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采用触摸屏的乙二醇空调联合系统设计

指导教师姓名

刘进志

高文中

指导教师职称

副教授

正高级工程师

评定成绩

指导教师

得分

评阅人

答辩小组组长

成绩：

院长（主任）签字：

年月日

毕业设计任务书

题　目

承担指导任务单位

机械工程学院

导师

姓名

职称

一、主要内容

（1）乙二醇空调节能系统的工作原理

（2）PLC控制系统的控制流程

（3）PLC及触摸屏的选型及界面设计

（4）PLC控制系统的软件设计

二、基本要求

1．设计说明书

一份

6．硬件成果

2．图纸

A3图纸2张

7．外文翻译

3000字

3．论文

8．计算机应用

CAD绘图

4．软件说明书

9．其他

5．软件

梯形图编程

三、主要技术指标

（1）系统设定温度由用户自定义，控制精度±

2度

（2）系统设定湿度由用户自定义，控制精度±

5%RH

（3）系统报警在高于设定温度范围时高温报警，在低于设定温度范围时低温报警；

在高于湿度设定范围时高湿报警，低于湿度设定范围时低湿报警

（4）室外干冷器的传感器温度工作范围-30℃～40℃

四、应收集的资料及参考文献

1、小型可编程控制器的实用技术主编王兆义机械工业出版社

2、可编程控制器应用技术与设计实例主编高钦和人民邮电出版社

3、变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书主编吴启红机械工业出版社

4、乙二醇热回收空调系统的节能分析主编刘传聚暖通空调2001年第4期

五、进度计划

第1周—第2周：

查阅有关资料和文献，撰写开题报告。

第3周—第5周：

设计出大致方案，外文翻译。

第6周—第7周：

进行原理图的设计，电路设计，对PLC进行选型。

绘制电器原理

图，设计PLC外部接线图。

第8周—第9周：

PLC程序设计，撰写论文。

第10周—第13周：

按要求的格式完善论文，准备答辩。

教研室主任签字

时　间

2010年3月20日

毕业设计开题报告

多功能挖装机的控制系统设计

蔡庆冰

20080546

机0801-2班

机械工程及其自动化

一、研究背景及国内外研究现状

电气控制技术随着科学技术的不断发展及生产工艺不断提出新的要求而得到飞速发展。

特别是随着PLC的应用及其功能不断提高和完善，PLC几乎可以完成工业控制领域的所有任务。

随着计算机技术的普及，在20世纪90年代初，出现了一种新的人机交互作用技术--触摸屏技术。

利用这种技术使用者只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，这样摆脱了键盘和鼠标操作，使人机交互更为直截了当。

因此，触摸屏技术已成为当前最简便的人机交流的输入设备。

随着我国通信行业和计算机行业的快速发展，大型通信设备和计算机的需求量急剧增加。

这些设备需要工作在恒温恒湿的条件下，目前我国主要通过机房专用空调来满足这一要求，空调的用电量很大，占到了机房总用电量的50%以上，因而存在较大的节能潜力。

科学的降低空调用电，建立一个节电、环保的数据中心自然成为很多数据中心管理者的重点工作之一。

我国北方高纬度地区，10°

以下的时间较长，每年可达120天以上，有着丰富的可以利用的自然冷资源。

乙二醇节能机组是一种可充分利用自然资源降温节能的设备，它利用冬季室外冷源，通过乙二醇泵的运转，将室内的热量传送到室外，由于它采用乙二醇泵的循环工作制冷，取代了空调的压缩机制冷，从而大大降低了电能消耗。

