿源和控制方式有关。（1）蒸汽加湿对于要求比较高的场所，应根据被控湿度的要求，自动调整蒸汽加湿量。这一方式要求蒸汽加湿器用间应采用调节式阀门（直线特性），调节器应采用PI型控制器。由于这种方式的稳定性较好，湿度传感器可设于机房内送风管道上。对于一般要求的高层民用建筑物而言，也可以采用位式控制方式。这样可采用位式加湿器（配快开型阀门）和位式调节器，对于降低投资是有利的。采用双位控制时，由于位式加湿器只有全开全关的功能，湿度传感器如果还是设在送风管上，一旦加湿器全开，传感器立即就会检测出湿度高于设定值而要求关阀（因为通常选择的加湿器的最大加湿量必然高于设计要求值）；而一旦关闭，又会使传感器立即检测出湿度低于设定值而要求打开加湿器，这样必然造成加湿器阀的振荡运行，动作频繁，使用寿命缩短。显然，这种现象是由于从加湿器至出风管的范围内湿容量过小造成的。因此，蒸汽加湿器采用位式控制时，湿度传感器应设于典型房间（区域）或相对湿度变化较为平缓的位置，以增大湿容量，防止加湿器阀开关动作过于频繁而损坏。（2）高压喷雾、超声波加湿及电加湿这三种都属于位式加湿方式。因此，其控制手段和传感器的设置情况应与采用位式方式控制蒸汽加湿的情况相类似。即：控制器采用位式，控制加湿器启停（或开关），湿度传感器应设于典型房间区域。（3）循环水喷水加湿循环水喷水加湿与高压喷雾加湿在处理过程上是有所区别的。理论上前者属于等培加湿而后者属于无露点加湿。如果采用位式控制器控制喷水泵起停时，则设置原则与高压喷雾情况相似。但在一些工程中，喷水泵本身并不做控制而只是与空调机组联锁起停，为了控制加湿量，此时应在加湿器前设置预热盘管。通过控制预热盘管的加热量，保证加湿器后的“机器露点”tL（L点为dN线与φ=80%～85%的交点），达到控制相对湿度的目的。（4）二氧化碳浓度控制通常新风机组的最大风量是按满足卫生要求而设计的（考虑承担室内负荷的直流式机组除外），这时房间人数按满员考虑。在实际使用过程中，房间人数并非总是满员的，当人员数量不多时，可以减少新风量以节省能源，这种方法特别适合于某些采用新风加风机组盘管系统的办公建筑物中间隙使用的小型会议室等场所。为了保证基本的室内空气品质，通常采用测量室内CO2浓度的方法来衡量。各房间均设CO2浓度控制器，控制其新风支管上的电动风阀的开度，同时，为了防止系统内静压过高，在总送风管上设置静压控制器控制风机转速。因此，这样做不但新风冷负荷减少，而且风机能耗也将下降。很显然，这一控制属于变风量控制（关于变风量控制详见后述）、这种控制方式目前应用并不很多，一个重要原因是CO2浓度控制器产品并不普及（仅有少数厂家生产），同时，这种控制方式的投资较大，其综合经济效益需要进行具体分析。（5）防冻及联锁在冬季室外设计气温低于0℃的地区，应考虑盘管的防冻问题。除空调系统设计中本身应采用的预防措施外，从机组电气及控制方面，也应采用一定的手段。1）限制热盘管电动阀的最小开度在盘管选择符合一定要求的情况下，才能限制热盘管电动阀的最小开度。尤其是对两管制系统中的冷、热两用盘管更是如此，最小开度设置后应能保证盘管内水不结冰的最小水量。2）设置防冻温度控制这是防止运行过程中盘管冻裂的又一措施。通常可在热水盘管出水口（或盘管回水连箱上）设一温度传感器（控制器），测量回水温度。当其所测值低到5℃左右时，防冻控制器动作，停止空调机组运行，同时开大热水阀。3）联锁新风阀为防止冷风过量的渗透引起盘管冻裂，应在停止机组运行时，联锁关闭新风阀。当机组起动时，则打开新风阀（通常先打开风阀、后开风机、防止风阀压差过大无法开启）。无论新风阀是开启还是关闭，前述防冻控制器始终都正常工作。除风间外，电动水阀、加湿器和喷水泵等与风机都应进行电气联锁。在冬季运行时，热水阀应优先于所有机组内的设备的起动而开启。硬件系统配置3.1PLC选型根据控制系统的功能要求,从经济性、可靠性等方面考虑，选择西门子S7-200系列PLC作为此中央空调控制系统的控制主机。此中央空调系统总共有15个数字输入，10个数字量输出，共需要25个数字量I/O，4个模拟量输入，根据I/O点数，以及程序容量和控制的要求，选择CPU226作为该控制系统的主机。