【正文】 接示意圖圖33 中央空調(diào)控制系統(tǒng)電路圖圖34 中央空調(diào)控制系統(tǒng)主要設(shè)備的端口連接圖 本章小結(jié)本章介紹了中央空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，對變頻器、PLC、溫度傳感器進(jìn)行了選型，并設(shè)計了人機(jī)界面。最后對整體系統(tǒng)進(jìn)行了硬件連接的設(shè)計。第4章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 設(shè)備間通訊 RS485介紹智能儀表是隨著80年代初單片機(jī)技術(shù)的成熟而發(fā)展起來的，現(xiàn)在世界儀表市場基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時其中的一個必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng)通信接口。最初是數(shù)據(jù)模擬信號輸出簡單過程量，后來儀表接口是RS232接口，這種接口可以實現(xiàn)點對點的通信方式，但這種方式不能實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。隨后出現(xiàn)的RS485解決了這個問題。RS485電纜：在低速、短距離、無干擾的場合可以采用普通的雙絞線，反之，在高速、長線傳輸時，則必須采用阻抗匹配(一般為120Ω)的RS485專用電纜，而在干擾惡劣的環(huán)境下還應(yīng)采用鎧裝型雙絞屏蔽電纜。在使用RS485接口時，對于特定的傳輸線路，從RS485接口到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號傳輸所允許的最大電纜長度與信號傳輸?shù)牟ㄌ芈食煞幢?，這個長度數(shù)據(jù)主要是受信號失真及噪聲等影響所影響。理論上，通信速率在100Kbps及以下時，RS485的最長傳輸距離可達(dá)1200米，但在實際應(yīng)用中傳輸?shù)木嚯x也因芯片及電纜的傳輸特性而所差異。在傳輸過程中可以采用增加中繼的方法對信號進(jìn)行放大，最多可以加八個中繼。如果真需要長距離傳輸，可以采用光纖為傳播介質(zhì)，收發(fā)兩端各加一個光電轉(zhuǎn)換器，多模光纖的傳輸距離是5~10公里，而采用單模光纖可達(dá)50公里的傳播距離。 USS協(xié)議S7200 與西門子 MicroMaster 系列變頻器(如MM4MM4MM430以及MM3系列、新的變頻器SINAMICS G110)之間使用 USS通信協(xié)議進(jìn)行通信。通過STEP7Micro/WIN32 以上版本指令庫中的 USS 庫指令，可簡單方便地實現(xiàn)通信，控制實際驅(qū)動器和讀?。瘜懭腧?qū)動器參數(shù)[17]。USS 通信總是由主站發(fā)起，USS 主站不斷循環(huán)輪詢各個從站，從站根據(jù)收到的指令，決定是否、以及如何響應(yīng)。從站永遠(yuǎn)不會主動發(fā)送數(shù)據(jù)。從站在以下條件滿足時應(yīng)答：(1)接收到的主站報文沒有錯誤。(2)本從站在接收到主站報文中被尋址 。上述條件不滿足，或者主站發(fā)出的是廣播報文，從站不會做任何響應(yīng)。對于主站來說，從站必須在接收到主站報文之后的一定時間內(nèi)發(fā)回響應(yīng)。否則主站將視為出錯。USS 協(xié)議的特點為：(1)支持多點通信(因而可以應(yīng)用在 RS485 等網(wǎng)絡(luò)上)。(2)采用單主站的“主從”訪問機(jī)制。(3)一個網(wǎng)絡(luò)上最多可以有32個節(jié)點(最多31個從站)。(4)簡單可靠的報文格式，使數(shù)據(jù)傳輸靈活高效。(5)容易實現(xiàn)，成本較低。通過上面的介紹，就可以使用USS協(xié)議進(jìn)行RS485串行通訊。為完成USS通訊，還需要對MM440進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。