实验证明，其节能效果可达空调全年耗电量的30%，运行成本低，且设备运行稳定。

因此，研究乙二醇节能系统，开发乙二醇节能产品必能为广大用户带来丰厚的经济效益和社会效益。

目前在国外，意大利的海洛斯空调有限公司和美国的力博特公司做了大量的工作，先后开发了乙二醇节能系统，取得了良好的节能效果。

我国大庆油田也在2007年开发的中七浅冷装置乙二醇再生系统技术。

内蒙古移动在机房使用乙二醇空调系统，已经在实际的生产中创造了实际的经济效益。

二、期望达到的目标

1．用乙二醇节能机组利用冬季室外冷源，通过乙二醇泵的运转，将室内的热量传送到室外，用乙二醇泵的循环工作制冷的方式取代空调的压缩机制冷，从而大大降低了电能消耗。

2．熟悉PLC的工作原理，正确使用和选用；

3．掌握PLC程序设计的一般过程和方法，并具备阅读和分析电气控制线路的能力。

4．熟悉触摸屏的工作原理，掌握触摸屏的界面设计和与PLC技术联机的实际应用技术。

三、研究方案

1．查阅有关资料了解乙二醇空调机组的工艺过程，以及这个系统的控制要求。

2．查阅有关资料了解触摸屏的基本工作原理，根据系统要求选取合适的触摸屏类型。

3．根据工艺过程及控制要求选择PLC类型，分配控制系统的I/O点地址。

4．进行硬件设计绘制该系统的继电器－接触器控制原理图主要包括主电路图、控制

电路图。

绘制相关图纸，完成外文翻译。

5．根据前序工作编写PLC梯形图程序，完成相关文字说明，整理。

1．小型可编程控制器的实用技术主编王兆义机械工业出版社

2．可编程控制器应用技术与设计实例主编高钦和人民邮电出版社

3．乙二醇热回收空调系统的节能分析主编刘传聚等暖通空调2001年第4期

4．变频器、可编程序控制器及触摸屏中和应用技术实操指导书主编吴启红机械工业出版社

查阅有关资料和文献，撰写开题报告。

设计出大致方案，外文翻译。

进行原理图的设计，电路设计，对PLC进行选型。

绘制电器原理图，

设计PLC外部接线图。

PLC程序设计，撰写论文。

指导教师签字

时间

2012年　3月10日

摘要

这些设备需要工作在恒温恒湿的条件下，目前主要通过机房专用空调来满足这一要求，而空调的用电量很大，占机房总用电量的50％以上，因此存在较大的节能潜力。

采用乙二醇机组取代空调机组或者与空调机组联合使用，是一种节约能源的可行方案。

由于乙二醇泵的循环工作制冷，取代了空调的压缩机制冷，从而大大降低了电能的消耗。

乙二醇节能机组是一种可充分利用自然资源降温的设备。

本设计介绍了乙二醇空调节能系统的工作原理，阐述了控制系统硬件与软件设计方案，实现了对系统的控制。

系统的硬件设计包括PLC的选型、触摸屏的选型等，系统软件设计包括控制系统的梯形图设计和触摸屏界面设计。

实验证明，该系统具有运行稳定、可靠性高、实用性强等特点。

关键字：

乙二醇PLC触摸屏

Abstract

Withthefastdevelopmentofcorrespondandcomputerindustryinourcountry,large-scalecorrespondfacilityandcomputer'

sdemandsharplygrow.Theseequipmentsneedtoworkundertheconditionofconstanttemperatureandconstanthumidity.Atpresent,itmainlysatisfiesthisrequestthroughtheusingofspecial-purposeairconditioninginengineroom，buttheelectricityconsumptionofairconditioningisverylarge,itoccupiesabove50%oftheengineroom’stotalelectricityconsumption.Thereforeitexistpotentialonenergyconservation.Itisakindoffeasibleplantosaveenergythatusestheglycolunitreplacingairconditioningunitoruseswiththeair-conditioningunit.Itreducestheelectricityconsumptiongreatlywhentheglycolpump'

scyclerefrigerationreplacetheairconditioning'

scompressorrefrigeration,.Theglycolenergyconservationunitistheequipmentthatmayfullyusethenaturalresourcetodecreasetemperature.

Thisdesigndescribestheprincipleofenergyconservationsystemforglycolandairconditioning,expatiatesthehardwareandsoftwaredesigningschemeofthesystem,andcompletesthecontroltothesystembasically.Thedesignofsystem'

shardwareincludesthemodelofPLC,themodeloftouchscreenandsoon.Thedesignofthesoftwaresystemincludesthedesignofthetrapezoidalchartofcontrolsystemandthecontactsurfaceoftouchscreen.Theexperimentindicatesthatthissystemhassomeadvantagessuchasstableoperation,highreliabilityandbetterpracticality.