在这个控制系统中，主PLC单元的I/O能足够满足数字输入/输出控制的需求，但是由于需要采集模拟量，所以仅靠PLC的基本单元式无法完成控制功能的，因此需要扩展模拟量输入/输出模块。在西门子S7-200系列PLC中有专门的模拟量输入/输出扩展模块EM235，因此选用EM235模块进行模拟量输入的扩展。EM235扩展模块具有以下特性。（1）具有4路模拟量差分输入，1路模拟量输出。（2）输入范围，单极性电压为0～+5V，0～+10V；双极性电压为-2.5～+2.5，-5～+5V。（3）电流为0～20mA。（4）输入阻抗大于等于10MΩ（5）具有12位A/D转换器。（6）数据字格式，单极性时为-32000～+32000，双极性时为0～+32000。（7）最大输入电压为30VDC。（8）最大输入电流为32mA。（9）输出稳定时间，电压输出最小为5000Ω，电流输出最大为500Ω。（10）输出分辨率，电压位为12位，电流为11位。（11）功耗为2W。（12）输出驱动能力，电压输出最小为5000Ω，电流输出最大为500Ω。EM235与PLC主机连接时，不需要进行特殊设置，只要将扩展模块的排线插入到主机的扩展槽上即可，需要注意的是扩展模块的位置顺序决定了I/O地址编号。空调变频控制系统选配的SIMATICS7-200PLC主要由CPU226模块(24DI/16DO)、模拟量输入EM231模块(4AI)和模拟量输出EM232模块(2AO)三部分组成。信号采集信号采集PLC控制量输入控制量输出工控机VVVF图3-1系统逻辑框图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RS－485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，配置结构如图3-2所示。人机界面人机界面图3-2PLC控制系统硬件配置CPU模块模拟量扩展模块数字量扩展模块此外该控制器独到之处还有强大的指令集令包括位逻辑指令、计数器、定时器、复杂数学运算指令、通讯指令以及和智能模块配合的指令等；丰富强大的通讯功能，包括以太网通讯在内等。LC内部构造及工作过程(1)中央处理器：PLC的核心部分，包括微处理器和控制接口电路。微处理器是PLC的运算和控制中心，实现逻辑运算、数字运算，协调控制系统内部各部分工作。控制接口电路是微处理器与主机内部其他单元进行联系的部件，主要有数据缓冲、单元选择、信号匹配以及中断管理等功能；(2)存储器用来存储系统程序和用户程序，包括系统程序存储器和用户程序存储器；(3)输入/输出单元是可编程控制器的CPU和现场输入、输出装置或其他外部设备之间的连接接口部件。PLC通过I/O模块与工业现场相联系，通过I/O接口可以检测被控对象或被控生产过程的各种参数。I/O单元主要类型有：数字量输入、数字量输出、模拟量输入以及模拟量输出等；(4)通信接口用于PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将PLC接入以太网或用于点对点通信等；(5)电源单元为PLC提供电源，一般采用开关电源，输入电压范围宽，体积小，抗干扰性能好。PLC以循环扫描方式工作，按顺序对内部的各种任务进行查询、判断和执行，工作过程如图3-3所示：CPU自诊断CPU自诊断通信信息处理初始化与外部设备交换信息执行用户程序输入输出信息处理图3-3PLC工作过程3.2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。根据以上的介绍以及系统功能的需求，本文选择了三菱FR-A540变频器。本系统所用的单台水泵功率为2.2kW。三菱FR-A540变频器的容量为0.4kW~7.5kW。由于本系统采用的是一台变频器只为一台电机提供电源，即一台变频器对应一台水泵，所以三菱FR-A540的功率以足够胜任。并且三菱FR-A540变频器性能可靠，价格低廉，市场占有份额大，便于购买。所以选择三菱FR-A540作为本系统的变频器。3.3中央空调控制系统中央空调控制系统包括上位机集中监控系统和各空调机组本地PLC控制两部分。上位机集中监控系统由一台PC机和相应的的监控软件（组态王软件）组成，用于监控空调机组的运行参数和状态，保存相关历史数据，并控制PLC的运行。