制冷空调PLC控制系统开放实验-本科生一机两库开题报告

天津商业大学机械工程学院热能与动力工程专业实验室开放性实验开题报告实验名称：制冷空调PLC控制系统开放实验小组成员：王丽丽热能1203朱文博热能1204程祖发热能1203柏林建环1203张文豪建环1201石杰建环1201王帅建环1202高峰建环1202王莹建环1202李戈建环1202陈斌意建环1202郭文君建环1203张津建环1203苏梦蓉建环1202贺红霞热能1204指导老师：刘清江副教授开题时间：2015.05.01天津商业大学热能与动力工程实验教一、题目背景及研究意义随着人们生活水平日益提高，冷库使用的范围就越来越广，冷库在给人们带来便利的同时，很多实质性的问题也随之而来，诸如电气火灾隐患、高能耗、维护成本高等。究其原因，这都是由于对电气自动化技术应用不当而引起的。电气火灾:机组在长期运行过程中，电器、电线发热发烫，温度高于70℃，容易引起火警，是因为电器、电线的不当选型造成的;高能耗:冷库中常见的温度过低、温度过高、调节滞后、频繁启停等，造成了能量的极大浪费，是因为没有很好的采用高精度的自动化控制技术;维护成本高:对于拥有多台制冷机组的用户来说，若采用传统的方式分别对各台机组进行人工维护管理，将耗费大量的人力物力，而采用先进的远程监控系统，就可以大大降低这一开支。近些年随着我国自动化等高新技术的迅速发展，冷库的自动化控制技术也大大提升。自动化冷库也随之越来越多。但是在冷库自动化的同时，对于冷库节能技术始终没有足够重视，国内鲜有将节能技术与自动化技术真正结合，且达到全自动运行的工程案例。随着我国对于环境、能耗的重视程度的提高，作为耗电大户的冷库自然要着手研究冷库的节能技术及通过自动化技术的实现方法。中小型冷库，主要以氟为制冷剂，制冷压缩机与冷凝器是一一配套的，制冷系统中设备非常少，冷库与压缩机都是相互对应的，各个冷库之间基本没有什么逻辑上的联系，都是相互独立的，这种小冷库大多采用专用冷库控制器和压缩机控制器即实现自动控制。目前最为常用的方案是采用专用的小冷库控制器，控制各个小冷库系统。配套一台上位位监控电脑，通过该监控系统可以监视各个小冷库的温度、风机状态、报警故障、报表、曲线等功能。目前国内对于冷库控制系统的功能基本上只是停留在监控层面，并没有与冷库的实际运营相结合，缺少对冷库的整体管理，与国外同行业差距还是比较大。冷库自动控制系统经历了3个发展阶段:（1）继电器控制阶段:采用各种电气元件，例如温度控制器、压力控制器、压差控制器、液位开关、电磁阀等通过电气原理的设计，以经典控制理论为基础对制冷系统进行单体的控制。比如对压缩机、蒸发器、冷凝器等主要设备分别进行控制，将各个部分组合为一个整体即实现制冷系统的整体控制。但调解质量不佳，往往很难满足高精度的控制要求。尤其是对于符合变化大或工况不定的系统，各分系统间的彼此协调性就显得捉襟见肘了，控制精度很低;（2）嵌入式及PLC控制器阶段:随着电子技术的发展，出现了嵌入式控制器及PLC可编程控制器。将其引入制冷控制系统中，使系统控制越来越方便。通过嵌入式控制器和PLC的灵活扩展能力，可将制冷系统所有设备全部集中由PLC来进行控制或通过分布式控制系统，实现制冷设备间的彼此逻辑关系更加紧密，控制精度不断提高。（3）计算机技术阶段:计算机技术近年来发展十分的迅速，在各行各业中都得到了非常广泛的应用。同时自控技术在其基础上也迅速发展。国外发达国家，如美国、欧洲、日本等国先后开发了基于计算机的微机控制技术。通过计算机技术使得对制冷系统的控制精度更高，管理更加科学。既可实现全自动控制，又能够保证冷冻冷藏的效果，并能够节约能源。同时通过基于计算机技术二次开发管理系统，使得对冷库的控制不再是简单的控制，而是上升到管理的层面，对于科学管理冷库起到了非常科学有效的作用。