【正文】 靠性，其平均無故障時間達到（ 3～ 5） 410 h。 選擇性能好的變頻器應用到工業(yè)控制中， 從而使得工業(yè)控制更接近理想化， 是每個專業(yè)技術人員共同追求的目標。 1． 整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。 1． 運算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算， 決定逆變器的輸出電壓、頻率。 一、 U/f=C 的正弦脈寬調(diào)制（ SPWM）控制方式 U/f特點是控制電路結(jié)構簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領域得到廣泛應用。其實質(zhì)是將交流電動機等 效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學模型。具體方法是： —— 控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，實現(xiàn)無速度傳感器方式； —— 自動識別（ ID）依靠精確的電機數(shù)學模型，對電機 參數(shù)自動識別； —— 算出實際值對應定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實際的轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈、轉(zhuǎn)子速度進行實時控制； 本科生畢業(yè)設計 15 —— 實現(xiàn) Band— Band控制按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的 Band— Band控制產(chǎn)生 PWM信號，對逆變器開關狀態(tài)進行控制。所以，電機的轉(zhuǎn)速稍有下降，輸出功率就會大幅度減小，節(jié)能效果也愈加顯著。 3. 變頻器與負載的匹配問題 ： （ 1）電壓匹配： 變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。 本科生畢業(yè)設計 17 第五 章 PLC在中央空調(diào) 集中控制 中的應用 本章將 以某工程為例 詳細講述 以 PLC、變頻器為核心構成的中央空調(diào) 集中 控制系統(tǒng)，并介紹該系統(tǒng)的系統(tǒng)構成及工作原理，硬件、軟件設計及系統(tǒng)優(yōu)點。 2． 各設備的程序聯(lián)動 啟動：冷卻塔風機 → 冷卻水泵 → 冷凍水泵 → 冷水機組。此外， 由于冷凍泵、冷卻泵采用變頻器軟啟停，消除了原來啟動時大電流對電網(wǎng)的沖擊，用電環(huán)境得到了改善；消除了啟停水泵產(chǎn)生的水錘現(xiàn)象對管道、閥門、壓力表等的損害 ； 消除了原來直接啟停水泵造成的機械沖擊，電機及水泵的軸承、軸封等機械磨擦大大減少，機械部件的使用壽命得到延長 ；由于水泵大多數(shù)時間運行在額定轉(zhuǎn)速以下，電機的噪聲、溫升及震動 都大大減少，電氣故障也比原來降低，電機使用壽命也相應延長。 低壓電器 ： 由接觸器、斷路器、熱繼電器、中間繼電器等設備組成。 PLC： 采用 OMRON 公司 CP1H 型號的產(chǎn)品 。 這種情況下 ， 電機總是處于全速運轉(zhuǎn)狀態(tài) ， 當負荷小時 ， 相應調(diào)節(jié)冷卻水 、 冷凍水系統(tǒng)的節(jié)流閥 ， 改變管道的截面積來調(diào)節(jié)流量 ， 節(jié)流閥會對水流產(chǎn)生阻力 ， 產(chǎn)生嚴重的節(jié)流損耗 ， 并 會引起機械振動和產(chǎn)生噪音 。如此不斷循環(huán)，把建筑物里的熱量帶出 ，達到降低環(huán)境溫度的目的。 5. 變頻器如果要長電纜運行時，則 要采取措施抑 制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，以此 變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。為了實現(xiàn)大調(diào)速比的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，常采用加大通用變頻器容量的辦法。若水泵電機的轉(zhuǎn)速能根據(jù)熱負荷來調(diào)整，那么電機的功耗可大大減少，從而節(jié)約了電能。該技術目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。目前，該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。但控制電路環(huán)節(jié) 較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。 第 二 節(jié) 變頻器 的 控制方式 低壓通用變頻輸出電壓為 380～ 650V，輸出功率為 ～ 400kW，工作頻率為 0～400Hz，它的主電路都采用交 — 直 — 交電路。以電壓型 pwm 逆變器為例示出開關時間和電壓波形。 圖 311 變頻器總體結(jié)構框圖 本科生畢業(yè)設計 12 二 、變頻器 基本結(jié)構 （一）主電路 主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分 。 PLC 標準的積木式硬件結(jié)構與模塊化的程序設計可以適應大小不同、功能復雜的控制要求，并能適應產(chǎn)品規(guī)格或工藝要求的變動，從而可以節(jié)省大量的人力和物力。 三、 PLC 的 特點 可編程控制器具有許多明顯的特點，其中最主要的有以下幾點。