组态王软件是通过控制PLC的中间继电器来实现对中央空调各设备的控制．这样一方面可以减少硬件电路的元件数量，另一方面也可以方便地实现计算机的远距离控制。PC机通过RS-485接口与控制各空调机组的PLC联网，以实现一对多的站点式管理模式。本地PLC控制以PLC及接口模块为核心，配以传感器电路、信号调理电路和空调机组检测、控制电路，用来控制空调机组使其按照设定值开通及关断机组，保证楼宇及建筑内部环境满足设定值的要求。(1)空调机组检测、控制电路可检测空调机组的状态，开通及关断空调机组；(2)传感器信号调理电路实现对传感器检测信号的分析和处理；(3)PLC是本控制系统的核心，它对各种检测信号进行处理并实施相应的控制。当有异常现象时，可做出相应的控制处理并告警，可以控制空调机组开机或停机来调节楼宇及建筑内部的温度和湿度；(4)PC机运行监控软件，一般为组态软件，以实现监测和控制空调机组的运行参数和状态，保存相关历史数据及告警信息，通过RS-485接口与PLC通信，控制PLC的运行。系统功能实现可由监控系统的运行方式和对PLC的控制实现。监控系统的运行方式依据楼宇或建筑环境要求和专用空调机的运行要求进行设计，监控系统具备检测和控制功能。当检测信号正常时，监控系统对楼宇或建筑内外环境的温度、湿度采样值进行处理，并结合预先设定的楼宇或建筑内温度、湿度的值的要求，控制PLC的运行以控制中央空调机组的运行，使楼宇或建筑内部环境满足设定值的要求；当检测信号有异常时，监控系统对异常信号进行分析，并做出相应的报警及存储历史信息和告警日志。若检测到空调机组有故障时，监控系统会自动控制其停机，并起动空调机组的备用机投入运行。PC机PC机可编程控制器（PLC）包括各种输入接口模块/输出接口模块传感器信息调电路空调机组检测/控制电路室内温湿度传感器室内温湿度传感器空调机组1空调机组2空调机组n图3-4控制系统构成3.4输入输出点地址分配3.4.1数字量输入部分在这个控制系统中，输入量包括急停、手动/自动、冷却水系统启动按钮，冷冻水系统启动按钮、冷却泵和冷冻泵启动按钮等共15个输入点，如表1所示。表1数字量输入地址分配表符号地址功能描述SB1I0.0急停按钮SB2I0.1手动/自动按钮SB3I0.2启动按钮SB4I0.3冷却水风机启动按钮SB5I0.4风机启动按钮SB6I0.5冷冻泵启动按钮SB7I0.6制冷机组启动按钮SB8I0.7采暖机组启动按钮SB9I1.0采暖泵加速按钮SB10I1.1采暖泵减速按钮SB11I1.2冷却水风机加速按钮SB12I1.3冷却水风机减速按钮SB13I1.4冷冻泵加速按钮SB14I1.5冷冻泵减速按钮3.4.2模拟量输入部分由于需要输入两个温、湿度传感器所采集的数据，因此扩展了一个模拟量输入/输出模块，具体I/O分配如表2所示。表2模拟量输入地址分配表输入地址输入设备AIW0温度传感器1AIW1湿度传感器13.4.3数字量输出部分该控制系统的输出主要集中在对各类泵的控制，共10个输出点，其分配情况如表3表3数字量输出地址分配表符号输出地址功能描述KM1Q0.0冷却水风机连接到工频KM2Q0.1风机连接到工频KM3Q0.2冷冻泵连接到工频KM4Q0.3制暖泵连接到工频KM5Q0.4冷却水风机连接到变频器1KM6Q0.5风机连接到变频器1KM7Q0.6冷冻泵连接到变频器2KM8Q0.7制暖泵连接到变频器2KM9Q1.0制冷机组线圈KM10Q1.1采暖机组线圈根据控制系统的功能要求和I/O分配表以及下图，设计出中央空调系统的硬件连接图。I0.0I0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2I0.3Q0.3I0.4Q0.4I0.5Q0.5I0.6Q0.6I0.7Q0.7I1.0Q1.0I1.1Q1.1I1.2I1.3I1.4I1.5COMS7-200系列PLCCPU226RS-485RS-485触摸屏TD200S7-200系列PLCEM235继电器1继电器2继电器3继电器4继电器5继电器6继电器7继电器8继电器9继电器10变频器1变频器2温度传感器1湿度传感器1图3-5中央空调系统的硬件连接图SB1SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8SB9SB10SB113.5传感器的选型与设计传感器是本设计最重要的部件之一，它的选取好坏对整个系统而言，非常重要。