P0003=3，答應(yīng)變頻器的所有參數(shù)；P0971=1，數(shù)據(jù)保存入MM 440 的 EEPROM 中；P0700=5，變頻器的控制方式選擇為通訊方式；P2010[2]=6,變頻器的USS波特率選擇為9600；P2011[0]=11,變頻器的通訊地址為0~31。USS通信是由 S7200 和驅(qū)動裝置配合，因此相關(guān)參數(shù)一定要配合設(shè)置。如通信速率設(shè)置不一樣，當(dāng)然無法通信。 PLC的初始設(shè)定要實現(xiàn)PLC對變頻器的通訊控制，必須對PLC進(jìn)行編程。通過程序?qū)崿F(xiàn)PLC對變頻器的各種運行控制和數(shù)據(jù)的采集。圖41 初始程序段a網(wǎng)絡(luò)1：，以及參數(shù)讀寫控制位。網(wǎng)絡(luò)2：。圖42 初始程序段b網(wǎng)絡(luò)3：。網(wǎng)絡(luò)4：控制功能塊，通過PLC的輸入輸出可以控制并診斷驅(qū)動器的工作。圖43 初始程序段c圖44 初始程序段d網(wǎng)絡(luò)5：。網(wǎng)絡(luò)6：讀取驅(qū)動器中的參數(shù)R0068(輸出電流)圖45 初始程序段e網(wǎng)絡(luò)7：讀寫操作輪替功能，由于在同一時間USS網(wǎng)絡(luò)上讀參數(shù)或?qū)憛?shù)只能有一種操作，因此有必要設(shè)置讀寫操作的輪替功能，，讀參數(shù)操作被屏蔽，開始寫參數(shù)操作。圖46 初始程序段f網(wǎng)絡(luò)8：向驅(qū)動器中寫參數(shù)：P1082=。圖47 初始程序段g網(wǎng)絡(luò)9：讀寫操作輪替，功能同網(wǎng)絡(luò)7。 PLC主程序流程圖 圖48 程序設(shè)計流程圖 PLC編程軟件PLC控制程序采用西門子公司提供的STEP7micro/win32 。我們使用梯形圖來完成系統(tǒng)軟件的開發(fā)。因為梯形圖(LAD)語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計算機(jī)語言相比，梯形圖可以看作是PLC的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計和運行維護(hù)人員所接受。STEP7軟件的一個特點是調(diào)試功能很強(qiáng)大，不僅能在線讀取數(shù)據(jù)，而且能在線修改過程數(shù)據(jù)，對于調(diào)試大型復(fù)雜控制程序非常有效。STEP7軟件還附帶一些控制程序模塊，如PID調(diào)節(jié)模塊，這些模塊可以從主控制程序中直接調(diào)用，實現(xiàn)不同的功能。通過STEP 7編程軟件，不僅可以非常方便的使用梯形圖和語句表等形式進(jìn)行離線編程，經(jīng)過編譯后通過轉(zhuǎn)接電纜直接下載入PLC的內(nèi)存中執(zhí)行，而且在調(diào)試運行時，還可以在線監(jiān)視程序中各個輸入輸出或狀態(tài)點的通斷狀況，給調(diào)試工作也帶來極大的方便。 程序設(shè)計 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的I/O分配表表41 I/O分配表名稱地址編號說明輸入信號驅(qū)動裝置的啟動/停止控制停車信號2,封鎖主回路輸出，自由停車停車信號3，快速停車故障確認(rèn)電機(jī)運轉(zhuǎn)方向控制USS通訊和PPI通訊轉(zhuǎn)換讀/寫操作開始按鈕SA手動/自動切換按鈕SB1手動模式1冷凍泵啟動按鈕SB2手動模式1冷凍泵停止按鈕SB3手動模式2冷凍泵啟動按鈕SB4手動模式2冷凍泵停止按鈕SB5手動模式3冷凍泵啟動按鈕SB6手動模式3冷凍泵停止按鈕AIW0用戶房間內(nèi)溫度傳感器續(xù)表41 I/O分配表輸出信號運行模式反饋指示運轉(zhuǎn)方向驅(qū)動裝置禁止?fàn)顟B(tài)指示故障指示位KM21冷凍泵變頻運行接觸器及指示燈KM11冷凍泵工頻運行接觸器及指示燈KM42冷凍泵變頻運行接觸器及指示燈KM32冷凍泵工頻運行接觸器及指示燈KM63冷凍泵變頻運行接觸器及指示燈KM53冷凍泵工頻運行接觸器及指示燈AQW0輸出模擬信號到變頻器 程序中使用的存儲器及功能表42 