【導(dǎo)讀】決，節(jié)能工作相當(dāng)艱巨。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)是不可缺少的，它雖然能給人們提供一個(gè)舒適的環(huán)境，但是耗電量也相當(dāng)大。中央空調(diào)系統(tǒng)除主機(jī)的耗能。冷凍、冷卻水泵是第二大耗能設(shè)備，由于冷凍泵、冷。因此為使中央空調(diào)系統(tǒng)溫度穩(wěn)定，需要按工況變化對冷凍、冷卻泵進(jìn)行調(diào)。節(jié)，這就需要有較好的自動控制模塊。本文主要是對空調(diào)出口溫度進(jìn)行檢測，采用變頻器調(diào)節(jié)中央空調(diào)的轉(zhuǎn)速，使其高效運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能的目的。EM231，可根據(jù)需要靈活配置各模件數(shù)量。通過軟件設(shè)計(jì)完成中央空調(diào)所需的參數(shù)設(shè)置。來完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、模擬量檢測等功能。

　　

【正文】 用的單臺水泵功率為 。三菱 FRA540 變頻器的容量為~。由于本系統(tǒng)采用的是一臺變頻器只為一臺電機(jī)提供電源 ， 即一臺變頻器對應(yīng)一臺水泵 ， 所以三菱 FRA540 的功率以足夠勝任。并且三菱 FRA540 變頻器性能可靠，價(jià)格低廉，市場占有分額大，便于購買。所以選擇三菱 FRA540 作為本系統(tǒng)的變頻器。 三菱 FRA540 變頻器調(diào)制方式為 PWM 調(diào)制 ， 控制方式為 V/F 控制 ， 具有轉(zhuǎn)矩提升 ， 點(diǎn)動 ， 制動與上位機(jī)通訊等功能。以下分別介紹變頻器的接線端子及操作模式。 變頻器端子分布圖 如 圖 所示 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 變頻器端子分布圖 在本系統(tǒng)中， PLC 通過 D/A 轉(zhuǎn)換模塊將控制量通過 “ 2” 引腳（既電 壓 輸入）引入。 R U S V T W PC STF STR A STOP B RH C RM RUN RL SU JOG IPF RT OL MRS FU RES SE AU CS FM SD SD 10E AM 4 5 直流 24V 輸出 正轉(zhuǎn)啟動 反轉(zhuǎn)啟動 啟動自保持 高速 中速 低速 點(diǎn)動模式 第 2 加 /減速時(shí)間 輸出停止 復(fù)位 電流輸入選擇 瞬時(shí)掉電再啟動 輸入公共端 頻率設(shè)定信號 電流輸入 報(bào)警輸出 運(yùn)行 頻率到達(dá) 瞬時(shí)停電 過負(fù)載 頻率檢測 集電極開路輸出公共端 模擬量信號輸出 指示儀表 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 表 3 主回路端子說明 類型 端子記號 端子名稱 說明 輸 入 信 號 啟 動 接點(diǎn)，功 能 設(shè) 定 STF 正轉(zhuǎn)啟動 STF 信號處于 ON 為正轉(zhuǎn)，處于OFF 為停止。程序運(yùn)行模式時(shí)為程序運(yùn)行開始信號。 當(dāng) STF 和 STR信號同時(shí)處于ON 時(shí)，則停止。 STR 反轉(zhuǎn)啟動 STR 信號 ON 為逆轉(zhuǎn)， OFF 為停止 STOP 啟動自保持選擇 使 STOP 信號處于 ON，可以選擇啟動信號自保持 。 RH RM，RL 多段速度選擇 用 RH， RM 和 RL 信號的組合可以選擇多段速度 輸入端子功能選擇。用于改變端子功能。 JOG 點(diǎn)動模式 JOG 信號 ON 時(shí)選擇點(diǎn)動運(yùn)行 RT 第 2 加 /減速時(shí)間 RT 信號處于 ON 時(shí)選擇第 2 加 /減速時(shí)間。 MRS 輸出停止 MRS 信號為 ON 時(shí)，變頻器輸出停止。 RES 復(fù)位 用于解除保護(hù)回路動作的保持狀態(tài)，使端子 RES信號處于 ON 在 以上，然后斷開。 AU 電流輸入 只在端子 AU 信號處于 ON 時(shí)，變頻器才可用直流 4 到 20mA 作為頻率設(shè)定信號 。 輸入端子功能選擇。用于改變端子功能。 CS 瞬時(shí)停電再啟動 CS 信號預(yù)先處于 ON，瞬時(shí)停電再恢復(fù)時(shí)變頻器便可自行啟動。 SD 公共輸入 接點(diǎn)輸入端子和 FM 端子的公共端。 PC 直流 24V 電源和外部晶體管公共端接點(diǎn)輸入公共端 當(dāng)連接晶體管輸出，可以防止因漏電引起的誤動作。該端子可用于直流 24V， 電源輸出。當(dāng)選擇源極型時(shí)，該端子作為接點(diǎn)輸入的公共端。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 模擬量輸入信號 頻率設(shè)定 10E 頻率設(shè)定用電源 DC10V 容許負(fù)載電流 10mA 按出廠設(shè)定狀態(tài)連接頻率設(shè)定電位器時(shí)，與端子 10 連接。 10 DC5 V 容許負(fù)載電流 10mA 2 頻率設(shè)定 輸入 DC0 到 5V 時(shí)， DC5V 對應(yīng)于最大輸出頻率。 4 頻率設(shè)定 DC4 到 20mA 為最大輸出頻率時(shí)電流。 1 輔助頻率設(shè)定 輸入 DC0 到 5V 或 0 到 10V 時(shí)，端子 2 或 4 的頻率設(shè)定信號與這個(gè)信號相加。 