基于PLC控制的热泵型空调初稿.docx
《基于PLC控制的热泵型空调初稿.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC控制的热泵型空调初稿.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于PLC控制的热泵型空调初稿
第1章、概述……………………………………………………2
第2章、中央空调的介绍………………………………………2
2.1中央空调的工作原理…………………………………………3
2.2中央空调的组成………………………………………………4
第3章、PLC的体系结构……………………………………………5
3.1PLC结构图……………………………………………………5
3.2PLC的特点…………………………………………………5
3.3PLC的基本组成及各部分作用………………………………6
3.4PLC的应用领域………………………………………………9
3.5三菱的FX2N系列的PLC简介…………………………………11
3.6FX2N系统PLC具有以下几方面的优点………………………12
第4章、GXDeveloper软件及应用……………………………12
4.1GX-Developer编程软件的主要功能………………………12
4.2GX-Developer编程软件的安装……………………………12
4.3GX-Developer编程软件的界面……………………………13
4.4工程的创建和调试范例……………………………………13
第5章、基于PLC控制的中央空调系统……………………………17
5.1PLC控制系统功能说明…………………………………………17
5.2冷冻主机系统变频调速主控电路………………………………18
5.3I/0口信号的分配………………………………………………18
5.4控制系统的I/O接线图…………………………………………19
5.5PLC梯形图………………………………………………………20
第6章设计小结………………………………………………………23
参考文献………………………………………………………………24
第一章概述
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。
作为现代使人生活舒适的家用电器，空调可以说与人们的生活紧密相关。
在现代社会中，它已像冰箱、电视一样，成为人类不可缺少的生活电器。
而热泵型中央空调具有以下特点：
①经济节能：
每个区间末端风机盘管可自行调节温度，区间无人时可关闭，系统根据实际负荷做自动化运行，开机计费，不开机不计费，有效节约能源和运行费用。
②环保：
主机采用水源热泵型机组，电制冷，没有燃烧过程，避免了排污；整个系统为密闭式管路系统，可避免霉菌灰尘等杂质对系统的污染，使环境清新优美，特别适于高档别墅、高级公寓与写字楼的使用。
③节约空间：
主机体积小巧，不设机房，无需占用设备层，减少公用设施和土建投资，室内末端暗藏在吊顶内，极易配合屋内装修。
④个性化：
中央空调系统以区间为单元，满足用户不同区间需求，室内末端安装采用暗藏方式，不影响室内的审美观，不占据室内空间，适应用户的个性化需求。
⑤简化管理：
采用不同区间单独控制系统为用户所有，产权关系明确，可简化空调设施管理。
⑥提升档次：
中央空调主机可以避免破坏楼体的整体外观，使用户充分享受高档综合环境的同时，提升产品质量及量贩档次。
可编程控制器PLC是根据顺序逻辑控制的需要发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它具有可靠性高，操作灵活，拓展型号等优点，不仅能满足设计系统的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用等。
第二章中央空调的介绍
2.1中央空调的工作原理
中央空调主要由冷冻主机、冷却水塔、冷却水循环系统、冷冻水循环系统，冷却风机等部分组成。
2.2中央空调的组成
（1）冷冻主机
冷冻主机也成为制冷装置，是中央空调的制冷源，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）冷却水塔
冷冻主机在制冷过程中必然会释放热量，使机组发热。
冷却塔用于对冷冻主机提供“冷却水”。
冷却水在盘旋流过的冷冻主机后，将带走冷冻主机产生的热量，使冷冻主机降温。
（3）冷冻水循环系统
有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，是冷冻水的温度升高。
温度升高了的冷冻水经冷冻主机后又变成冷冻水，如此循环往复。
这里，冷冻主机是冷冻水的“源”；从冷冻主机流出的水成为“出水”；经各楼层房间后流回冷冻主机的水成为“回水”。
（4）冷却水循环系统
冷却水循环系统由冷却泵，冷却水管道及冷却塔组成。
冷却水在吸收冷冻主机释放的热量后，必将使自身的温度升高。
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，然后再将降了温的冷却水送回到冷冻机组。
如此循环，带走了冷冻主机释放的热量。
这里，冷却主机是冷却水的冷却对象，是“负载”，故流进冷冻主机的冷却水称为“进水”；从冷冻主机流回冷却塔的冷却水称为“回水”。
回水的温度高于进水的温度，以形成温差。
（5）有两种不同用途的冷却风机。
①盘管风机安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷却水盘管冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换。
②冷却塔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。
可以看出，中央空调系统的工作是一个不断的进行热交换的能量转过程。
在这里，冷却水和冷冻水循环系统是能量的主要传递者。
因此，对冷却水和冷冻水循环系统的控制便是中央空调控制系统的重要组成部分。
两个循环水系统的控制方法基本相同。
第三章PLC的体系结构
3.1PLC结构图
PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。
如图2.1.1所示：
图2.1.1PLC硬件的基本结构
PLC主要是模块式的，包含CPU模块、I/O模块等，PLC一端接传感器，另一端接执行器，从传感器得到的数据经PLC读、运算等处理下达给执行器，执行器动作。
PLC相当于继电器的作用，其好处是可靠性高，自动化程度高、可进行网络化等。
3.2PLC的特点
PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。
PLC与普通微机一样。
以通用或专用CPU作为字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。
PLC控制一般具有可靠性高，易操作、维修，编程简单，灵活性强等特点。
3.2.1可靠性：
对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。
1）PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。