存儲器及功能地址功能VD108傳感器反饋的電壓值VD104房間內(nèi)壓力下限對應(yīng)的電壓值VD106房間內(nèi)壓力上限對應(yīng)的電壓值VD300變頻工作泵的泵號VD301工頻運行泵的總臺數(shù)T33產(chǎn)生關(guān)斷變頻脈沖信號的時間控制T34產(chǎn)生啟動工頻脈沖信號的時間控制T37增加工頻泵的時間控制T38減少工頻泵的時間控制T39產(chǎn)生下一臺泵變頻啟動信號的時間控制初始化完成標(biāo)志位讀寫功能塊完成標(biāo)志位，用于功能塊輪替讀寫功能塊控制位工頻啟動脈沖變頻啟動脈沖關(guān)斷當(dāng)前泵脈沖當(dāng)前泵工頻啟動脈沖下一臺泵變頻運行脈沖泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換控制邏輯續(xù)表42存儲器及功能泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換控制邏輯泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換控制邏輯軟件編程詳見附錄C 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的MCGS組態(tài) MCGS組態(tài)軟件簡介MCGS(Monitor and Control Generated System，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))是北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司研發(fā)的一套基于Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，可運行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/XP等操作系統(tǒng)。具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點。通過與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。用戶只需要通過簡單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無紙記錄儀、無人值守的現(xiàn)場采集站、人機(jī)界面等專用設(shè)備[18]。 MCGS MCGS ，簡潔、大方，使用方便靈活。完善的中文在線幫助系統(tǒng)和多媒體教程，真正的32位程序，支持多任務(wù)、多線程，運行于Win95/98/NT/2000平臺，提供近百種繪圖工具和基本圖符，快速構(gòu)造圖形界面。MCGS 、旋轉(zhuǎn)動畫、透明位圖、流動塊等多種動畫方式，可以達(dá)到良好的動畫效果。功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)同步、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫同步構(gòu)建，保證多個系統(tǒng)完美結(jié)合。完善的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，可以支持最新流行的各種通訊方式，包括電話通訊網(wǎng)，寬帶通訊網(wǎng)，ISDN通訊網(wǎng)，GPRS通訊網(wǎng)和無線通訊網(wǎng)。并支持設(shè)備眾多如采集版、PLC、智能模塊、稱重儀表和變頻器 工程設(shè)計圖49 定義變量圖410 組態(tài)畫面圖411(a) 數(shù)據(jù)報表圖411(b) 數(shù)據(jù)報表圖411(c) 數(shù)據(jù)報表圖412 報警信息瀏覽 系統(tǒng)腳本程序編寫if 風(fēng)機(jī)盤管出水溫度值23 then一號冷凍泵=0二號冷凍泵=0三號冷凍泵=0else一號冷凍泵=1二號冷凍泵=0三號冷凍泵=0endifif 一號冷凍泵=1 and 風(fēng)機(jī)盤管出水溫度值26 then一號冷凍泵=1二號冷凍泵=0三號冷凍泵=0endifif 一號冷凍泵=1 and 