【導(dǎo)讀】為了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的瓶頸，各行各業(yè)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到節(jié)能的重大意義。節(jié)能型社會(huì)已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的必然選擇。當(dāng)前我國(guó)建筑能耗約占社會(huì)?？偰芎牡?0%，其中中央空調(diào)能耗占整個(gè)建筑物運(yùn)行能耗的60%左右。系統(tǒng)節(jié)能控制在節(jié)能領(lǐng)域具有非常重要的地位。本文基于變頻器設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套能有效實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)節(jié)能的控制系統(tǒng)。來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。

　　

【正文】 :；休息室： ；辦公室： 三層：閱覽室： ；觀象室： ；辦公室： 四層：閱覽室： 112500；辦公室： 7500；休息室： 7500 五層：閱覽室： 95625；研究室： ；辦公室： 7500；休息室： 7500 總面積：地下室： ；一層： ；二層： ；三層： ； 四層： ；五層： 總面積： 因此：根據(jù)這些數(shù)據(jù)用圖書館各室的面積乘以其相對(duì)應(yīng)的冷負(fù)荷指標(biāo)，可以計(jì)算出圖書館各個(gè)房間的冷負(fù)荷，見表 52： 表 52圖書館各室的冷負(fù)荷 各室類型 冷負(fù)荷指標(biāo)（ mW 2/ ） 面積 負(fù)荷 會(huì)堂、報(bào)告廳 269 展覽廳、陳列室 177 圖書館閱覽室 121 辦公室 131 小會(huì)議室 235 休息廳 370 研究室 140 55125 貴賓室 120 6750 大會(huì)議廳 358 225 80550 中廳 180 101250 總計(jì) 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 19 中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 模塊式空調(diào)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面：一個(gè)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；一個(gè)是PLC 電氣控制的設(shè)計(jì) 。機(jī)械結(jié)構(gòu)是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)控制功能的前提； PLC 電氣控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)控制功能的核心部分，兩方面的設(shè)計(jì)過(guò)程互獨(dú)立，同時(shí)也需要相互交流。兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)可以同步進(jìn)行，但是需要先分析和研究控制系統(tǒng)的整體功能，對(duì)整體結(jié)構(gòu)深入了解之后，設(shè)計(jì)出整體框架，明確兩個(gè)部分的具體功能及兩個(gè)部分的接口。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，仍然需要兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)人員不斷地交流設(shè)計(jì)思想，只有充分了解對(duì)方的設(shè)計(jì)思想和過(guò)程之后，才能最大程度地避免產(chǎn)生錯(cuò)誤。 空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)制冷 /制熱傳送介質(zhì)的不同可分為全空氣系統(tǒng)和空氣 水系統(tǒng)。 全空氣系統(tǒng)是指空氣進(jìn)行制 冷和制熱全部都是由送風(fēng)空氣來(lái)承擔(dān)的系統(tǒng)，根據(jù)回風(fēng)方式可分為一次回風(fēng)式和兩次回風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)。一次回風(fēng)系統(tǒng)是指全部回風(fēng)和新風(fēng)混合后進(jìn)入空氣處理設(shè)備，經(jīng)過(guò)處理再送入室內(nèi)。二次回風(fēng)系統(tǒng)是指將回風(fēng)分為兩個(gè)部分，一部分在空氣處理設(shè)備前與新風(fēng)混合，另外一部分則是在空氣處理設(shè)備后與混合空氣再次進(jìn)行混合的系統(tǒng)。根據(jù)工作中風(fēng)量是否變化可分為定風(fēng)量系統(tǒng)，定風(fēng)量系統(tǒng)可以較好地穩(wěn)定室內(nèi)的空氣條件，同時(shí)它的能耗也會(huì)相應(yīng)增加；變風(fēng)量系統(tǒng)的送風(fēng)量可在一定范圍內(nèi)變化，因此它的能耗會(huì)顯著降低，但是由于該系統(tǒng)的送風(fēng)量是根據(jù)室內(nèi)溫度來(lái)調(diào)節(jié)的，所以 它維持室內(nèi)空氣的穩(wěn)定性不如定風(fēng)量系統(tǒng)。 