2）PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTTR，使可靠性提高。
3）PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。
4）PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机更简单的编程语言和更可靠的硬件。
采用了精简化的编程语言，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。
5）在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。
例如，采用可靠性的元件；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器内容的保护等。
6）PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。
例如，采用软件滤波等；软件自诊断；简化编程语言等。
3.2.2易操作性：
PLC的易操作性表现在下列几个方面：
1）操作方便。
PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。
大多数PLC采用编程器进行输入更改的操作。
编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。
更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。
更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。
2）编程方便。
PLC有多种程序设计语言可供使图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。
采用布尔助记符编程语言，十分有助于编程人员的编程。
3）维修方便。
PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求减低。
当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。
3.2.3灵活性：
PLC的灵活性表现在以下几个方面：
1）编程的灵活性。
PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语一言。
编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。
2）扩展的灵活性。
PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。
它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展用。
3）操作的灵活性。
操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。
3.3PLC的基本组成及各部分作用
PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。
按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。
整体式PLC是将中央处理单元（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。
另外还有独立的1/0扩展单元与主机配合使用。
主机中，CPU是PLC的核心，1/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。
组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能1/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。
装有CPU单元的底板称为CPU底板，其它称为扩展底板。
CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10m.无论哪种结构类型的PLC，都可以根据需要进行配置与组合。
3.3.1中央处理单元（CPU）：
CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢，它是PLC的运算、控制中心。
它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务:
（1）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；
（2）诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误;
（3）用扫描的方式接收输入信号，送入PLC的数据寄存器保存起来;
（4）PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作;
（5）将用户程序的执行结果送至输出端。
现代PLC使用的CPU主要有以下几种:
（1）通用微处理器，如8080,8088,Z80A,8085等。
通用微处理器的价格便宜，通用性强，还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。
（2）单片机，如8051等。
单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适合在小型PLC上使用，也广泛地用于PLC的智能UO模块。
（3）位片式微处理器，如AMD2900系列等。
位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。
它主要追求运算速度快，它以4位为一片。
用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。
改变微程序存储器的内容，可以改变计算机的指令系统。
位片式结构可以使用多个微处理器，将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分，几个微处理器同时进行处理。
这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合，很适合于以顺序扫描方式工作的PLC使用。
3.3.2存储器
根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下3种:
（1）系统程序存储器:
和各种计算机一样，PLC也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了PLC的功能，称为系统程序，系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。
系统程序是不能由用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM.