现在生产传感器的公司很多，所研制的传感器类型也很多，但其性能差异并不很大。本设计在选择传感器上掌握的基本原则是稳定性好，价格低廉，使用方便。集成温度传感器介绍与选型目前主要采用近年来发展最快的半导体集成温度传感器,它内部采用差分对管等线性化技术及激光校准手段等,测温电路十分简单可靠。这类传感器在生产时已经校准,可省去标定工序,大大地方便了用户的使用。它有多种输出:如电流型、电压型、PWM型、数字型等可供用户选择。本论文着重分析电流型、电压型集成温度传感器主要特点及一些典型应用。1.集成温度传感器LM35概述①LM35概述LM35是NS公司生产的集成电路温度传感器系列产品之一，它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度线性成比例。因而，从使用角度来说，

LM35与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处，LM35无需外部校准或微调，可以提供±1/4℃的常用的室温精度，在-55℃～+150℃温度范围内为±3/4℃,LM35,LM35A的额定工作温度范围为-55℃～+150℃，同时LM35C,LM35CA在-40℃～+110℃②LM35系列的封装形式和参数LM35系列适合用密封的TO-46晶体管封装，而LM35C就适合于塑料TO-92晶体管封装它们有如下的特点:(1)直接用摄氏温度校准;(2)线性+l0.mV/℃比例因数;(3)保证0.5℃精度(在+25℃时);(4)-55～+150℃额定范围;(5)适用于遥控设备;(6)因晶体片微调而低费用;(7)工作在4～30V;(8)小于60μA漏泄电流;（9）较低自热，在静止空气中0.08℃;(10)只有±1/4℃非线性值:(11)低阻抗输出参数:电源电压:+35V～-0.2V输出电压:+6V～-1.0V输出电流:l0mA输出阻抗：1mA负载时0.1Ω漏泄电流：小于60μA比例因数：线性+10.0mV/℃特定工作温度范围:LM35,LM35A为-55～+150℃LM35C,LM35CA为-40～+110℃；LM35D为0～+100③LM35工作原理LM35系列的内部框图如图4-3所示。由VT1、VT2构成了温度传感器，二者的发射结面积之比为10:1。A2是电压放大器。R1、R2分别为VT1和VT2发射结压降的取样电阻。VD是电流源的温度补偿二极管。由VT3和R3、R4组成了发射极输出式电路。其工作原理是利用在不同电流密度下的晶体管VT1、VT2的发射结正向压降之差△，作为基本的温度敏感元件，经过变换后，在端获得与摄氏温度成正比的电压输出信号。输出电压的电压温度系数=10mV/℃。利用下列公式可计算出被测温度t(℃)：图3-6LM35系列的内部框图公式（3-1）④LM35基本应用电路由LM35系列构成的简易型摄氏温度传感电路，分别如图3-7（a）（b）所示.(a)图所示电路的测温范围是+2～+150℃，（b）图示出的电路测量满量程（-55～+150℃）的摄氏温度。为测量负温度值，需要采用双电源供电，在输出端接上电阻R,R的下端接负电源-Us。R=︱-Us/50μA︱公式（3-2）举例说明，当Us=+5V,-Us=-5V时，R=100kΩ。此时，当天=-55℃时，Uo=-55mV；当t分别为+25℃、+150℃时，Uo依次为250mV 图3-7（a） 图3-7（b）采用单电源供电时为获得负电源，可在LM35的GND与公共地址之间，串入两只IN914型硅二极管VD1、VD2，以提供-1.4V的负电源。电路如图3-8所示，测温范围--55～+150℃图3-8单电源供电时全范围测温电路为了满足系统的设计要求，经过比较和选择认为LM35型号的集成温度传感器更加适合本系统的设计。此传感器采用己知温度系数的基准源作为温敏元件。芯片内部则采用差分对管等线性化技术，实现了温敏传感器的线性化，也提高了传感器的精度．