【導(dǎo)讀】在控制較適宜的溫度的同時(shí)，卻消耗了大量的能量。如今，人們?cè)絹?lái)越重視中央。的生活工作環(huán)境及有效節(jié)能提供了技術(shù)條件。本文首先介紹了中央空調(diào)的結(jié)構(gòu)和工作原理，總結(jié)了傳統(tǒng)中央空調(diào)的缺點(diǎn)，該系統(tǒng)采用西門子的S7—200PLC作為主控制單元，利用傳統(tǒng)PID控。荷的情況調(diào)整流量，實(shí)現(xiàn)恒溫控制，同時(shí)又可以節(jié)約大量能源。對(duì)變頻控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送，設(shè)計(jì)了。基于USS協(xié)議的RS-485總線通訊的網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)西門子TD200文本顯示器實(shí)現(xiàn)。人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，最后使用MCGS工控組態(tài)軟件進(jìn)行了系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)研究。

　　

【正文】 主要特征 易于安裝；易于調(diào)試；牢固的 EMC 設(shè)計(jì)；可由 IT 電源供電；對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)是快速和可重復(fù)的；參數(shù)設(shè)置的范圍很廣，確保它可對(duì)廣泛的應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行配置；電纜連接簡(jiǎn)便；具有多個(gè)繼電器輸出；具有多個(gè)模擬量輸出 (0~20mA)； 6 個(gè)帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換可 NPN/PNP 接線； 2 個(gè)模擬輸入： 1)ADC1： 0~10V，0~20mA 和 10 至 +10V 2)ADC2： 0~10V， 0~20mA； 2 個(gè)模擬輸入可以作為第 7 和第 8 個(gè)數(shù)字輸入； BICO 技術(shù)；模塊化設(shè)計(jì)，配置非常靈活；開(kāi)關(guān)頻率高 (傳動(dòng)變頻器可到 16kHz)，因而電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪音低；內(nèi)部 RS485 接口 (端口 )；詳細(xì)的變頻器狀態(tài)信息和完整的信息功能。 控制性能的特點(diǎn) 最新的 IGBT 技術(shù)；數(shù)字微處理器控制；高質(zhì)量的矢量控制系統(tǒng)；磁通電流控制 (FCC)改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并且優(yōu)化電動(dòng)機(jī)的控制；線性 V/F 特性；平方 V/F 特性；多點(diǎn) v/f 特性 (可編程 V/F 特性 )；力矩控制；捕捉再 起動(dòng)；滑差補(bǔ)償；在電源中斷或故障跳閘以后，自動(dòng)再起動(dòng)；可以由用戶定義的自由功能塊，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算的操作；動(dòng)態(tài)緩沖；用于定位控制的減速斜坡函數(shù)曲線；高品質(zhì)的 PID 控制器 (具有參數(shù)自整定功能 )，可用于一般的過(guò)程控制；可編程的加速 /減速斜坡函數(shù)， 0 秒至 650 秒；斜坡起始段和結(jié)束段的平滑功能；快速電流限制(FCL)功能，避免運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘；快速、可重復(fù)的數(shù)字輸入響應(yīng)時(shí)間；使用兩個(gè)高分辨率的 10 位二進(jìn)制模擬輸入，實(shí)現(xiàn)速度精調(diào)；復(fù)合制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)控制； 4 個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率。 保護(hù)功能 過(guò)壓 /欠壓保護(hù) ；變頻器過(guò)溫保護(hù)；使用 PTC 通過(guò)數(shù)字輸入實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)；接地故障保護(hù)；短路保護(hù)；閉鎖電動(dòng)機(jī)保護(hù)；防止電動(dòng)機(jī)失速；參數(shù)聯(lián)鎖。 變頻器運(yùn)行的環(huán)境條件 0～ 40 度，這個(gè)溫度比較適合變頻器正常運(yùn)行。 ≤95%，無(wú)凝露。 。不允許把變頻器安裝在有可能經(jīng)常受到振動(dòng)的地方。 近電磁輻射源的地方。 ，例如，安裝在存在灰塵、腐蝕性氣體等的環(huán)境中。 切記要遠(yuǎn)離有可能 17 出現(xiàn)淋水的地方。例如，不要把變頻器安裝在水管的下面，因?yàn)樗艿谋砻嬗锌赡芙Y(jié)露。禁止把變頻器安裝在濕度過(guò)大和有可能出現(xiàn)凝露的地方。 近不要安裝有對(duì)冷卻空氣流通造成負(fù)面影響的其它設(shè)備。確認(rèn)變頻器的冷卻風(fēng)口處于正確的位置，不妨礙空氣的流通。 使用變頻器設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)需注意的問(wèn)題 1. 變頻器柜內(nèi)除本機(jī)專用的空氣開(kāi)關(guān)外，不宜安置其它操作性開(kāi)關(guān)電器，以免開(kāi)關(guān)噪聲入侵變頻器，造成誤動(dòng)作； 2. 變頻器電源輸入側(cè)可采用容量適宜的空氣開(kāi)關(guān)作為短路保護(hù)，但切記不可頻繁操作。由于變頻器內(nèi)部具 有大電容，其放電過(guò)程較為緩慢，頻繁操作將造成過(guò)電壓而損壞內(nèi)部元件； 3. 注意防止發(fā)生共振現(xiàn)象。由于定子電流中含有高次諧波成分，電機(jī)轉(zhuǎn)矩中含有脈動(dòng)分量，有可能造成電機(jī)的振動(dòng)與機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生共振，使設(shè)備出現(xiàn)故障。應(yīng)預(yù)先找到負(fù)載固有的共振頻率后，利用變頻器頻率跳躍功能設(shè)置，躲開(kāi)共振頻率點(diǎn)。 為了控制電源，一般在變頻器電源進(jìn)線上串接一個(gè)超過(guò)變頻器額定電流兩倍以上的交流接觸器。