（2）用户程序存储器:
用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户程序存储器中。
由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的RAM。
由于RAM掉电会丢失数据，因此使用RAM作用户程序存储器的PLC，都有后备电池（铿电池）保护RAM，以免电源掉电时，丢失用户程序。
当用户程序调试修改完毕，不希望被随意改动时，可将用户程序写入EPROM.目前较先进的PLC（如欧姆龙公司的CPMIA型PLC）采用快闪存储器作用户程序存储器，快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会丢失，不需用后备电池保护。
（3）工作数据存储器:
工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。
这部分数据存储在RAM中，以适应随机存取的要求。
在PLC的工作数据存储区，开辟有元件映象寄存器和数据表。
元件映象寄存器用来存储PLC的开关量输入/输出和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器的ON/OFF状态。
数据表用来存放各种数据，它的标准格式是每一个数据占一个字。
它存储用户程序执行时的某些可变参数值，如定时器和计数器的当前值和设定值。
它还用来存放A/0转换得到的数字和数学运算的结果等。
根据需要，部分数据在停电时用后备电池维持其当前值，在停电时可保持数据的存储器区域称为数据保持区。
3.3.3I/0单元
I/0单元也称为I/0模块。
PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系。
输入单元接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。
通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。
运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。
输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件.
3.3.4电源部分
PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V,+12V,+24V的直流电源，使PLC能正常工作。
电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的CPU，通常电源封装到机壳内部;对于模块式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与CPU封装到一个模块中。
3.3.5扩展接口
扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。
3.3.6通信接口
为了实现“人一机”或“机一机”之间的对话，PLC配有多种通信接口。
PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。
当PLC与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印;当与监视器相连时.可将过程图像显示出来;当与其他PLC相连时，可以组成多机系统或连成网路，实现更大规模的控制;当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合性控制。
3.3.7编程器
编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。
编程器有简易型和智能型两类。
简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后，才能输入。
它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。
智能型的编程器又称为图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有LCD或CRL图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。
还可以利用PC作为编程器，PLC生产厂家配有相应的编程软件，使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的互相转换。
程序被下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。
程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。
现在很多PLC已不再提供编程器，而是提供微机编程软件了，并且配有相应的通信连接电缆。
3.4PLC的应用领域
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。
这特别适合多品种、小批量的生产场合。
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类:
（1）开关量逻辑控制
取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
（2）工业过程控制
在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
（3）运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
（4）数据处理
PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
（5）通信及联网
PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
但是，可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。