空氣 水系統(tǒng)是指系統(tǒng)是指?jìng)鬟f熱或冷的介質(zhì)分別由空氣和水構(gòu)成，此系統(tǒng)包含兩個(gè)子系統(tǒng)：風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)。風(fēng)系統(tǒng)的工作原理與全空氣系統(tǒng)一樣，但它僅輸送新風(fēng)；而水系統(tǒng)則是將冷凍水或熱水從空調(diào)機(jī)房輸送到室內(nèi)的裝置中，通過(guò)散熱設(shè)備對(duì)室內(nèi)進(jìn)行制冷或加熱。 常用的空調(diào)根據(jù)系統(tǒng)的組合情況分為整體式和分體式兩種，整體式空調(diào)將空氣處理設(shè)備（風(fēng)機(jī)、空氣過(guò)濾器、加熱器和加濕器等）、制冷設(shè)備（壓縮機(jī)、冷凝器和蒸發(fā)器等）和電氣控制系統(tǒng)都安裝在一個(gè)整體框架中，構(gòu)成一個(gè)整體式的設(shè)備；分體式空調(diào)則是將空 氣處理設(shè)備和制冷系統(tǒng)分成兩個(gè)部分，空氣處理設(shè)備置于室內(nèi)成為室內(nèi)機(jī)，制冷系統(tǒng)則基本上全部設(shè)置在室外機(jī)中。所以兩個(gè)部分一般采用兩根紫銅管連接，便于進(jìn)行制冷劑的循環(huán)，這樣就構(gòu)成了一個(gè)完整的空調(diào)系統(tǒng)。 通過(guò)以上幾個(gè)部分的介紹，對(duì)空調(diào)的大致結(jié)構(gòu)有了一定的了解，可以看出一個(gè)完整的空調(diào)系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分。 （ 1）空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)系統(tǒng) 空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)系統(tǒng)主要功能是完成對(duì)冷量和熱量的輸送，主要包括送風(fēng) /回風(fēng)結(jié)構(gòu)、風(fēng)管系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)。 ① 送風(fēng) /回風(fēng)結(jié)構(gòu)。空調(diào)常用的送風(fēng)方式，主要有側(cè)送風(fēng)、孔板送風(fēng)、條縫送風(fēng)等幾種形式。對(duì)于要求 室內(nèi)溫度波動(dòng)范圍小的控制系統(tǒng)多采用前兩種和散流器送風(fēng)模式，除此之外，又出現(xiàn)了一種新型的送風(fēng)方式 置換送風(fēng)。 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 20 側(cè)送風(fēng)結(jié)構(gòu)是指送風(fēng)口位于房間側(cè)壁上方，送氣的方向?yàn)闄M向進(jìn)入，而工作區(qū)得氣流通常是回流；回風(fēng)口與送風(fēng)口同側(cè)。采用側(cè)送風(fēng)方式送入的氣流是以貼附射流的形式出現(xiàn)，這類型氣流具有射程長(zhǎng)、射流衰減充分等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)側(cè)送風(fēng)的管道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于施工，因此被廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。 條縫送風(fēng)結(jié)構(gòu)是指送風(fēng)口位于房間的頂部，其形狀為條縫形，條縫送風(fēng)結(jié)構(gòu)送出的氣流是向房間的下方送出扁平射流，其射程較短、送風(fēng)的溫度和速度衰減 較快，使得工作區(qū)的溫度分布比較傲均勻，這類方式適用于民用建筑和工業(yè)場(chǎng)合中的一般空調(diào)，它的回風(fēng)口位于房間的側(cè)下方。 散流器是一種置于天花板的送風(fēng)口，既可以與天花板的下表面齊平，也可以安裝在天花板的下表面處。散流器的形狀有方形、圓形和矩形，常用的散流器有盤式散流器、直片式式散流器、流線型散流器和送吸式散流器。 風(fēng)管系統(tǒng)。風(fēng)管系統(tǒng)是由輸送空氣的管道和風(fēng)管附件構(gòu)成的，風(fēng)管附件主要有各種調(diào)節(jié)活門、閘板、倒流葉片和防雨?yáng)鸥竦?。調(diào)節(jié)活門主要用于調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小和風(fēng)量的分配；閘板的作用是切斷風(fēng)源，氣密性要強(qiáng)于調(diào)節(jié)活門；倒流葉 片是減少管處渦流的產(chǎn)生；防雨?yáng)鸥裰饕仓糜谶M(jìn) /出風(fēng)口上，是為了 防止雨雪的侵蝕。 ③風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)中輸送空氣的主要設(shè)備，常采用的風(fēng)機(jī)有離心式、軸流式和貫流式三種。貫流式風(fēng)機(jī)目前僅用于某些固定的空調(diào)機(jī)組設(shè)備中，例如，風(fēng)機(jī)盤管風(fēng)幕等，而在工程中大量使用的是離心式和軸流式風(fēng)機(jī)。 (2)空調(diào)的水系統(tǒng) 空調(diào)的水系統(tǒng)中，主要包括冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、水管系統(tǒng)和水泵，以下將分別介紹這幾個(gè)方面。 ①冷凍水系統(tǒng)。在空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水系統(tǒng)的功能就是利用水作為介質(zhì)，將冷 /熱源的能量和分配到各個(gè)房間或目的地。冷凍水系統(tǒng)主要 包括冷源設(shè)備、水泵、過(guò)濾器和閥門等，在大型復(fù)雜的空調(diào)系統(tǒng)中還有分水器和集水器等。此時(shí)通常把分水器、集水器和冷淵設(shè)備連接的一側(cè)環(huán)路叫冷源側(cè)，把分水器、集水器和空調(diào)器連接的一側(cè)環(huán)路叫空調(diào)側(cè)。 ②冷卻水系統(tǒng)。冷卻水系統(tǒng)主要包括冷卻塔及相關(guān)設(shè)備，其功能是利用水作為介質(zhì)，對(duì)冷 /熱源進(jìn)行降溫處理。冷卻塔的作用就是將冷卻水在塔內(nèi)利用水的自然蒸發(fā)冷卻降溫，為了充分利用資源，降低運(yùn)行成本，一般采用循環(huán)系統(tǒng)重復(fù)利用冷卻水，定期更換冷卻水以保證水質(zhì)能滿足空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)要求。 ③水管系統(tǒng)。水管系統(tǒng)既包括冷凍水系統(tǒng)中的管線系統(tǒng)，也包 括冷卻水系統(tǒng)的管線系統(tǒng)，主要有水、煤氣輸送鋼管和無(wú)縫鋼管組成。煤氣輸送鋼管用碳素軟鋼制造，俗稱熟鐵鋼?？煞譃殄冧\鋼管和不鍍鋅鋼管兩種。根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際需求可選擇不同厚度的管壁；無(wú)縫鋼管用普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、普通低合金鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼制造，能承受加大范圍的壓力，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選配。 ④水泵的選擇。水泵是空調(diào)系統(tǒng)中不可缺少的動(dòng)力設(shè)備，通過(guò)水泵的工作，可以控河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 21 制水系統(tǒng)中的流量大小，以間接達(dá)到控制室內(nèi)溫度、濕度及清潔度等空氣指標(biāo)?？照{(diào)系統(tǒng)中常用的水泵為離心式水泵，就一般的空調(diào)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采用轉(zhuǎn)速在 30~120r/s 范圍內(nèi)的離心式水泵比較合適，這類型水泵已經(jīng)基本上滿足空調(diào)系統(tǒng)中水的流量和壓力的變化要求。 (3)空調(diào)系統(tǒng)的冷 /熱源 空調(diào)系統(tǒng)中起主要作用的就是冷 /熱源，正是由于冷 /熱源的工作才能控制室內(nèi)的溫度等空氣條件，使之按照人們的設(shè)定值變化。冷 /熱源可分為常規(guī)冷 /熱源和天然冷 /熱源。 ①常規(guī)冷 /熱源。目前，在空調(diào)系統(tǒng)中，制冷設(shè)備使用的最多的就是利用“液體氣化制冷法”原理制造的設(shè)備，主要包括電驅(qū)動(dòng)的蒸汽壓縮式和熱驅(qū)動(dòng)的吸收式兩種形式。常用的制冷設(shè)備為制冷系統(tǒng)機(jī)組，該設(shè)備就是將制冷系統(tǒng)中的全部或部分設(shè)備在工廠組裝成一個(gè) 整體，該設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，使用靈活，管理方便，而且質(zhì)量可靠，安裝簡(jiǎn)便，能大大縮短施工周期，加快施工進(jìn)度。 ②天然冷 /熱源。天然冷 /熱源主要包括蒸發(fā)冷卻、室外空氣供冷和太陽(yáng)能供熱等幾個(gè)方面。 6 中央空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì) PLC 選型 S7200 是一種小型的 可編程序控制器 ，適 用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。 S7200 系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此 S7200 系列具有極高的性能 /價(jià)格比。 S7200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制， 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 。 S7200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1） 極高的可靠性 。 （ 2） 極豐富的指令集 。 （ 3） 易于掌握 。 （ 4） 便捷的操作 。 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 22 （ 5） 豐富的內(nèi)置集成功能 。 （ 6） 實(shí)時(shí)特性 。 （ 7） 強(qiáng)勁的通訊能力 。 （ 8） 豐富的擴(kuò)展模塊 。 