Keywords：

GlycolPLCtouchscreen

附录B图纸

第1章绪论

1.1乙二醇空调机组的节能系统课题研究的目的和意义

随着我国通讯行业和计算机行业的快速发展，大型通信设备和计算机的需求量急剧增加。

这些设备需要工作在恒温恒湿的条件下，目前，我国主要通过机房专用空调来满足这一要求，空调的用电量很大，占到了机房总用电量的50%以上，因而存在较大的节能潜力。

科学的降低空调用电，减少资源浪费成为节能的主要手段。

我国北方高维度地区，例如华北东北一带，10℃以下的时间长，每年可达长120天以上，有着丰富的自然冷资源发展潜力。

乙二醇节能机组就是一种可充分利用自然资源降温的设备，他通过乙二醇泵的运转，将室内的热量传送到带室外，冷却后又回到室内带走热量。

由于他采用乙二醇泵的循环工作制冷，取代了空调的压缩机制冷，从而大大降低了电能消耗。

试验证明，其节能效果可达空调全年耗电量的30%，运行成本低，而且设备运行稳定。

因此，研究乙二醇节能系统，开发乙二醇节能产品必能为广大用户带来可观的经济效益。

1.2国内外研究的现状

鉴于全球能源紧张的情况，世界各国都加强了节能技术的研究。

在空调节能方面采用乙二醇机组取代空调机组或者与空调机组联动使用是一种节约能源的可行方案。

乙二醇机组是一种可充分利用自然冷资源降温节能的设备，它利用冬季室外冷源，通过乙二醇泵的运转，将室内的热量传送到室外，由于它采用了乙二醇泵的循环工作制冷，取代了空调的压缩制冷，从而大大降低了电能消耗。

在国外，意大利的海洛斯空调有限公司和美国的力博特公司做了大量的工作，先后开发了乙二醇节能系统，取得了良好的节能效果，但其产品的售价较高；

目前，我国有一部分企业已将乙二醇制冷装置应用在了实际的生产中。

如大庆油田在2007年开发的中七浅冷装置乙二醇再生系统技术。

内蒙古移动在机房使用乙二醇空调系统，已经在实际的生产中创造了可观的经济效益。

1.3PLC控制的优点

自从1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台PLC（PDP-14型）,并在通用汽车公司自动装配线上的试用获得成功，一举开创了工业控制新时期。

1971年,日本从美国引进了这项新技术,很快研制成功日本的第一台PLC（DSC）；

1973年，西欧国家也研制出他们的第一台PLC。

这个阶段，世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

到80年代初，PLC在先进工业国家中已获得广泛应用。

这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。

多年来，可编程控制器从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；

其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；

其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。

今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。

PLC采用循环扫描的工作方式。

这个工作过程分为内部处理、通信操作、程序执行、程序输出几个阶段。

全过程扫描一次所需要的时间为扫描时间成为扫描周期。

内部处理阶段，PLC检测CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器等。

在通信操作阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当PLC处于停止状态时，只进行内部处理和通信操作等内容。

在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。

扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行程序，直到程序结束。

然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。

接着，将进入程序执行阶段，在程序执行阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。

即：

输入映像存储器每周期刷新一次。

PLC扫描周期一般仅几十微秒，两次采样之间的间隔时间很短，对一般的开关量而言，可以认为采样是连续的。

根据PLC梯形图程序扫描原则，PLC按先左后右，先上后下的步序语句逐句扫描。

但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。

在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中（称为“输出状态刷新”），通过一定方式输出，驱动外部负载。

可编程控制器（PLC）把计算机的功能完备，灵活性、通用性好等优点和继电器-接触器控制系统的操作方便、价格低、简单易懂等优点结合起来，成为一种适应工业环境的通用控制装置，并独具一格的采用以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使编程方法和程序输入更加简便。

现在，PLC正改变着工厂自动控制的面貌，对传统产业的技术改造、发展新型工业具有重大的实际意义。

PLC控制系统的优点如下：

（1）可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统将具有极高的可靠性。

（2）配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。

（4）系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造

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。

1.4论文研究内容及创新点

1.4.1主要研究内容

论文主要研究PLC控制的基本原理；

PLC控制工艺流程；

PLC控制系统硬件和软件的设计；

PLC梯形图的编制，以及乙二醇空调节能系统的工作原理、工艺流程及基本操作步骤。

通过设计PLC控制系统，在一定的室外温度的条件下，用乙二醇系统代替空调机组运行，达到节能的效果；

采用触摸屏控制PLC的运行及显示部分输出，方便用户操作。

1.4.2主要创新点

（1）研究设计乙二醇空调机组用于大型机房空调节能系统。

为了保证大型机房的恒温恒湿环境，需采用机房专用空调机组，但这也会消耗大量的电能；

而乙二醇是一种沸点较低的材料，采用乙二醇循环液的机组可充分利用室外自然冷资源降低室内温度，在室外温度满足条件的情况下取代了空调的压缩机制冷，从而大大降低了电能消耗。

