【導讀】決，節(jié)能工作相當艱巨。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。系統(tǒng)是不可缺少的，它雖然能給人們提供一個舒適的環(huán)境，但是耗電量也相當大。中央空調系統(tǒng)除主機的耗能。冷凍、冷卻水泵是第二大耗能設備，由于冷凍泵、冷。因此為使中央空調系統(tǒng)溫度穩(wěn)定，需要按工況變化對冷凍、冷卻泵進行調。節(jié)，這就需要有較好的自動控制模塊。本文主要是對空調出口溫度進行檢測，采用變頻器調節(jié)中央空調的轉速，使其高效運行，達到節(jié)能的目的。EM231，可根據(jù)需要靈活配置各模件數(shù)量。通過軟件設計完成中央空調所需的參數(shù)設置。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提供電源 ， 即一臺變頻器對應一臺水泵 ， 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 變頻器調制方式為 PWM 調制 ， 控制方式為 V/F 控制 ， 具有轉矩提升 ， 點動 ， 制動與上位機通訊等功能。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)設計（論文） 21 圖 變頻器端子分布圖 在本系統(tǒng)中， PLC 通過 D/A 轉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 正轉啟動 反轉啟動 啟動自保持 高速 中速 低速 點動模式 第 2 加 /減速時間 輸出停止 復位 電流輸入選擇 瞬時掉電再啟動 輸入公共端 頻率設定信號 電流輸入 報警輸出 運行 頻率到達 瞬時停電 過負載 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)設計（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，功 能 設 定 STF 正轉啟動 STF 信號處于 ON 為正轉，處于OFF 為停止。程序運行模式時為程序運行開始信號。 當 STF 和 STR信號同時處于ON 時，則停止。 STR 反轉啟動 STR 信號 ON 為逆轉， 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 點動模式 JOG 信號 ON 時選擇點動運行 RT 第 2 加 /減速時間 RT 信號處于 ON 時選擇第 2 加 /減速時間。 MRS 輸出停止 MRS 信號為 ON 時，變頻器輸出停止。 RES 復位 用于解除保護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，變頻器才可用直流 4 到 20mA 作為頻率設定信號 。 輸入端子功能選擇。用于改變端子功能。 CS 瞬時停電再啟動 CS 信號預先處于 ON，瞬時停電再恢復時變頻器便可自行啟動。 SD 公共輸入 接點輸入端子和 FM 端子的公共端。 PC 直流 24V 電源和外部晶體管公共端接點輸入公共端 當連接晶體管輸出，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。當選擇源極型時，該端子作為接點輸入的公共端。 畢業(yè)設計（論文） 23 模擬量輸入信號 頻率設定 10E 頻率設定用電源 DC10V 容許負載電流 10mA 按出廠設定狀態(tài)連接頻率設定電位器時，與端子 10 連接。 10 DC5 V 容許負載電流 10mA 2 頻率設定 輸入 DC0 到 5V 時， DC5V 對應于最大輸出頻率。 4 頻率設定 DC4 到 20mA 為最大輸出頻率時電流。 1 輔助頻率設定 輸入 DC0 到 5V 或 0 到 10V 時，端子 2 或 4 的頻率設定信號與這個信號相加。 5 頻率設定公共端 頻率設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 變頻器因保護功能動作而輸出停止的轉換接點。 AC200V ，異常時 BC 間不導通（ AC 通）；正常時： BC 導通（ AC 不通） 輸出端子的功能選擇。通過（ PR190 到PR195）改變端子功能。 RUN 正在運行 輸出頻率為啟動頻率以上時為低電平，正在停止或正在直流制動時為高電平。 OL 過載報警 失速保護動作時為低電平，解除時為高電平。 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)視項目中選 1 種作為輸出。 AM 模擬信號 通過 D/A 轉換模塊輸出的電流將頻率調整到響應值。要使變頻器能夠按預定的狀態(tài)工作，還要對變頻器進行參數(shù)設定。 畢業(yè)設計（論文） 24 PLC的選擇 空調變頻控制系統(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 編程軟件的計算機、一根連 接計算機和 PLC 的 PC/PPI 通訊電纜 ， 即可對 S7200 進行用戶編程。 S7200 系列 PLC 介紹 ： S7200 系列 PLC 功能強、速度快、擴展靈活，具有模塊化、緊湊的結構。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制 .應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測、自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括電力設施、民用設施、機械、機床等領域。 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、內置豐富的集成功能、實時特性，強勁的通訊能力、豐富的擴展模塊。 S7200 系列的強大功能使其 無論是在獨立運行中，或相連成網絡都能實現(xiàn)復雜控制功能。所以它具有極高的性價比。 