【導(dǎo)讀】2021屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。專業(yè)班級電氣自動化08-4班。專業(yè)技術(shù)職稱高級工程師。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書。專業(yè)：機(jī)電系班級：電氣自動化08-4班學(xué)生姓名：學(xué)號：。2021年03月15日至06月10日共12周。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)通過PLC控制循環(huán)泵的運(yùn)行，把溫度變送器檢測出來的模擬量。信號送到EM235模塊，經(jīng)過PLC運(yùn)算后經(jīng)EM235輸出送至變頻器，通過變頻器給定值。與內(nèi)部PI調(diào)節(jié)來控制空調(diào)溫度。搞清系統(tǒng)工作原理，分析并加以說明?？照{(diào)系統(tǒng)主電路圖1張。序號設(shè)計(jì)（論文）各階段工作內(nèi)容時(shí)間分配。1畢業(yè)調(diào)查實(shí)習(xí)，與指導(dǎo)老師交流設(shè)計(jì)事宜3月15-3月25日。2查閱文獻(xiàn)，搜集資料3月26日-4月5日。3確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案4月6日-4月13日。6進(jìn)一步核定數(shù)據(jù)、完善說明書和圖紙6月1日-6月14日。7畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯6月15日-6月16日。泵工作原理出發(fā)，詳細(xì)地進(jìn)行了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)工作原理以及plc自動控制原理,變頻

　　

【正文】 對于多拖動具有負(fù)荷平衡功能 變頻器 應(yīng)用 ，水泵 的應(yīng)用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動力驅(qū)動時(shí)，都留有一定的富余量。當(dāng)電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，除達(dá)到動力驅(qū)動要求外，多余的力矩 增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。 補(bǔ)償 節(jié)能 無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率 。 電機(jī)硬啟動對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動時(shí)對擋板和閥門的損害極大，對設(shè)備、 管路 的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流 從零開始 ，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。 變頻器集成了高壓大功率晶體管技術(shù)和電子控制技術(shù)，得到廣泛應(yīng)用。變頻器的作用是改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值，因而改變其運(yùn)動磁場的周期，達(dá)到平滑控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻 器的出現(xiàn)，使得復(fù)雜的調(diào)速控制簡單化，用變頻器 +交流鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)組合替代了大部分原先只能用直流電機(jī)完成的工作，縮小了體積，降低了維修率，使傳動技術(shù)發(fā)展到新階段。 18 艾默生變頻簡介 EV2021 采用獨(dú)特的控制方式實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速驅(qū)動，滿足通用變頻器高性能化的趨勢；具有超出同 類產(chǎn)品的防跳閘性能和適應(yīng)惡劣電網(wǎng)、溫度、濕度和粉塵能力，極大提高產(chǎn)品可靠性； EV2021 是業(yè)界首次將客戶通用需求與客戶個(gè)性化需求、行業(yè)性需求有機(jī)融合的革命性產(chǎn)品，實(shí)用的 PI、簡易 PLC、靈活的輸入輸出端子、脈沖頻率給定、 停電和停機(jī)參數(shù)存儲選擇、頻率給定通道與運(yùn)行命令通道捆綁、零頻回差控制、主輔給定控制、擺頻控制、定長控制等，為設(shè)備制造業(yè)客戶提供高集成度的一體化解決方案，對降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)可靠性具有極大價(jià)值； EV2021 通過優(yōu)化 PWM 控制技術(shù)和電磁兼容性整體設(shè)計(jì)，滿足用戶對應(yīng)用場所的低噪音、低電磁干擾的環(huán)保要求。 19 第五章 地?zé)崮芸照{(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 地?zé)崮芸照{(diào)系統(tǒng)的分析 地?zé)崮?空調(diào)系統(tǒng)的工作過程是一個(gè)不斷進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換以及熱交換的過程。 