因此本設(shè)計(jì)根據(jù)中央空調(diào)控制系統(tǒng)的功能要求，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面考慮，選擇西門子 S7200 系列 PLC 作為此中央空調(diào)控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。 CPU226 的 優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面： （ 1） 本機(jī)集成 24 輸入 /16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。 （ 2） 可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。（ 3） 13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 （ 4） 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID控制器。 （ 5） 2 個(gè) RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。 （ 6） I/O 端子排可很容易地整體拆卸。 因此它可以 用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入 /輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的 運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 由于此中央空調(diào)控制系統(tǒng)總共有 15 個(gè)數(shù)字量輸入， 10 個(gè)數(shù)字量輸出，共需要 25個(gè)數(shù)字量 I/O， 4 個(gè)模擬量輸入，根據(jù) I/O點(diǎn)數(shù)，以及程序容量和控制的要求，選擇 CPU226作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。 因此我們需要了解 CPU226 的一些技術(shù)數(shù)據(jù)，通過(guò)查閱相關(guān)資料可以把得到的CPU226 的某些技術(shù)數(shù)據(jù)列成表格的形式，其物理特性見表 61，其存儲(chǔ)特性見表 62，其 I/O 特性見表 63，其集成的通信功能特性見表 64，其數(shù)字量輸 入特性見表 65，其數(shù) 字量輸出特性見表 66。 表 61 CPU226的物理特性 物理特性 CPU 226 CN DC/DC/DC CPU 226 CN AC/DC/繼電器 尺寸 1968062 mm 1968062 mm 重量 550g 660g 功耗 11W 17W 表 62 CPU226的存儲(chǔ)特性 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 23 存儲(chǔ)特性 技術(shù)數(shù)據(jù) 在線程序編輯時(shí) 16384 bytes 非在線程序編輯時(shí) 24576 bytes 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 10240 bytes 裝備 (超級(jí)電容 ) 100 小時(shí) /典型值 (40度時(shí)最少 70 小時(shí) ) (可選電池 ) 200 天 /典型值 表 63 CPU226的 I/O特性 I/O特性 技術(shù)數(shù)據(jù) 本機(jī)數(shù)字量輸入 24 輸入 本機(jī)數(shù)字量輸出 16 輸出 本機(jī)模擬量輸入 無(wú) 本機(jī)模擬量輸出 無(wú) 數(shù)字 I/O映象區(qū) 256 (128輸入 /128輸出 ) 模擬 I/O映象區(qū) 64(32 輸入 /32 輸出 ) 允許最大的擴(kuò)展 I/O模塊 7 個(gè)模塊 允許最大的智能模塊 7 個(gè)模塊 脈沖捕捉輸入 24 總數(shù) 6 個(gè) 單相計(jì)數(shù)器 6，每個(gè) 30kHz 兩相計(jì)數(shù)器 4，每個(gè) 20kHz 脈沖輸出 2 個(gè) 20kHz(僅限于 DC輸出 ) 表 64 CPU226的集成的通信功能特性 集成的通信功能 技術(shù)數(shù)據(jù) 接口 2 個(gè) RS485 接口 PPI, DP/T 波特率 , 和 自由口波特率 至 每段最大電纜長(zhǎng)度 使用隔離的中繼器： 可達(dá) 1200 米 未使用隔離中繼器： 50 米 最大站點(diǎn)數(shù) 每段 32 個(gè)站，每個(gè)網(wǎng)絡(luò) 126 個(gè)站 最大主站數(shù) 32 點(diǎn)到點(diǎn) (PPI 主站模式 ) 是 (NETR / NETW) MPI 連接 共 4 個(gè)， 2 個(gè)保留 (1 個(gè)給 PG， 1 個(gè)給 OP) 表 65 CPU226數(shù)字量輸入特性 數(shù)字量輸入特性 技術(shù)數(shù)據(jù) 本機(jī)集成數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù) 24 輸入 輸入類型 漏型 /源型 (IEC 類型 1/漏型 ) 額定電壓 24 VDC， 4mA典型值時(shí) 最大持續(xù)允許電壓 30V DC 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 24 浪涌電壓 35V DC， 秒 邏輯 1 信號(hào) (最小 ) 15 VDC， 邏輯 0 信號(hào) (最大 ) 5 VDC， 1mA 輸入延遲 可選 ( 至 ) 允許漏電流最 大 1mA 光電隔離 是 隔離組