基于PLC的中央空调控制系统设计最新论文设计.docx

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优秀论文

未经允许

审核通过

切勿外传

哈尔滨理工大学

毕 业 设 计

题 目：

基于PLC的中央空调控制系统设计院、 系：

自动化学院自动化系

系主任：

2012年06月25日

I

II

哈尔滨理工大学毕业设计（论文）任务书

III

基于PLC的中央空调控制系统设计

摘要

中央空调现已广泛的应用在各大商场、办公大厦等场所中，传统控制系统中在控制较适宜的温度的同时，却消耗了大量的能量。

如今，人们越来越重视中央空调的舒适性和节能性，本文重点研究了中央空调冷冻泵机组控制系统，为舒适的生活工作环境及有效节能提供了技术条件。

本文首先介绍了中央空调的结构和工作原理，总结了传统中央空调的缺点，即冷冻泵、冷却泵不能自我调节负载，长期处于满负荷运行，造成了极大的能源浪费，随着变频技术日趋成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量达到节能目的。

该系统采用西门子的S7—200PLC作为主控制单元，利用传统PID控制算法，通过西门子MM440变频器控制水泵运转速度，保证系统根据实际负荷的情况调整流量，实现恒温控制，同时又可以节约大量能源。

通过对中央空调的理论分析，验证了以出回水温差为根据对其进行变流量控制的可靠性。

对变频控制系统进行了设计，为实现温度信号远距离传送，设计了基于USS协议的RS-485总线通讯的网络。

通过西门子TD200文本显示器实现人机界面的设计，最后使用MCGS工控组态软件进行了系统的组态设计研究。

关键词 中央空调；PLC；变频器；PID；RS-485

PLCBasedCentralAirConditioningControlSystemDesign

Abstract

Centralairconditioningwidelyusedinmajorshoppingmalls,officebuildingsandotherplaces,thetraditionalcontrolsysteminthecontrolofsuitabletemperatureatthesametime,itconsumesalotofenergy.nowadays,peoplepaymoreandmoreattentiontocentralairconditioningcomfortandenergyefficiency,thispaperfocusesontheresearchofcentralairconditioningrefrigerationpumpunitcontrolsystem,forcomfortablelivingandworkingenvironmentandeffectiveenergy-savingprovidetechnicalconditions.

Thispaperintroducesthestructureandworkingprincipleofcentralairconditioning, summarizes the traditional central air-conditioning systemshortcomings,namelyrefrigerationpump,coolingpumpcannotselfregulationinlong-termload,fullloadoperation,causinggreatwasteofenergy,alongwiththefrequencyconversiontechnologyismaturewitheachpassingday,theuseoffrequencyconverter,PLC,digitaltoanalogconversionmodule,temperaturesensorsandotherdevicestheorganiccombinationofform,thermoelectricclosed-loopautomaticcontrolsystem,automaticallyadjustthepumpoutputflowtoachievethepurposeofenergysaving.ThesystemadoptsSiemensS7-200PLCasthemaincontrolunit,byusingthetraditionalPIDcontrolalgorithm,throughtheMM440Siemensinvertercontrolpumpspeed,ensurethesystemaccordingtotheactualloadadjustingflow,toachieveconstanttemperaturecontrol,butalsocansavealotofenergy.

Throughthetheoreticalanalysisonthecentralairconditioning,provedtoa

backwatertemperaturebasedonthevariableflowcontrolreliability.Thefrequencyconversioncontrolsystemwasdesigned,inordertorealizethetemperaturesignalremotetransmissionbasedonUSSprotocol,thedesignofRS-485buscommunicationnetwork.SiemensTD200textdisplayisrealizedthroughtheman-machineinterfacedesign,finallyusingtheMCGSconfigurationsoftwareforsystemconfigurationdesignandresearch.