3.5三菱的FX2N系列的PLC简介
3.5.1PLC的基本概念
PLC周而复始地执行程序中的控制逻辑和读写数据。
FX2N将程序和物理输入输出点联系起来
3.5.2FX2N的基本操作
FX2N的基本操作非常简单：
（1）CPU读输入状态
（2）CPU中存储的程序利用输入执行控制逻辑。
当程序运行时，CPU刷新有关数据。
（3）CPU将数据写到输出。
FX2N在扫描循环中完成它的任务
FX2N周而复始地执行一系列任务。
任务循环执行一次称为一个扫描周期。
在一个扫描周期中，FX2N将执行部分或全部下列操作：
（1）读输入：
FX2N将物理输入点上的状态复制到输入过程映像寄存器中。
（2）执行逻辑控制程序：
FX2N执行程序指令并将数据存储在各种存储区中。
（3）处理通讯请求：
FX2N执行通讯任务。
（4）执行CPU自诊断：
FX2N检查固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常。
（5）写输出：
在输出过程映像寄存器中存储的数据被复制到物理输出点。
3.5.3PLC执行程序
用户程序的执行取决于FX2N是处于停止模式还是运行模式。
当FX2N处于运行模式时CPU执行程序；当FX2N处于停止模式时，CPU不执行程序。
执行程序:
在扫描周期的执行程序阶段，CPU从头至尾执行应用程序。
在程序或中断服务中，直接I/O指令允许您对I/O点直接进行存取。
如果在程序中使用了中断，与中断事件相关的中断服务程序作为程序的一部分被存储。
中断程序并不作为正常扫描周期的一部分来执行，而是当中断事件发生时才执行（可能在扫描周期的任意点）。
3.6FX2N系统PLC具有以下几方面的优点：
（l）FX2N配置灵活，除主机单元外，还可扩展I/O模块，A/D模块，D/A模块和其它特殊功能模块。
（2）FX2N指令功能丰富，有各种指令107条，且指令执行速度快。
（3）FX2N可用内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，寄存器D，计数器C的功能和数量满足了系统控制要求的需要，尤其是高速计数器（C251等）能接受脉冲编码器脉冲。
（4）FX2N的编程可用编程器，也可以在PC机上使用三菱公司的专用编程软件包MELSEMEDOC来进行。
编程语言可用梯形图或指令表。
尤其是可用PC机对系统实时进行监控。
为调试和维护提供了极大的方便。
第四章GXDeveloper软件及应用
三菱GX-Developer编程软件是应用于三菱系列PLC的中文编程软件，可在Windows9x及以上操作系统运行。
4.1GX-Developer编程软件的主要功能
GX-Developer的功能十分强大，集成了项目管理、程序键入、编译链接、模拟仿真和程序调试等功能，其主要功能如下：
1．在GX-Developer中，可通过线路符号，列表语言及SFC符号来创建PLC程序，建立注释数据及设置寄存器数据。
2．创建程序PLC程序以及将其存储为文件，用打印机打印。
3．该程序可在串行系统中与PLC进行通讯，文件传送，操作监控以及各种测试功能。
4．该程序可脱离PLC进行仿真调试。
4.2GX-Developer编程软件的安装
运行安装盘中的“SETUP”，按照逐级提示即可完成GX-Developer的安装。
安装结束后，将在桌面上建立一个和“GXDeveloper”相对应的图标，同时在桌面的“开始\程序”中建立一个“MELSOFT应用程序→GXDeveloper”选项。
若需增加模拟仿真功能，在上述安装结束后，再运行安装盘中的LLT文件夹下的“STEUP”,按照逐级提示即可完成模拟仿真功能的安装。
4.3GX-Developer编程软件的界面
双击桌面上的“GX-Developer”图标，即可启动GX-Developer，其界面如图4.3.1所示。
GX-Developer的界面由项目标题栏、下拉菜单、快捷工具栏、编辑窗口、管理窗口等部分组成。
在调试模式下，可打开远程运行窗口，数据监视窗口等。
图4.3.1
4.4工程的创建和调试范例
4.4.1系统的启动
要想启动GX-Developer，可用鼠标双击桌面上的图标。
图4.4.1为打开的GX-Developer窗口。
图4.4.1
4.4.2创建新工程
（1）选择[工程]-[创建新工程]菜单项，或者按[Ctrl]+[N]键操作，在出现的创建新工程对话框中选择PLC类型，如选择FX2N系列PLC后，单击[确定]，如图4.4.2所示。
图4.4.2
（2）打开一个已有工程，选择[工程]-[打开工程]菜单或按[Ctrl]+[O]键，在出现的打开工程对话框中选择已有工程，单击[打开]，如图4.4.3所示。
图4.4.3
4.4.3编程操作
（1）输入梯形图
使用“梯形图标记”工具条（见图4.4.4）或通过执行[编辑]菜单—[梯形图标记]（见图4.4.5），将已编好的程序输入到计算机。
图4.4.4输入梯形图
（2）编辑操作
通过执行[编辑]菜单栏中的指令，对输入的程序进行修改和检查，如图4.4.5所示。
图4.4.5编辑操作
（3）变换
新工程输入完后要经变换才能保存。
如图4.4.6所示。
在变换过程中显示梯形图变换信息，如果在不完成变换的情况下关闭梯形图窗口，新创建的梯形图将不被保存。
图4.4.6变换操作
（4）保存
单击菜单【工程】，选择【保存工程】，（或单击图标
，或按Ctrl+s），出现【另存工程为】的对话框（见图），指定工程路径和工程名，点击【保存】。
在弹出的对话框中，如图所示，单击【是】。
图4.4.7
图4.4.8
第五章基于PLC控制的中央空调系统
5.1、PLC控制系统功能说明
5.1.1信号控制系统（如图）
5.1.2系统实现功能
1．冷冻泵和冷却泵：
当按下启动按钮后，冷冻泵和冷却泵就开始工作，直到按下停止按钮，才停止，在设计中，对应的是三号、四号电动机。
2．压缩机：
压缩机在设计中对应的是1号、2号电机。
温度大，说明室内温度高系统负荷大，应提高压缩机的转速，加速产生冷冻水，加快降低室内温度。
反之，温差小，说明室内温度低，系统负荷小，可降低压缩机的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以
升级会员 