但應(yīng)注意，除緊急情況外，接觸器的通斷只能在變頻器停止運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行。 PLC選型 PLC 簡(jiǎn)介 可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller， PLC)，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 PLC 控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 運(yùn)算功能 簡(jiǎn)單可編程邏輯控制器的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通可編程邏輯控制器的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算 、數(shù)據(jù)傳送等；大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的 PID 運(yùn)算和其他高級(jí)運(yùn)算功能。隨著開(kāi)放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。 控制功能 控制功能包括 PID 控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定?？删幊踢壿嬁刂破髦饕糜陧樞蜻壿嬁刂?，因此，大多數(shù)場(chǎng)合常 18 采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高可編程邏 輯控制器的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。例如采用 PID 控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、 ASC 碼轉(zhuǎn)換單元等。 通信功能 大中型可編程邏輯控制器系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議 (如TCP/IP)，需要時(shí)應(yīng)能與工廠管理網(wǎng) (TCP/IP)相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合 ISO/IEEE通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開(kāi)放的通信網(wǎng)絡(luò)。可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口、 RIO 通信口、常用 DCS 接口等；大中型可編程邏輯控制器通信總線 (含接口設(shè)備和電纜 )應(yīng) 1:1 冗余配置，通信總線應(yīng)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置 實(shí)際要求。為減輕 CPU 通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的 (如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總線 )通信處理器。 編程功能 離線編程方式：可編程邏輯控制器和編程器公用一個(gè) CPU，編程器在編程模式時(shí)， CPU 只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式， CPU 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。 在線編程方式： CPU 和編程器有各自的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù) 發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型可編程邏輯控制器中常采用。 五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言：順序功能圖 (SFC)、梯形圖 (LD)、功能模塊圖 (FBD)三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表 (IL)、結(jié)構(gòu)文本 (ST)兩種文本語(yǔ)言。選用的編程語(yǔ)言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn) (IEC6113123)，同時(shí)，還應(yīng)支持多種語(yǔ)言編程形式，如 C， Basic 等，以滿足特殊控制場(chǎng)合的控制要求。 診斷功能 可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過(guò)硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置 ，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過(guò)軟件對(duì) PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過(guò)軟件對(duì)可編程邏輯控制器的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷?？删幊踢壿嬁刂破鞯脑\斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。 處理速度 可編程邏輯控制器采用掃描方式工作。從實(shí)時(shí)性要求來(lái)看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號(hào)，造成信號(hào)數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長(zhǎng)度、 CPU 處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，可編程邏輯控制器接 點(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期應(yīng)滿足：小型可編程邏輯控制器的掃描時(shí)間不大于 ；大中型可編程邏輯控制器的掃描時(shí)間不大于 。 綜上所述，再結(jié)合實(shí)際情況，為便于今后系統(tǒng)的改造或者升級(jí)，需要留出一 19 定的 I/O 點(diǎn)以做擴(kuò)展使用。我們選用西門子 S7200PLC 作為主控制器，其中主機(jī)型號(hào)： CPU226。 西門子 S7200PLC 介紹 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； 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。 