与热敏电阻、热电偶等传统传感器相比，具有线性好、精度高、体积小、校准方便、价格低、外围电路简单等特点，非常适合本系统温度采集的测量工作。为了实现-25℃～55℃的温度测量范围，采用LM35的全温度测量接线方法，具体的接线图如图3-9 图3-9设计接线图图中：电阻R的阻值按照R=Vcc/50mA来选择．电路的输出电压与温度的线性关系为：1)环境温度150℃,Ueq\o(\s\up6(),\s\do2(0))=1500mV；2)环境温度25℃，Ueq\o(\s\up6(),\s\do2(0))=250mV；3)环境温度-55℃，Ueq\o(\s\up6(),\s\do2(0))=-550mV．由于所测量的温度范围是-25℃～55℃。所以，在实际应用电路中的电压信号的输出量值在-0.25V～0.55V集成湿度传感器介绍与选型1.湿度的概念湿度是表示空气中水蒸气含量多少的尺度。在物理学和气象学中，大气湿度的表示方法是多种多样的，而且都有各自的物理量和相应单位。在诸多方法中，习惯使用的是绝对湿度和相对湿度。①绝对湿度：绝对湿度定义为在每立方米湿空气中，在标准状态下所含水蒸汽的质量，以字符ρ表示，单位。再由气体状态方程式可得公式（3-3）式中为空气中水蒸气的分压力(帕)；T为空气中的干球绝对温度(K)；t为空气中干球的摄氏温度(℃)；为水蒸气的气体常数，=461。②相对湿度:相对湿度是指空气中水蒸气分压力与同温度下饱和水蒸汽压力之比值。用r表示相对湿度为：公式（3-4）式中和的单位采用毫巴(mb)时，由马格奴斯经验公式计算饱和水蒸气压力:公式（3-5）式中=6.1mb。空气中水蒸气分压力按下列公式计算：公式（3-6）式中：为湿球温度时饱和水蒸汽压力；为干球温度(℃)；为湿球温度(℃)；P为大气压力(mb)；A是与风速v有关，通常按下列公式计算：公式（3-7）可知，相对湿度为干球温度、湿球温度、风速、大气压力的函数，当大气压力变化不大时，对给定的检测条件V不变，那么只要测得t，t即可得相对湿度。2.集成湿度传感器介绍选择集成湿度传感器应考虑以下几点：感湿性能好、灵敏度高、响应速度快、测量范围宽，要有较好的一致性、可重复性，线性度要好、湿滞小较高的稳定性和可靠性，有较强的抗污染能力、使用寿命长。目前，国外生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品分别为Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型），Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），Sensiron公司（SHT11、SHT15型）。这些产品可分成以下三种类型：①线性电压输出式集成湿度传感器典型产品有HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。②线性频率输出集成湿度传感器典型产品为HF3223型。它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，在55%RH时的输出频率为8750Hz（型值），当相对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。③频率/温度输出式集成湿度传感器典型产品为HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，还增加了温度信号输出端，利用负温度系数（NTC）热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时，其电阻值也相应改变并且从NTC端引出，配上二次仪表即可测量出温度值。3.常用的集成湿度传感器主要有：①HIH-3610是美国Honeywell公司生产的具有信号处理功能的热固聚酯电容式相对湿度传感器，线性放大输出、工厂标定，独特的多层结构能非常好地抵抗环境的侵蚀，诸如湿气、尘埃、脏物、油、及一些化学品。