在通信服務階段， PLC 與 帶微處理器的智能裝置通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。這樣，即使某個 CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。其機組運轉(zhuǎn)噪聲低，對環(huán)境影響小，與同等能力的其他類型空調(diào)器相比，運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，從而拓寬了其適應范圍。在這個過程里，冷凍水、冷卻水作為能量傳遞的載體，在冷凍泵、冷卻泵得到動能不停地循環(huán)在各自的管道系統(tǒng)里， 不斷地將室內(nèi)的熱量經(jīng)冷凍機的作用，由冷卻塔排出。 冷媒系統(tǒng)一般配備一臺壓縮機冷凝器有風冷和水冷形式?？筛鶕?jù)負荷的要求自動控制機組的運行，從而達到最佳的性能。 一個完整的室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)是 由測定溫度的傳感器，變送器，調(diào)節(jié)器，執(zhí)行器和房間對象等幾個環(huán)節(jié) 組成的。 ② 水系統(tǒng)控制； ③ 風系統(tǒng)控制。 本科生畢業(yè)設計 3 第二 章 中央空調(diào) 簡述 本章將概要地講述一下中央空調(diào)系統(tǒng)的一般組成及其分類，以及基本的 自動控制原理，然后著重講解一下戶式水冷式中央空調(diào)的結(jié)構和工作原理。 隨著工業(yè)自動化控制的發(fā)展 ,一種新的工控產(chǎn)品人機界面又稱觸摸屏出現(xiàn) ,給予工業(yè)設備現(xiàn)場控制一種全新的圖形操作界面。采用新技術降低系統(tǒng)能耗 非常重要 。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 在本文中，以某 小區(qū) 中央空調(diào)系統(tǒng)為例，從中央空調(diào)的工作原理、 PLC 和變頻器的工作原理、如何實現(xiàn) 基于觸摸屏的 PLC和變頻器在中央空調(diào)中的應 用等幾個主要方面較為詳細地闡述如何實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的集中控制。在現(xiàn)代工廠企業(yè)、辦公大樓、商廈、酒店等環(huán)境中，中央空調(diào)系統(tǒng)得到了廣泛的運用，用來給人們提供一個舒適的生產(chǎn)和生活環(huán)境。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 涉密論文按學校規(guī)定處理。近年來節(jié)能降耗被國家擺到空前重要的位置。 2. 空調(diào)能耗的降低 相應的對以下方面也有重要作用： 解決當前電力供需矛盾、提高電網(wǎng)的負荷率和發(fā)電設備及輸電設施利用率、保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行、減小國家電力投資 。如再結(jié)合室內(nèi)空氣動力學和高等流體力學，那么所有的問題都可以迎刃而解。 2． 回風式：這種系統(tǒng)的特點是送風中除一部分室外空氣外，還利用部分室內(nèi)回風。（二） 戶式中央空調(diào)器的特點： 1． 優(yōu)點 （ 1） 舒適 它適合作為別墅、公寓、家庭的暗藏式空調(diào)器，可使冷（熱）風均勻地分布到各房間，形成“零”溫差，而且噪音極低，保證了寧靜的家居環(huán)境，避免了其他分體機常有的直吹過冷和房 間冷熱不均的現(xiàn)象。 （ 3）價格較昂貴 以一個 150 平方米的三室兩廳計算，普通冷暖分體式空調(diào)器共需 19000 元左右，而戶式中央空調(diào)系統(tǒng)一般情況下，大約需要 3 萬元。末端設備采用風機盤管來進行熱量交換。因此，該系統(tǒng)可以對每個空調(diào)房間進行單獨調(diào)節(jié)，滿足不同房間不同的空調(diào)需求， 同時其節(jié)能性也較好。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 本科生畢業(yè)設計 8 圖 221 可編程序控制器結(jié)構框圖 PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構基本上與微型計算機相同： （一） 中央處理 單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。 本科生畢業(yè)設計 9 PLC 輸入接口 可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)作為 PLC 對被控制對象進行控制的依據(jù) PLC 輸出接口 將處理結(jié) 果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的 I / O 接口的作用 其實主要是 電平轉(zhuǎn)換功能：由于外部輸入設備和輸出設備所需的信號電平是多種多樣的，而 PLC 內(nèi)部 CPU 的處理的信號是標準電平信號。 1. 輸入處理階段 PLC 在輸入處理階段，以掃描方式順序讀入所有輸入端的通 /斷狀態(tài)，并將此狀態(tài)存入輸入映像寄存器。 1982 年美國對 PLC 使用情況的數(shù)據(jù)調(diào)查表明， 93%的用戶認為可靠性高是選用 PLC 的首要依據(jù)。下面將介紹變頻器的 基本概念及 工作原理 。也可用兩組晶體管變流器構成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉(zhuǎn)。 