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，首先進行初始化，然后進入循環(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、掃描周期計算處理、 I/O 刷新 和外設端口服務五個工作階段，一次循環(huán)所用 的時間稱為一個工作周期 (或掃描周期 )，其長短與用戶程序的長短以及 PLC 機本身性能有關，其數(shù)量級為 毫秒 級，典型值為幾十 毫秒 。各階段完成的任務如下 ： (1)公共處理 ： 復位監(jiān)視定時器，進行硬件檢查、用戶內存檢查等。檢查正常后，方可進行下面的操作。如果有異常情況，則根據(jù)錯誤的嚴重程度發(fā)出報警或停止 PLC 運行。 (2)程序執(zhí)行 ： 在程序執(zhí)行階段， CPU 按先左后右，先上后下的順序對每條指令進行解釋、執(zhí)行，CPU 從輸入映像寄存器 （ 每個輸入繼電器對應一個輸入映像寄存器，其通 /斷狀態(tài)對應I/0） 和組件映像寄存器即與各種內部 繼電器、輸出繼電器對應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系進行邏輯運算，運算結果再寫入組件映像寄存器中。 (3)掃描周期計算處理 ： 畢業(yè)設計（論文） 25 若設定掃描周期為固定值，則進入等待循環(huán)，直到該固定值到，再往下進行。若設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 )，則進行掃描周期的計算。 (4)I/O 刷新 ： 在此階段，進行 I/O 刷新。輸入刷新時， CPU 從輸入電路中讀出各輸入點狀態(tài)，并將此狀態(tài)寫入輸入映像寄存器中 ； 輸出刷新時，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，再經輸 出電路隔離和功率放大，驅動外部負載。 (5)外設端口服務 ： 完成與外設端口連接的外圍設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)行結果再寫入組件映像寄存器中 ； 在緊接著的下一個 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 內部設置了一個監(jiān)視定時器 WDT，其定時時間可由用戶設置為大于用戶程序的掃描周期。 PLC在每個掃描周期的公共處理階段將監(jiān)視定時器復位。正常情況下，監(jiān)視定時器不會動作，如果由于 CPU 內部故障使程序執(zhí)行進入死循環(huán)，那么，掃描周期將超過監(jiān)視定時器的定時時間 。 這時，監(jiān)視定時器動作，運行停止，以示用戶。 畢業(yè)設計（論文） 26 3 硬件電路設計 系統(tǒng)的設計原則 （ 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，是設計 PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員 在設計前就要深入現(xiàn)場進行調查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關先進的國內、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。 （ 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)定運行，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設計者在系統(tǒng)設計、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：應該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況 下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作 。 （ 3） 力求簡單、經濟、使用及維修方便 一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數(shù)量，帶來巨大的經濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。 （ 4） 適 應發(fā)展的需要 由于技術的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設計時要適當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 點數(shù)和內存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產的發(fā)展和工藝的改進 。 硬件電路主要實現(xiàn)：信號采集，控制信號輸出，水泵控制，故障報警等功能。 其 原理框圖 如圖 所示 。 畢業(yè)設計（論文） 27 C P U 運 算信 號 采 集 控 制 量 輸 入控 制 量 輸 出輸 出 相 應 頻 率顯 示 / 報 警 圖 硬件電路原理框圖 PLC 控制下水泵變頻調速 系統(tǒng) 該系統(tǒng)主要由變頻器、 PLC 控制器、水泵、數(shù)量調節(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 ， 首先將數(shù)顯調節(jié)器根據(jù)所需室溫設置好上、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 ， 此時熱負荷為最大 ， 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 t0 秒后 KM吸合 ， 啟動升速程序 ， 按擬好的升速曲線控制變頻 器運行 ， 頻率逐漸上升直至設定值并穩(wěn)定地工作在變頻狀態(tài)。 畢業(yè)設計（論文） 28 輸入輸出點地址分配 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