工作范围：温度-40℃～+85℃，相对湿度0%～100%RH，精度达到±2%RH，激光修正互换性至5%RH，低功耗驱动电流设计为200μA，反应时间为15s②HF3223湿度传感器是法国Humirel公司生产的专利的固态聚合物结构相对湿度传感器，具有线性的频率输出，湿度测量范围10%～95%RH，精度±5%RH，湿度迟滞±1.5%RH，温度工作范围-30℃～+80℃，温度特性好，高可靠性与长时间稳定性，在长时间处于饱和状态后快速脱湿，反应时间10s③HM1500湿度传感器是法国Humirel公司采用Humirel专利湿敏电容HS1101设计制造的相对湿度传感器。带防护棒式封装，5VDC恒压供电，1～4VDC放大线性电压输出，便于用户使用。湿度测试量程为0%～100%RH，精度达±3%RH（10%～95%RH范围），防灰尘，可有效抵抗各种腐蚀性气体物质，非常低的温度依赖性，长期稳定性好，反映时间5s，广泛应用于机房监控，智能楼宇，仓库监控等控制场合，价格实惠，是一款性价比极高的湿度传感器。4.湿度传感器选择及电路设计由于HM1500湿度传感器的精度较高，测量范围大，反应时间较快，温度依赖性比较低，长期稳定性能好，用户使用方便，价格实惠，是性价比极高的一款集成湿度传感器，故本方案采用HM1500做为湿度测量的传感器。HM1500是法国Humirel公司于2002年推出的一种基于硬质封装的HS1101湿敏电容的电压输出式集成湿度传感器。它将侧面接触式湿敏电容与湿度信号调理器集成在一个模块中，集成度高，有很小的易于安装的接头，因此不需要外围元件，使用非常方便。其主要特点是采用恒压供电，输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，对温度的依赖性非常低，可靠性与长期稳定性高，互换性好，专利的固态聚合物结构，浸水无影响，长时间处于饱和状态后能快速脱湿，抗污染能力强。一、HM1500的性能特点：①内部包含由湿敏电容构成的桥式振荡器、低通滤波器和放大器，能输出与相对湿度成线性关系的直流电压信号，输出阻抗为70Ω，适配带ADC的单片机。②HM1500属于通用型湿敏传感器，测量范围是（0%～100%）RH，输出电压范围是+1V～+4V。相对湿度为55%时的标称输出电压为2.48V。测量精度为±3%RH，灵敏度为+25mV/RH，温度系数为±0.1%RH/℃，湿度迟滞为±1.5%RH，响应时间为5s。③产品的互换性好，抗腐蚀性强。不受水凝结的影响，长期稳定性指标为0.5%RH/年。④采用+5V电源（允许范围是+4.75V～+5.25V），工作电流为0.4mA（典型值），漏电流≤300μA。工作温度范围是-30℃～+60℃二、HM1500的工作原理：HM1500采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快、重复性好、抗污染能力强。HM1500的测湿元件选用湿敏电容HS1101，在一个有机玻璃或玻璃片上首先用扩散法制作两个电极，然后涂上有机膜作为介质，形成一个电容器件。当外界相对湿度变化时，感湿膜能吸附和释放水汽分子，引起其介电常数发生变化，从而使元件电容量改变。利用电容量与相对湿度的函数关系即可测量湿度。内部电路框图如图4-7。HM1500的输出电压与相对湿度的响应曲线如图3-10。运用最小二乘法可以求出其输出电压与相对湿度之间的关系：=1.079+0.2568RH公式（3-8）图3-10HM1500的输出电压与相对湿度的响应曲线在（10%～95%）RH范围内，时，输出电压与相对湿度的对应关系见表4-2。表4HM1500的与RH的对应关系()RH/(%)101520253035404550/V1.3251.4651.6001.7351.8601.9902.1102.2352.360RH/(%)556065707580859095/V2.4802.6052.3702.8602.9903.1253.2603.4053.555当时，可按下式对读数值加以修正：[]公式（3-9）