風(fēng)機(jī)盤管出水溫度值26 then一號冷凍泵=1二號冷凍泵=1三號冷凍泵=0endifif 一號冷凍泵=1 and 二號冷凍泵=1 and 風(fēng)機(jī)盤管出水溫度值29 then一號冷凍泵=1二號冷凍泵=1三號冷凍泵=1endifif 一號冷凍泵=1 and 二號冷凍泵=1 and 風(fēng)機(jī)盤管出水溫度值29 then一號冷凍泵=1二號冷凍泵=1三號冷凍泵=0endifif 一號冷凍泵=1 and 二號冷凍泵=1 and 三號冷凍泵=1 and 風(fēng)機(jī)盤管出水溫度值23 and 風(fēng)機(jī)盤管出水溫度值29 then一號冷凍泵=1二號冷凍泵=1三號冷凍泵=0if 風(fēng)機(jī)盤管出水溫度值26 then一號冷凍泵=1二號冷凍泵=0三號冷凍泵=0else一號冷凍泵=1二號冷凍泵=1三號冷凍泵=0endifendif!SetAlmValue(風(fēng)機(jī)盤管出水溫度值,風(fēng)機(jī)盤管出水溫度上限,3)!SetAlmValue(風(fēng)機(jī)盤管出水溫度值,風(fēng)機(jī)盤管出水溫度下限,2) 組態(tài)運行界面圖413 1冷凍泵運行狀態(tài)圖414 12冷凍泵運行狀態(tài)圖415 123冷凍泵運行狀態(tài) 本章小結(jié)本章介紹了RS485通訊和USS協(xié)議，并對PLC、MM440變頻器進(jìn)行了初步參數(shù)設(shè)置，來實現(xiàn)變頻器與PLC通過USS協(xié)議進(jìn)行RS485串行通訊。最后通過MCGS軟件實現(xiàn)組態(tài)的設(shè)計。結(jié)論本論文闡述了基于PLC和變頻器對中央空調(diào)控制的基本原理及過程。主要工作如下：1)對中央空調(diào)控制系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行了解，研究了系統(tǒng)的工作過程和工作原理。2)提出了與傳統(tǒng)PID控制結(jié)合，實現(xiàn)比較穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)。3)采用PLC與變頻器協(xié)調(diào)控制的硬件系統(tǒng)，完成對中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能、穩(wěn)定的最優(yōu)化控制。4)經(jīng)過最后的軟件及組態(tài)設(shè)計，使系統(tǒng)完整。在設(shè)計中，我學(xué)到了許多有關(guān)PLC、變頻器、溫度變送器方面的知識，這讓我更深入的體會到PLC和變頻器在中央空調(diào)控制方面的應(yīng)用能力。致謝論文的最后，我想對我的恩師表示深深的敬意和真摯的感謝！李老師在平時對學(xué)生很嚴(yán)格，但正是這種對學(xué)生的嚴(yán)格要求才能夠使我們養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)和研究習(xí)慣能夠在平時不斷自我提高，離不開李老師的諄諄教導(dǎo)。另外李老師在學(xué)術(shù)上的成績一直也使我敬慕不已，做了畢業(yè)設(shè)計之后，我更敬佩導(dǎo)師那嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、正直的作風(fēng)以及孜孜不倦的學(xué)習(xí)態(tài)度，在我做論文的每一個階段，李老師都嚴(yán)格把關(guān)，容不得半點馬虎。因此，對我的論文，李老師傾注了大量的心血。我想對給予我極大幫助的李老師再次表示深深的謝意！感謝機(jī)電一體化學(xué)院的各位老師，在我的專科學(xué)習(xí)期間給予我無私的幫助和關(guān)懷，忠心地感謝他們！感謝我的同學(xué)和朋友，陪伴我度過開心的大學(xué)生活，在學(xué)習(xí)和生活中給予我大量的幫助和支持，在此向他們表示深深的謝意!特別感謝我的父母，他們對我的關(guān)心、鼓勵和支持是我不斷前進(jìn)的動力!最后，忠心地感謝在百忙之中為本論文評閱和參加答辯的各位老師！謝謝！參考文獻(xiàn)附錄C PLC軟件源程序 42