KeywordsCentralairconditioning；PLC；frequencyconverter；PID；RS-485

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1课题背景 1

1.2中央空调控制的研究现状及发展 2

1.2.1中央空调控制系统的发展 2

1.2.2中央空调变流量控制的发展 3

1.3本研究课题的主要工作 4

第2章中央空调变流量控制的原理 5

2.1中央空调系统的结构和原理 5

2.1.1概述 5

2.1.2制冷原理 5

2.1.3中央空调系统的构成 5

2.2中央空调变流量控制的原理及特点 5

2.2.1变流量空调系统概述 5

2.2.2中央空调变流量控制的实现方式 7

2.2.3中央空调系统变流量系统的特点 9

2.3电机的软启动原理及应用 10

2.3.1软启动设备介绍 10

2.3.2软启动器的应用场合 10

2.3.3软启动器与变频器之间的区别对比 10

2.4PID控制的设计 11

2.4.1PID控制原理 11

2.4.2PID控制器的参数整定 12

2.4.3PID的反馈逻辑 12

2.4.4P、I、D参数调整原则 13

2.4.5对空调系统的PID变频控制 13

2.4.6实现设定值的自动调节 13

2.4.7PID控制器设计及实现 13

2.5本章小结 15

第3章中央空调控制系统的硬件设计 16

3.1变频器的原理 16

3.2西门子MM440变频器性能介绍 16

3.2.1主要特征 17

3.2.2控制性能的特点 17

3.2.3保护功能 17

3.2.4变频器运行的环境条件 17

3.2.5使用变频器设计系统时需注意的问题 18

3.3PLC选型 18

3.3.1PLC简介 18

3.3.2PLC控制功能的选择 18

3.3.3西门子S7-200PLC介绍 20

3.3.4模拟量IO模块的种类 20

3.3.5EM231技术指标 21

3.3.6EM232技术指标 21

3.3.7EM231RTD接线及注意事项 21

3.4PT100温度传感器 21

3.5PT100温度变送器 22

3.6人机界面设计 22

3.7系统硬件设计 23

3.8本章小结 25

第4章控制系统软件设计 26

4.1设备间通讯 26

4.1.1RS-485介绍 26

4.1.2USS协议 26

4.2PLC的初始设定 27

4.3PLC主程序流程图 29

4.4PLC编程软件 30

4.5程序设计 30

4.5.1中央空调控制系统的IO分配表 30

4.5.2程序中使用的存储器及功能 31

4.6中央空调控制系统的MCGS组态 32

4.6.1MCGS组态软件简介 32

4.6.2MCGS6.2通用版介绍 32

4.6.4系统脚本程序编写 34

4.6.5组态运行界面 35

4.7本章小结 36

结论 37

致谢 38

参考文献 39

附录C 40

1.1课题背景



第1章绪论

随着国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，为了保证温度恒定，中央空调系统已广泛应用于工业与民用建筑领域，例如酒店、宾馆、办公大厦、商场、工厂厂房等场所。

随着时间的推移，人们对中央空调控制系统运行效果的评价也改变了。

舒适节能才是最符合人们对中央空调系统提出新的要求，希望在能耗更低的情况下保持室内合适的温度、湿度。

统计数字显示，传统的中央空调控制系统耗电量极大，且存在巨大的能源浪费。

中央空调系统普遍存在着30％以上的无效能耗，有些中央空调系统的无效能耗甚至可以高达50％以上。

采用新技术降低系统能耗成为当务之急。

因为能源是发展国民经济的重要因素，我国近年来能源短缺的现实，节能减排才是重中之重。

建设节能型社会，促进经济可持续发展，是实现全面建设小康社会宏伟目标，构建和谐社会的重要基础保障[1]。

在传统的设计中，中央空调的制冷机组、冷冻水循环系统、冷却水循环系统、冷却塔风机系统、风机盘管系统等都是按照建筑物最大负荷制定的，且留有充足余量。

不管在什么时间，负荷的多少，各电机