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。 CPU226 的主要技術(shù)指標(biāo) : 24 輸入 /16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。 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。 。 ，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。 。 S7200 的工作模式 : S7200 系列 PLC 有 3 中工作模式，即 RUN， STOP 和 TERM 模式。 RUN 模式： CPU 在 RUN 模式下執(zhí)行完整的掃描過(guò)程，通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。此時(shí)，在 CPU 模式的 LED 顯示面板上 “RUN”顯示當(dāng)前的工作模式。在此模式時(shí)，不能向 PLC 裝入程序、 STOP 模式： PLC 處于停止方式， CPU 不 執(zhí)行用戶程序，可裝載編程軟件的計(jì)算機(jī)通信，可以創(chuàng)建和編輯用戶程序，設(shè)置 PLC 的硬件功能，向 PLC 裝入用戶程序和硬件設(shè)置信息。 TERM 模式：是一種暫態(tài)，可以用程序?qū)?TERM 轉(zhuǎn)換為 RUN 或 STOP 狀態(tài)，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試程序時(shí)很有用處。 TERM 狀態(tài)還和機(jī)器的特殊標(biāo)志位 有關(guān)，可用于自由口通信時(shí)的控制。 模擬量 I/O 模塊的種類 在工業(yè)控制中，某些輸入量 (例如壓力、溫度、流量、速度等 )是模擬量，某些執(zhí)行機(jī)構(gòu) (例如電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、變頻器等 )要求 PLC 輸出模擬信號(hào)，而 PLC 的 CPU只能處理數(shù)字量。模擬量首先被 傳感器和變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的電流或電壓，PLC 用 A/D 轉(zhuǎn)換器把這些模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，帶正負(fù)號(hào)的電流、電壓在 A/D 20 轉(zhuǎn)換后用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示。 D/A 轉(zhuǎn)換器把數(shù)字輸出量轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。模擬量 I/O 模塊的主要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換和 D/A 轉(zhuǎn)換。 A/D 轉(zhuǎn)換器和 D/A 轉(zhuǎn)換其的二進(jìn)制位數(shù)反映了它們的分辨率，位數(shù)越多，分辨率越高。轉(zhuǎn)換時(shí)間也是模擬 I/O 模塊的一個(gè)重要指標(biāo)。 S7200PLC 主要有 3 種模擬量擴(kuò)展模塊： (EM231， 4 路 ) (EM232， 2 路 ) (EM235， 4 路輸入， 1 路輸出 ) S7200PLC 模擬量擴(kuò)展模塊中的 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器位數(shù)均為 12 位。 EM231 技術(shù)指標(biāo) 4 個(gè)模擬量輸入通道。 ：?jiǎn)螛O性 0~10V、 0~5V；雙極性 177。5V， 177。 ： 0~20mA。 AI 區(qū)域 2 個(gè)字節(jié)。該模塊模擬量的輸入值為只讀數(shù)據(jù)。 據(jù)值是 12 位二進(jìn)制數(shù)。最高有效位是符號(hào)位： 0 表示正值數(shù)據(jù)， 1 表示負(fù)值數(shù)據(jù)。 據(jù)格式和雙極性數(shù)據(jù)格式。前者的全量程范圍設(shè)置為 0~ 32021~+32021。 EM232 技術(shù)指標(biāo) 2 路模擬量輸出。 ：電壓輸出為 177。10V，電流輸出為0~20mA。 AQ 區(qū)域 2 個(gè)字節(jié)，用戶程序無(wú)法讀取模擬量輸出值。 運(yùn)算處理后的數(shù)字量信號(hào) (BIN 數(shù) )為 12 位，最高有效位是符號(hào)位： 0 表示正值， 1 表示負(fù)值。 0~+32021。 的數(shù)據(jù)格式為 32021~+32021。 EM231 RTD 接線及注意事項(xiàng) 熱電阻模塊 EM231 RTD 接線如圖 31 所示，使用屏蔽線連接可達(dá)到最好的抗噪性。如果用戶使用屏蔽線，應(yīng)將屏蔽層接到信號(hào)連接器的 1~4 針接地點(diǎn)上。該接地點(diǎn)與電源連接器的 3~7 針共地。如果有的熱電阻輸入通道沒(méi)有使用，用戶應(yīng)將一個(gè)電阻器與沒(méi)有的通道輸入相連，已防止由于浮地輸入信號(hào)產(chǎn)生的誤差，影響有效通道產(chǎn)生錯(cuò)誤顯示。用戶須將電源練到電源連接器的 1 和 2 針上。用戶必須講電源連接器的針 3 連到附近的機(jī)殼地。 PT100 溫度傳感器 溫度是自然界中和人類打交道最多的物理參數(shù)之一，無(wú)論是在生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，還是在居住休閑場(chǎng)所，溫度的采集或控制都十分頻繁和重要，而且，網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程采集溫度并報(bào)警是現(xiàn)代科技發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。 由于溫度不管是從物理量本身還是在實(shí)際人們的生活中都有著密切的關(guān)系，所以溫度傳感器就會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生。 其設(shè)計(jì)原理： PT100 是鉑熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。 PT100 的 21 阻值與溫度變化關(guān)系為：當(dāng) PT100 溫度為 0℃ 時(shí)它的阻值為 100 歐姆，在 100℃時(shí)它的阻值約為 歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng) PT100 在 0 攝氏度的時(shí)候