其 制冷 運(yùn)行狀態(tài)是：在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中 ,在冷凍泵 （風(fēng)機(jī)側(cè)循環(huán)泵） 的作用下冷凍水流經(jīng)蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換，被吸熱降溫后（ 7。 C）被送到終端風(fēng)機(jī)盤管，冷凍水吸收空調(diào)室內(nèi)空氣的熱量升溫后（ 12。 C），再由冷凍泵 （風(fēng)機(jī)側(cè)循環(huán)泵）送到蒸發(fā)器形成閉合循環(huán)。在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中 ,在冷卻泵 （機(jī)組側(cè)循環(huán)泵） 的作用下冷卻水流經(jīng)冷凝器，在冷凝器吸熱升溫后（ 37。 C）被送到 熱交換器與地能換熱后（ 32。 C） ， 由冷卻泵 （機(jī)組側(cè)循環(huán)泵） 送到冷凝器，形成循環(huán) ，熱交換器經(jīng)過地源側(cè)循環(huán)泵不斷地把熱量帶到地下。 其 制熱 運(yùn)行狀態(tài)是：在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中 ,在冷卻泵 （風(fēng)機(jī)側(cè)循環(huán)泵） 的作用下冷卻水 流經(jīng)冷凝器，在冷凝器吸熱升溫后（ 37。 C）被送到終端風(fēng)機(jī)盤管， 在室內(nèi)換熱后 （ 32。 C）再由冷卻泵 （機(jī)組側(cè)循環(huán)泵） 送到冷凝器，形成循環(huán)。在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中 ,在冷凍泵 （機(jī)組側(cè)循環(huán)泵） 的作用下冷凍水流經(jīng)蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換，被吸熱降溫后（ 7。 C）被送到 熱交換器與地能換熱 后（ 12。 C），再由冷凍泵 （機(jī)組側(cè)循環(huán)泵） 送到蒸發(fā)器形成閉合循環(huán) ，熱交換器經(jīng)過地源側(cè)循環(huán)泵不斷地把冷涼量帶到地下 。 在這個(gè) 循環(huán) 過程 中， 壓縮機(jī) 是 輸送氣體和提高氣體壓力的一種從動的流體機(jī)械。是 空調(diào) 系統(tǒng)的心臟，它從吸氣管吸入低溫低壓的制冷劑氣體，通 過電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動活塞對其進(jìn)行壓縮后，向排氣管排出高溫高壓的制冷劑氣體，為制冷 制熱 循環(huán)提供動力 。如果壓縮機(jī)一直滿負(fù)荷運(yùn)行，這樣就浪費(fèi)了大量的電能，而且還使 室 內(nèi)外 溫 差 波動 大，影響人們的健康 。 運(yùn)用變頻控制技術(shù)，可根據(jù)環(huán)境溫度 調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速， 使居室在短時(shí)間內(nèi)迅速達(dá)到所需要的溫度，并在低轉(zhuǎn)速、低能耗狀態(tài) 下以較小的溫差波動，實(shí)現(xiàn)了快速、節(jié)能和舒適控溫效果。 20 圖 41 系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)圖 因此，實(shí)施對 壓縮機(jī) 自動控制是 地源熱泵空調(diào) 系統(tǒng)節(jié)能及自動控制的重要組成部分。根據(jù)以上分析 ,結(jié)合運(yùn)行特征，利用變頻器、 PLC、模 擬 量輸入輸出 模塊、溫度傳感器等組成溫差閉環(huán)自動控制。 地?zé)崮芸照{(diào)系統(tǒng)圖設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)選用垂直埋管獲取地下土壤的熱量。地下的土壤的溫度一般都是恒定的，溫度上下相差不大，它 是一個(gè)巨大的動態(tài)能量平衡系統(tǒng)，地 下 的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散相對的平衡 。當(dāng)夏天時(shí)地下土壤作為冷源，冬季地下土壤作為熱源。 壓縮機(jī)不斷地從蒸發(fā)器中抽取制冷劑蒸汽，低壓制冷劑蒸汽在壓縮機(jī)內(nèi)部被壓縮為高壓蒸汽后進(jìn)入冷凝器中，制冷劑和冷卻水在冷凝器中進(jìn)行熱交換，制冷劑放熱后變?yōu)楦邏阂后w，通過熱力膨脹閥后，液態(tài)制冷劑壓力急劇下降，變?yōu)榈蛪?液態(tài)制冷劑后進(jìn)入蒸發(fā)器，開始新的一輪循環(huán)。 在夏天，如圖 12 所示，閥門 7 打開，閥門 8 關(guān)閉。地?zé)崮芸照{(diào)系統(tǒng)內(nèi)的壓縮機(jī)對制冷劑做功，使其進(jìn)行汽 液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的汽化將由空調(diào)側(cè)循環(huán)水所攜帶的熱量吸收至制冷劑中，在制冷劑循環(huán)同時(shí)再通過冷凝器內(nèi)在制冷劑的汽化，由地源側(cè)循環(huán)水將制冷劑所攜帶的熱量吸收，最終由地源側(cè)循環(huán)水轉(zhuǎn)移至地水、地下水或土壤里。在室內(nèi)熱量不斷轉(zhuǎn)移至地下的過程中，通過風(fēng)機(jī)盤管，以的冷風(fēng)的形式為房間供冷。 