第四章软件系统设计4.1总体流程设计根据模块式空调的控制要求，控制过程分为手动控制模式和自动控制模式，以下将分别介绍两种控制模式。手动控制模式手动控制模式是指用户根据自身的要求，分别启动和停止各个模块：冷却水系统、冷冻水系统、变频调速模块、制冷、制暖系统等几个系统。冷却水系统的工作过程包括以下几个方面。（1）按下冷却风机启动按钮，系统上电，风机启动。（2）然后按下冷却泵启动按钮，水泵开始工作。（3）然后通过按下冷却风机的加/减速按钮，可以控制风机的转速。（4）按下停止按钮，系统停止工作。冷却水系统工作流程图如图4-1所示。冷冻水系统的工作过程包括以下几个方面。（1）按下冷冻泵启动按钮，系统上电，水泵工作。（2）然后通过按下冷冻水泵加/减速按钮，可以控制水泵的转速。（3）按下停水按钮，系统工作。冷冻水系统工作流程图如图4-2所示。在空调运行过程中，需要根据温度变化的情况来控制冷却风机和冷冻水泵的工作状态，所以使用变频器控制着两个设备的运行。其工作过程包括以下几方面:（1）启动冷却风机或冷冻水泵使变频器工作，输送个启动频率给控制设备。（2）根据控制面板上按钮的控制，增加或减少输出地频率值。（3）急停按钮按下后，变频器的频率值复位，即输出为0。变频器工作流程图如图4-3所示。制冷系统是空调控制系统的核心部分，主要是对制冷设备的启动过程，由于对冷却水系统和冷冻水系统进行了自适应控制，实现了保持室内空气条件稳定的功能，因此这个部分的控制过程比较简单，工作过程主要包括以下两方面。（1）按下制冷机组启动按钮，制冷机组开始工作。（2）急停按钮按下后，制冷机组停止工作。制冷机组工作流程图如图4-4所示。开始开始按下冷却风机启动按钮？冷却风机启动按下冷却泵按钮？加速按钮按下？冷却风机加速减速按钮按下？冷却风机减速急停按钮按下？结束图4-1冷却水系统工作流程图冷却泵启动开始开始按下冷冻泵启动按钮？冷冻水泵启动加速按钮按下？冷冻水泵加速减速按钮按下？冷冻水泵减速急停按钮按下？结束图4-2冷冻水系统工作流程图 开始开始按下冷却风机或冷冻水泵启动按钮？变频器启动按下冷却泵按钮？冷却泵启动加速按钮按下？所控设备加速减速按钮按下？所控设备减速急停按钮按下？结束图4-3变频器工作流程图变频器复位按下制冷机组按钮？按下制冷机组按钮？开始制冷机组启动急停按钮按下？结束图4-4制冷机组工作流程图按下采暖机组按钮？开始采暖机组启动急停按钮按下？结束图4-5采暖机组工作流程图4.2各个模块梯形图设计在设计程序过程中，会使用许多寄存器、继电器、定时器等软元件，为了便于变成及修改，在程序编写应先列出所用到的软元件，如表4-1所示。表4-1元件设置表编号意义内容备注M0.0急停标志On有效M0.1手动标志On有效M0.2自动标志On有效M0.3自动过程启动标志On有效M0.4冷却风机启动标志On有效M0.5冷却水泵启动标志On有效M0.6冷却水系统启动标志On有效M1.2冷冻水泵启动标志On有效M1.3采暖泵启动标志On有效M1.4制冷系统启动标志On有效M1.5采暖系统启动标志On有效M1.6冷却水温度高于设定值On有效M1.7冷却水温度低于设定值On有效M2.0冷冻水温度高于设定值On有效M2.1冷冻水温度低于设定值On有效M3.0冷却水风机切换到工频标志On有效M3.2冷却水风机切换到变频标志On有效T37等待冷冻水系统启动时间101sT38等待制冷系统启动时间101sT39等待冷冻水系统停止时间50.5sT40等待冷却水系统停止时间202sVW14有效误差值VW20变频器1频率存储单元VW22变频器2频率存储单元冷却水系统在自动和手动状态下，冷却水系统的控制过程，冷却水控制系统梯形图程序如图4-6所示。图4-6冷却水控制系统梯形图程序冷冻水系统在手动自动状态下，冷冻水系统控制过程，其梯形图程序如图4-7所示。图4-7冷冻水控制系统梯形图程序制冷设备在手动和自动状态下，制动设备的控制过程，制冷控制系统梯形图如图4-8所示。图4-8制冷控制系统梯形图程序变频模块在控制过程中，变频器控制模块梯形图如图4-9所示。图4-9变频器控制模块梯形图程序停止控制图4-10停止控制梯形图程序4.3监控系统设计组态软件的特点随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。常见组态软件的比较从目前国内组态软件市场看，是国内组态软件品牌和国外品牌同时并存的局面。这种局面，应该说在今后相当长的一段时期内还要长期存在。