（2）采用触摸屏作为人机交互的操作端。

触摸屏作为2O世纪9O年代初出现的一种最直观的计算机的输入设备，使用者只要触摸屏幕上的图形对象,从而摆脱了键盘和鼠标操作；

而且用户可以直接读取PLC运行过程中环境的温度湿度等的量化参数，还可以根据环境变化随时重新设定参数的标准值，使该系统具有强大的环境适应能力。

第2章工艺过程及控制要求

2.1乙二醇空调机组节能系统的工艺过程

由于现代通信设备功率密度大,单位体积发热高,即使在寒冷的冬季，交换、数据等机房仍然需要通过空调压缩机不断制冷，从而达到通信设备对环境温度的要求。

而乙二醇节能机组利用冬季室外温度较低的特点，通过乙二醇泵的运转，将乙二醇作为介质，进行室内外的热交换，减少或避免空调压缩机工作，从而达到节能的目的。

空调压缩机是在空调制冷剂回路中起压缩驱动制冷剂的作用。

工作回路中分蒸发区（低压区）和冷凝区（高压区）。

室内机和室外机分别属于高压或低压区（要看工作状态而定），压缩机一般装在室外机中。

压缩机把制冷剂（氨或氟里昂）从低压区抽取来，经压缩后送到高压区冷却凝结，通过散热片散发出热量到空气中，制冷剂也从气态变成液态，压力升高。

制冷剂再从高压区流向低压区，通过毛细管喷射到蒸发器中，压力骤降，液态制冷剂立即变成气态，通过散热片吸收空气中大量的热量。

这样，机器不断工作，就不断地把低压区一端的热量吸收到制冷剂中再送到高压区散发到空气中，起到调节气温的作用。

但是这样需要空调压缩机不停歇的运转，消耗大量的电能，而乙二醇节能机组利用冬季室外冷源，通过乙二醇泵的运转，带动乙二醇液体循环，将室内的热量传到室外的冷凝器，在由室外的板式热交换器将乙二醇液体的热量散发出去，这样制冷就用泵循环工作动力代替了压缩机工作动力（如图2-1），在同样保证机房在恒温、恒湿和机房的洁净的条件下，达到节能的目的。

2.2乙二醇空调联合制冷系统的控制要求

（1）空调制冷系统：

通信的机房温度和湿度可根据用户需要直接在触摸屏上分别设定，其温度控制精度±

2℃，湿度控制精度±

5%RH。

如果室内温度过高，且室外温度高于乙二醇系统启动最高温度时，则启动空调控制系统用来实现机房内温度的调节，此时触摸屏高温报警灯亮，空调指示灯指示工作；

如果室内温度降到要求的范围内时，那么制冷系统停止工作，即空调压缩机停止运转，此时触摸屏高温报警灯和空调指示灯熄灭。

通过空调压缩机的启停，来实现机房内的温度恒定。

（2）乙二醇制冷系统：

而乙二醇控制系统通过室外的温度传感器发出信号，当室外温度低于用户设定的乙二醇工作温度时，控制系统（PLC）发出信号给乙二醇泵，乙二醇泵开始运转，带动乙二醇液体在管路中循环，同时室外风机通电，使乙二醇散热速度加快，通过乙二醇循环吸收室内热量，从而使室内的温度降低，同时触摸屏上的高温报警灯和乙二醇泵指示灯亮；

当温度降到到机房设定温度范围内，传感器反馈到控制系统，控制系统发出信号使乙二醇泵停止工作，同时室外风机断电，触摸屏上的高温报警灯和乙二醇泵指示灯灭。

（3）加热器：

若环境温度的过低，极易造成电子元件的损坏，所以要先将室内温度升到一定的值才能启动室内的电气设备。

此时通过传感器的检测，给PLC发送信号，启动加热器，此时触摸屏上的低温报警灯和加热器指示灯亮；

当温度升到用户设定的范围内时，加热器停止工作，此时触摸屏上的低温报警灯和加热器指示灯灭。

（4）加湿器：

当室内湿度低于机房设定值时，室内的湿度传感器将信号传递给控制系统，控制系统发出指令，加湿器开启，此时触摸屏上的加湿器指示灯和低湿报警灯亮；

经过一段时间的加湿，湿度达到设定值后，传感器见信号反馈给控制系统，加湿器关闭。

由于乙二醇制冷系统需要室外有较长时间的低温，一般在北方应用，考虑到北方气候普遍干燥的情况，所以本系统设计略去了室内高湿的情况。

第3章PLC控制系统硬件设计

PLC硬件系统设计中最重要的是PLC的选型和I/O配置，设计出合理的PLC外部接线图也很重要。

对PLC的输入、输出进行合理的地址编号，会给PLC系统的硬件设计、软件设计和系统调整带来很多方便。

具体来说，PLC控制系统硬件设计可分为：

确定I/O设备；

PLC的选择；

分配I/O点，绘制I/O接线图；

然后就是控