5 頻率設(shè)定公共端 頻率設(shè)定信號和模擬量輸出端子 AM 的公共端子。 輸出信號 集電極開路 A B C 異常輸出 指示 變頻器因保護(hù)功能動作而輸出停止的轉(zhuǎn)換接點(diǎn)。 AC200V ，異常時(shí) BC 間不導(dǎo)通（ AC 通）；正常時(shí)： BC 導(dǎo)通（ AC 不通） 輸出端子的功能選擇。通過（ PR190 到PR195）改變端子功能。 RUN 正在運(yùn)行 輸出頻率為啟動頻率以上時(shí)為低電平，正在停止或正在直流制動時(shí)為高電平。 OL 過載報(bào)警 失速保護(hù)動作時(shí)為低電平，解除時(shí)為高電平。 SE 集電極開路輸出 端子 RUN， SU， OL， IPF， FU 的公共端子 FM 指示儀表 可以從 16 種監(jiān)視項(xiàng)目中選 1 種作為輸出。 AM 模擬信號 通過 D/A 轉(zhuǎn)換模塊輸出的電流將頻率調(diào)整到響應(yīng)值。要使變頻器能夠按預(yù)定的狀態(tài)工作，還要對變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 PLC的選擇 空調(diào)變頻控制系統(tǒng)選配的 SIMATIC S7200 PLC 主要由 CPU226 模 (24DI/16DO)、模擬量輸入 EM231 模塊 (4AI)和模擬量輸出 EM232 模塊 (2AO)三部分組成。 CPU 模塊不斷地采集輸入信號 ， 通過執(zhí)行用戶程序 ， 去刷新系統(tǒng)的輸出。輸入和輸出模塊 ， 是聯(lián)系外部現(xiàn)場和 CPU 模塊的橋梁。通過一臺安裝有 STEP7Micro/WIN32 編程軟件的計(jì)算機(jī)、一根連 接計(jì)算機(jī)和 PLC 的 PC/PPI 通訊電纜 ， 即可對 S7200 進(jìn)行用戶編程。 S7200 系列 PLC 介紹 ： S7200 系列 PLC 功能強(qiáng)、速度快、擴(kuò)展靈活，具有模塊化、緊湊的結(jié)構(gòu)。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制 .應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測、自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括電力設(shè)施、民用設(shè)施、機(jī)械、機(jī)床等領(lǐng)域。 S7200 系列 PLC 具有極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、操作便捷、內(nèi)置豐富的集成功能、實(shí)時(shí)特性，強(qiáng)勁的通訊能力、豐富的擴(kuò)展模塊。 S7200 系列的強(qiáng)大功能使其 無論是在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。所以它具有極高的性價(jià)比。 S7200 系列可以根據(jù)對象的不同，可以選用不同的型號和不同數(shù)量的模塊 .并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架上。 SiemensS7200PLC 的工作原理， PLC 的循環(huán)掃描工作過程 ： 各種 PLC 都采用掃描工作方式，具體工作過程大同小異。 SiemensS7200PLC 的工作過程 ： PLC 上電后，首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入循環(huán)工作過程。一次循環(huán)過程可歸納為公共處理、程序執(zhí)行、掃描周期計(jì)算處理、 I/O 刷新 和外設(shè)端口服務(wù)五個(gè)工作階段，一次循環(huán)所用 的時(shí)間稱為一個(gè)工作周期 (或掃描周期 )，其長短與用戶程序的長短以及 PLC 機(jī)本身性能有關(guān)，其數(shù)量級為 毫秒 級，典型值為幾十 毫秒 。各階段完成的任務(wù)如下 ： (1)公共處理 ： 復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器，進(jìn)行硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等。檢查正常后，方可進(jìn)行下面的操作。如果有異常情況，則根據(jù)錯(cuò)誤的嚴(yán)重程度發(fā)出報(bào)警或停止 PLC 運(yùn)行。 (2)程序執(zhí)行 ： 在程序執(zhí)行階段， CPU 按先左后右，先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行解釋、執(zhí)行，CPU 從輸入映像寄存器 （ 每個(gè)輸入繼電器對應(yīng)一個(gè)輸入映像寄存器，其通 /斷狀態(tài)對應(yīng)I/0） 和組件映像寄存器即與各種內(nèi)部 繼電器、輸出繼電器對應(yīng)的寄存器讀出各繼電器的狀態(tài)，根據(jù)用戶程序給出的邏輯關(guān)系進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再寫入組件映像寄存器中。 (3)掃描周期計(jì)算處理 ： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 若設(shè)定掃描周期為固定值，則進(jìn)入等待循環(huán)，直到該固定值到，再往下進(jìn)行。