二、国内外发展现状及相关研究情况(1)国外冷库发展现状国外发达国家，如美国、欧洲、日本等国，其冷库行业发展较快。其中一个共同点就是大部分冷库都是采用氨作为制冷剂的。逐步的由盘管式的冷库发展为冷风机式的气调库，在这些发达国家近1/2的冷库为气调式冷库。近年来，国外兴建了很多人型冷库，多以气调库为主。其气调库数量约占冷库总量的80%以上。美国、日本、英国等发达国家己经拥有全世界最先新的全自动冷库几十座。（2)国内冷库发展现状国内多以小型冷库为主，冷库的人均占有量较发达国家相比，相差很大，每年因为储存不养导致的浪费非常严重。小型冷库多以氟利昂作为制冷剂，为分}玫式控制系统。大型冷库近年来在我国一也不断新建，这些冷库多以氨为制冷剂，多采用排管库，比较浪费能源。近年来国家越来越重视节能降耗，保护环境的问题，目前冷库蒸发器正在以冷风机形式替代排管形式，并且自动化程度越来越接近国外发达国家。（3）集中式控制系统集中式控制系统是通过高度集成的中央控制器或上位监控设备，通过直接或间接通讯的方式对现场设备进行集中调度与控制。目前应用比较广泛的是采用PLC控制器与监控电脑配套使用的集中监控系统。目前，国内外大型、自动化程度要求较高的冷库拄制系统多采用集中式监控系统。集中式控制系统使得整套制冷系统的控制更加灵活，系统中各设备间的彼此配合更加完善，从而提高整套系统整体的自动化程度，真正做到无人值守的自动运。三、本课题研究的主要内容图1被控系统结构图针对以上系统，要求该系统可实现冷库温度的自动控制。具体研究内容如下：（1）首先对该冷库设计传统的继电器控制电路，了解最基本的原理；（2）利用PLC控制交流电机，库温的自动控制；（3）完成整套控制系统的电气控制回路设计以及PLC软件编程，且进行上位机的组态监控和数据记录。 四、本课题拟采用的研究方案本课题主要采用计算机辅助，以实际物体PLC为重点演技对象，从一开始的电路到最后的组态监控，都离不开计算机。让学生感受计算机在工业现场中伟大魅力。五、本课题的研究方法及措施（1）分析被控系统的控制任务，总结系统有多少I/O点，进行PLC的选型；（2）查阅电气系统设计规范，根据规范进行电气设计，用CAD画出电气设计图；（3）利用三菱GX-Development软件进行软件编程。六、本课题研究的重点及难点，前期已开展工作本课题研究的重点有两个方面：（1）PLC与温度采集模块的通讯，实现自动对数据进行处理；（2）PLC与交流电机之间的控制，电机的自动启停；在课题研究与设计过程中，PLC与电机之间的控制和软件与硬件的联调是设计的难点。七、完成本课题的工作方案及进度计划第1—4周：查询相关资料，熟悉被控系统的工作流程以及电气控制系统的设计流程，开题；第5—8周：电气控制系统硬件设计，包括：控制任务分析，PLC选型与组态，各控制回路接线设计，；第9—13周：控制系统软件设计，包括：系统工作过程分析，PLC的I/O分配，软件流程及代码编写并进行系统调试；第14—15周：撰写毕业论文，进行最终答辩。八、课时安排（1）传统继电器设计电路，2课时（2）PLC编程设计，4课时（3）MCGS组态过程的设计，8课时。指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师：年月日所在系审查意见：系主管领导：年月日参考文献[1]谭威.基于PLC的工业控制系统的设计与实现[D].武汉:华中科技大学,2007.[2]刘月忠.先进电气控制技术在现代工业中的应用[J].硅谷,2010,(2):137.[3]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M]二.北京:电子工业出版社,2004.[4]丛国进.基于顺序控制的PLC电气控制系统的设计[J].电气技术,2008,(2):70-72.[5]南光群