组态软件市场经过10余年的培育和发展，目前正处在一个蓬勃发展的成长阶段，用户对组态软件产品接受程度也日益增加。用户正面临从产品接受度到品牌接受度的转变期。随着市场竞争的加剧和一些先期发展的品牌市场推广力度的加大，组态软件市场对新进入者会增加越来越高的门槛。从各家组态软件市场看，现在主要有以下品牌：（1）国际品牌：iFix、Intouch、WinCC。（2）国内品牌：组态王、MCGS、力控、FameView、世纪星。从使用方便和性价比的角度来说，选取国内组态软件还是不错的。组态王是国内最早、装机量最多的组态软件。主要优势如下：(1)品牌知名度，在许多项目中，往往是国外组态软件的替代品，而且只要是接触过组态软件，基本上都知道组态王；(2)办事处多，本地化服务能力强；(3)驱动丰富而且一般都比较可靠。可见组态王完全能够完成本次设计的组态部分。仿真本设计监控系统的部分监控仿真图如下图4-6所示：图4-11系统运行主界图在系统主画面中，组态了系统所用的的所有设备，并能够显示设备状态。工作人员只需在监控室，就能够掌握所有设备的运行状况以及所需要的信息。图4-12空调控制系统第五章结论本控制系统采用了西门子公司的S7-200系列PLC中的CPU226型作为核心控制设备。在原有空调系统上进行了改进，利用PLC实现了人机界面，能对中央空调系统进行智能控制，此系统可根据季节变化和负载变化，灵活控制空气处理设备的运行台数，控制其温度和湿度，实现节能运行；能均衡每台设备的运行时间，延长整个系统的寿命；充分利用不同负载时的工作状态，启停不同的设备和设备的台数，循环切换设备，大大降低了设备的费用，提高生活的质量。通过这次毕业设计，我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在PLC的基本原理、PLC应用，以及对西门子S7-200系列PLC有了充分了解，并且在写毕业论文的过程中，对我word的操作也有了熟练掌握，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。附录1中央空调工作原理图附录2PLC外部接线图I0.0I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.51M2MML+L1N2L1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q1.1KMCPU226DC24VKM急停手动、自动启动冷却风机启动风机启动冷冻泵启动制冷机组启动采暖机组启动采暖泵加速采暖泵减速冷却水风机加速冷却水风机减速冷冻泵加速冷冻泵减速参考文献[1]吴继红、李佐周．中央空调工程设计与施工[M]．高等教育出社[2]张子慧等．制冷空调自动控制[M]．科学出版社[3]三菱公司．三菱微型可编程控制器编程手册[J][4]顾战松、陈铁年．可编程控制器原理及应用[M]．国防工业出版社．1996[5]肖海亮．实现微机和PLC在以太网中的通信．2001[6]董丽萍，霍亮生．PLC顺序控制编程方法及应用．新工艺新技术．1994年2期，9-10[7]李和根．中央空调PLC控制系统的设计．电气时代．2002年11期，71-71[8]西门子公司．西门子S7-200选型手册．2000[9]瑞程，陈国联．可编程序控制器（PLC）在实验教学中的应用．国防工业出版社．1996[10]程花蕊，董生怀，徐玉党．基于PLC的中央空调控制系统．周口师范学院学报．2004年21卷5期，54-56[11]郭顺山．中央空调的自动控制方案．新工艺新技术．2004年第l4卷第6期，34-37[12]吴继红，李佐周编著．中央空调工程设计与施工．高等教育出版社．2002[13]王文辉．可编程控制器的选型与特点．电子工艺技术.2006年第27卷第5期，89-96[14]顾战松，陈铁年．可编程控制器原理及应用．国防工业出版社．1996[15]刘道寿，张礼华．变频器和PLC在中央空调中的应用．南京工业职业技术学院学报．2004年4卷1期，17-18,67[16]陈建民等.电气控制与PLC应用[M].北京：电子工业出版社，2006.[17]张进秋.可编程控制器原理及应用实例[M].北京：机械工业出版社，2004.[18