21 圖 1 地?zé)崮芸照{(diào)系統(tǒng)運(yùn)行圖 在冬天， 如圖 5 所示，閥門 8 打開，閥門 7 關(guān)閉。壓縮機(jī)對制冷劑做功，由地源側(cè)循環(huán)水吸收地表水、地下水或土壤里的熱量，通過蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的汽化，將地源側(cè)循環(huán)水中的熱量吸收至制冷劑中，在制冷劑循環(huán)的同時(shí)再通過冷凝器內(nèi)制冷劑的液化，由空調(diào)側(cè)循環(huán)水將制冷劑所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的過程中，以熱風(fēng)的形式為房間供暖。 在制冷模式下，對于蒸發(fā)器進(jìn)水的溫度將高于回水的溫度，形成溫差，通過檢測進(jìn)水和回水的溫度差來實(shí)現(xiàn)恒溫差控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。溫差大，說明地?zé)崮芸照{(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的制冷量大，可以降低壓縮 機(jī)的轉(zhuǎn)速；溫差小，說明地?zé)崮芸照{(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的制冷量小，可以提高壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。 在制熱模式下，對于冷凝器進(jìn)水的溫度將低于回水的溫度，形成溫差，通過檢測進(jìn)水和回水的溫度差來實(shí)現(xiàn)恒溫差控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。溫差大，說明地?zé)崮芸照{(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的制熱量大，可以降低壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；溫差小，說明地?zé)崮芸照{(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的制熱量小，可以提高壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。 出水管和回水管上裝上溫度的溫度傳感器，與 PLC和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過出水管和回水管的溫差來控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。 空調(diào)長時(shí)間運(yùn)行，通風(fēng)口的過濾網(wǎng)表面容易吸附灰塵，使風(fēng)吹不進(jìn)房間。在通風(fēng)口的過濾網(wǎng)處安裝一個(gè)溫度傳感器，在制冷狀態(tài)下，風(fēng)吹不來，通風(fēng)道溫度會特別地低，當(dāng)溫度低于某個(gè)值時(shí)，風(fēng)機(jī)會自動切斷；在制熱狀態(tài)下，風(fēng)吹不來，通風(fēng)道溫度會特別高，當(dāng)溫度高于某個(gè)值時(shí)，風(fēng)機(jī)會也自動切斷，說明需要清洗過濾網(wǎng)了，實(shí)現(xiàn)了自動控制。 22 地?zé)崮芸照{(diào)系統(tǒng)主電路 分析及設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)有一個(gè)壓縮機(jī)、三個(gè)循環(huán)泵，還有兩個(gè)風(fēng)機(jī)盤管，需控制四個(gè)電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)要實(shí)現(xiàn)調(diào)速，要接變頻器。由于循環(huán)泵的功率特別的大， 在啟動過程中 采用順序啟動，各個(gè)循環(huán)泵之間相差一分鐘。風(fēng)機(jī)的功率要小一些，所以用單相電機(jī)。其主電路如下圖 6 所示 。 圖 2 空調(diào)系統(tǒng)主電路圖 本系統(tǒng)采用三相五制，系統(tǒng)采用獨(dú)立接地，以提高 PLC 以及變頻器運(yùn)行的穩(wěn)定性。啟動時(shí)四個(gè)電機(jī)相隔一定時(shí)間順序啟動，通過 PLC 輸出接通中間繼電器，中間繼電器常開觸點(diǎn)與 KM 線圈相連，控制電動機(jī)的運(yùn)行，由于電機(jī)容量比較小我們均采用直接啟動。 主電路中的低壓熔斷器除接通電源外，同時(shí)實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，每臺電動機(jī)的過載保護(hù)由相應(yīng)的熱繼電器 FR 實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，對于變頻本身已經(jīng)有自己的保護(hù)環(huán)節(jié)我們無需在接觸熱繼電器。 KA3只用于接通變頻器，不能頻繁啟動或斷開壓縮機(jī)，停止或啟動壓縮機(jī) 只能 由 KA3 的常開出點(diǎn)控 制。在停止時(shí)必須先停止變頻器，在斷開 QF3。室內(nèi)風(fēng)機(jī)調(diào)速我們采用家用風(fēng)扇調(diào)速器，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的功率只有 80W和家用風(fēng)扇功率幾乎相當(dāng)。 