若設(shè)定掃描周期為不定的 (即決定于用戶程序的長短等，為不定值 )，則進(jìn)行掃描周期的計(jì)算。 (4)I/O 刷新 ： 在此階段，進(jìn)行 I/O 刷新。輸入刷新時(shí)， CPU 從輸入電路中讀出各輸入點(diǎn)狀態(tài)，并將此狀態(tài)寫入輸入映像寄存器中 ； 輸出刷新時(shí)，將輸出繼電器的組件映像寄存器的狀態(tài)(I/0)傳送到輸出鎖存電路，再經(jīng)輸 出電路隔離和功率放大，驅(qū)動外部負(fù)載。 (5)外設(shè)端口服務(wù) ： 完成與外設(shè)端口連接的外圍設(shè)備部件編程器或通信適配器的通信處理。 CPU 從輸入電路的輸出端讀出各路狀態(tài)，并將其寫入輸入映像寄存器 ； 在程序執(zhí)行階段， CPU 從輸入映像寄存器和組件映像寄存器中讀出各繼電器的狀態(tài)，并根據(jù)此狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，執(zhí)行結(jié)果再寫入組件映像寄存器中 ； 在緊接著的下一個(gè) I/O 刷新階段，將輸出映像寄存器的狀態(tài)寫入輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路傳遞到輸出端子，從而控制外接器件動作[7]。 PLC 的循環(huán)掃描工作方式也為 PLC 提供了一條死循環(huán)自診斷功能。 PLC 內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)監(jiān)視定時(shí)器 WDT，其定時(shí)時(shí)間可由用戶設(shè)置為大于用戶程序的掃描周期。 PLC在每個(gè)掃描周期的公共處理階段將監(jiān)視定時(shí)器復(fù)位。正常情況下，監(jiān)視定時(shí)器不會動作，如果由于 CPU 內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)，那么，掃描周期將超過監(jiān)視定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間 。 這時(shí)，監(jiān)視定時(shí)器動作，運(yùn)行停止，以示用戶。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 3 硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 （ 1） 最大限度地滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員 在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)、國外資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問題和疑難問題。 （ 2） 保證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠 保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況 下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作 。 （ 3） 力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。 （ 4） 適 應(yīng)發(fā)展的需要 由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇 PLC、輸入 /輸出模塊、 I/O 點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn) 。 硬件電路主要實(shí)現(xiàn)：信號采集，控制信號輸出，水泵控制，故障報(bào)警等功能。 其 原理框圖 如圖 所示 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 C P U 運(yùn) 算信 號 采 集 控 制 量 輸 入控 制 量 輸 出輸 出 相 應(yīng) 頻 率顯 示 / 報(bào) 警 圖 硬件電路原理框圖 PLC 控制下水泵變頻調(diào)速 系統(tǒng) 該系統(tǒng)主要由變頻器、 PLC 控制器、水泵、數(shù)量調(diào)節(jié)器、主接觸等組成自動閉環(huán)控制系統(tǒng)。 K M 4K M 21 水 泵3 ~2 水 泵3 ~K M 1K MK M 3V V V F3 8 0 V , 5 0 H zA , B , C 圖 系統(tǒng)工作于兩種狀態(tài)下的主回路 系統(tǒng)工作于工頻和變頻兩種狀態(tài)下的主 回路。系統(tǒng)開始工作時(shí) ， 首先將數(shù)顯調(diào)節(jié)器根據(jù)所需室溫設(shè)置好上、下限溫度 X X1， 將其與 PLC控制相連。按下啟動按鈕 ， 系統(tǒng)開始啟動 ， 此時(shí)熱負(fù)荷為最大 ， PLC 發(fā)出指令使 1號 水泵軟啟動并工作在變頻狀下 ， 其過程為 ： KM1 吸合 ， 延時(shí) t0 秒后 KM吸合 ， 啟動升速程序 ， 按擬好的升速曲線控制變頻 器運(yùn)行 ， 頻率逐漸上升直至設(shè)定值并穩(wěn)定地工作在變頻狀態(tài)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 輸入輸出點(diǎn)地址分配 表 4 輸入輸出地址分配表 模塊號 輸入端子號 輸出端子號 地址號 信號名