2． 電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。 五、 矩陣式交 — 交控制方式 VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交 — 直 — 交變頻中的一種。 矩陣式交 — 交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應（ 2ms），很高的速度精度（177。電機轉(zhuǎn)速p sfn )1(60 ??，電機轉(zhuǎn)速可通過頻率調(diào)節(jié)實現(xiàn)，則332 fnP ?? 。 （ 2） 電流匹配： 普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機的額定電流相符。 第一節(jié) 工程概述 一、 工程概況 某 小區(qū)中央空調(diào)系統(tǒng)的主要設備情況如下 ： 名稱 數(shù)量（臺） 流量（ M3/H） 揚程（ MH2O） 電機功率（ KW） 備注 冷卻塔 3 *3 二用一備 冷卻水泵 3 *3 二用一備 冷凍水泵 3 *3 二用一備 冷水機組 3 *3 中央空調(diào)集中控制 系統(tǒng)，由三臺冷卻水泵、三臺冷凍水泵、三臺冷卻塔風機、三臺冷水機組等主要設備組成制冷系統(tǒng)，其中冷水機組是由設備生產(chǎn)廠成套供應的。 停止：冷水機組 → 冷凍水泵 → 冷卻水泵 → 冷卻塔風機。由于采用了溫差閉環(huán)變頻調(diào)速，提高了冷凍機組的工作效率，提高了自動化水平。 溫度變送器 ： 檢測循環(huán)水溫度，轉(zhuǎn)換為 4～ 20mA電流信號送 PLC。 二、控制系統(tǒng)的硬件選擇 系統(tǒng)硬件主要由 PLC、變頻器、低壓電器、 溫度傳感器、 溫度變送器等設備組成 。 而通常情況下 ， 由于季節(jié)和晝夜氣溫的變化及所啟用空調(diào)數(shù)目的不 同， 實際換熱量遠小于設計值 ， 且隨著外界環(huán)境的變化 ， 調(diào)節(jié)相當頻繁 ， 傳統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)是通過改變閥門的開度來實現(xiàn)的 。液體 制冷劑由冷凝器進入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收熱量，使冷凍水降溫，冷凍水進入 風機盤管后吸收空氣中的熱量。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型。對于恒轉(zhuǎn)矩類負載或有較高靜態(tài) 轉(zhuǎn)速精度要求的機械應選用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型通用變頻器，這種通用變頻器低速轉(zhuǎn)矩、靜態(tài)機械特性硬度大，不怕負載沖擊，具有挖土機特性。熱交換量的大小取決于冷卻水或冷凍水的流量，而水的流量取決于水泵電機的轉(zhuǎn)速。它能實現(xiàn)功率因數(shù)為 l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術在很大程度上解決了上述矢量控制 的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。經(jīng)實踐使用后又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。 本科生畢業(yè)設計 13 5． 保護電路 :檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。 3． 逆變器 ：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使 6 個開關器件導通、關斷就可以得到 3相交流輸出。 變頻器總體結(jié)構框圖如 311所示。 （ 三 ）功能完善，應用靈活 PLC 的基本功能包括數(shù)字和模擬量輸入／輸出、算術和邏輯運算、定時、計數(shù)、移位、比較、代碼轉(zhuǎn)換等，其擴充功能有批數(shù)據(jù)傳輸、排序查表、中斷控制、函數(shù)運算、通信聯(lián)網(wǎng)、 PID閉環(huán)控制、監(jiān)控報警等，可以組成功能完善的控制系統(tǒng)。 3. 輸出處理階段 本科生畢業(yè)設計 10 在所有用戶程序執(zhí)行完畢后，將輸入映像寄存器的通 /斷狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出寄存器，通過隔離電路、驅(qū)動功率放大電路、輸出端子，向外輸出控制信號，這才是PLC 的實際輸出。 在內(nèi)部處理階段， PLC 檢查 CPU 模塊內(nèi)部硬件是否正常，復位監(jiān)視定時器，及其完成其它一些內(nèi)部處理。 為了進一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。在草案中對可編程控制器定義如下： “ 可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。 小型水管式中央空調(diào)器的安裝方便，因使用空氣冷凝器而 省去了冷卻塔，可安裝于屋頂、陽臺或室外，只需連通冷（熱）水路、水泵即可進行系統(tǒng)冷（熱）水循環(huán)。在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中，在冷卻泵的作用下冷卻水 流經(jīng)冷凍機，在冷凝器吸收升溫后（ 37