地?zé)崮芸照{(diào)系統(tǒng)的 PLC 和變頻器 控制部分 系統(tǒng)的起停、運(yùn)行都在 PLC控制下進(jìn)行，本設(shè)計(jì)需要 10 個(gè)數(shù)字輸入和 12個(gè)數(shù)字輸出接口，還有需要 6 路模擬輸入通道和 1 路模擬量輸出通道， PLC還應(yīng)留有一部分的空余端子以備其他用途，故選用一個(gè)西門子 CPU 226 AC/DC/ 繼電器 24 輸入 /16繼電器 型號 PLC 和二個(gè)模擬量輸入輸出模塊 EM235。 啟動時(shí)首先選擇夏季或冬季模式，然后按下啟 動按鈕，通過 PLC 輸出控制中間繼電器，中間繼電器控制接觸器和變頻器順序啟動。其 PLC 接線如下圖 3 所示。 23 圖 3 PLC 接線圖 S7200 型 CPU226PLC 集成 24 輸入 /16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)?？蛇B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)。 13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。 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。 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。 從蒸發(fā)器或冷凝器溫度變送器 的 模擬量信號接到西門子 EM235 模塊。 西門子EM235是一個(gè)模擬量輸入輸出模塊， CPU通過此模塊可以采集于本模塊相連接現(xiàn)場的模擬信號?？山邮茈娏?、電壓信號，也可連接兩線制 溫度 變送器。 EM235 有 4 路模擬量輸入通道，同時(shí)還包括了一路模擬量輸出通道，輸出 010V 電壓 電壓控制變頻器，變頻器通過外部給定與 EM235 信號相比較經(jīng)變頻器內(nèi)部 PI 調(diào)節(jié)控制電機(jī)已達(dá)到制冷或制熱的效果。 變頻器 控制 的過程：外部電位器給定 010V 對應(yīng)溫度 1732度。 當(dāng)我們需要調(diào)節(jié)溫度時(shí)，把電位器旋轉(zhuǎn)到一定位置， 由變頻器外部 CCI 輸入，經(jīng) 過內(nèi)部 PI參數(shù)設(shè)置（ 最小量給定范圍和 最大量給定范圍）調(diào)整后與由 EM235 模塊反饋回來電壓號經(jīng)過內(nèi)部 PI 參數(shù)設(shè)置（ 最小量反饋范圍和 最大量反饋范圍）調(diào)整后產(chǎn)生一個(gè)偏差值（ 偏差極限）在允許 值 范圍內(nèi) 經(jīng)過 PI（ 比例增益 Kp和 積分增益 Kp）內(nèi)部運(yùn)算 不調(diào)節(jié) 變頻器。超過偏差允許值調(diào)節(jié)變頻器。變頻器的 PI 調(diào)節(jié)控制圖（圖 6）與接線圖（圖 7） 。 24 圖 6 變頻器 PI 調(diào)節(jié)控制圖 圖 7 變頻 PI 調(diào)節(jié)接線圖 當(dāng)壓縮機(jī)出現(xiàn)故障 時(shí)， 可編程 繼電器輸出 TA、 TC 接通， 故障指示燈變亮 ，故障排除后，按一下復(fù)位開關(guān)，變頻器 重新 啟動。 25 致謝 在本次設(shè)計(jì)中，我要真誠的感謝曹金娟老師給予我的指導(dǎo)，在設(shè)計(jì)過程曹老師嚴(yán)格督促我的畢業(yè)設(shè)計(jì)速度，及時(shí)的幫我解決我在設(shè)計(jì)中遇到的各種問題和困難，在設(shè)計(jì)中一直對我嚴(yán)格要求，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中都給我耐心的指導(dǎo)和講解，并主動為我提供各種相關(guān)技術(shù)資料，在曹老師的幫助和指導(dǎo)下我順利完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，也讓我在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中受益匪淺，在此謹(jǐn)向 曹 老師致以深切的謝意！ 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我同樣還得到 了邯鄲職業(yè)技術(shù)學(xué)院其他眾多老師的幫助和指導(dǎo)，各位老師在工作中上的一絲不茍得精神和踏實(shí)的生活態(tài)度，更是我值得學(xué)習(xí)的地方。此還要感謝邯鄲職業(yè)技術(shù)學(xué)院的全體老師，感謝他們對我的培養(yǎng)。感謝家人的關(guān)心與支持！ 26 參考文獻(xiàn) [1] 王兆義 . 可編程控制器教程 [M] . 2版 . 北京：機(jī)械 工業(yè)出版社， 2021 [2] 張毅 . 自動檢測技術(shù) [M] . 2版 . 上海：化學(xué) 工業(yè)出版社， 2021 [3] 李佐周 . 制冷與空調(diào)設(shè)備原理 [M] .3版 .北京 ： 中國傳媒大學(xué)出版社 ， 2021 [4] 王寒棟 . 制冷空調(diào)測控技術(shù) 機(jī)械 工業(yè)出版社， 2021 [5] 瞿芳 . 機(jī)械制圖與 CAD [M] . 2版 . 機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 27 附錄 1 符號表 28 2 程序 29 30 3