【正文】 基于 PLC 的醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 R 1 C0 //首次啟動(dòng)， 3 號(hào)電機(jī)工頻運(yùn)行 10 分鐘后停止。 R 1 R 1 //冷卻泵 2 號(hào)電機(jī)啟動(dòng) /停止（工頻） //若 2 號(hào)電機(jī)故障，則停止。 //冷凍水溫度低于 27℃ 則自動(dòng)停止運(yùn)行。 在 畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束之際，我在此對(duì)電氣信息工程學(xué)院，對(duì)李金城老師以及所有為我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供幫助的老師們致以崇高的敬意和真心的感謝。感謝李老師在開題與論文修改過(guò)程中提出的中肯建議，拓展了本文的思路，加強(qiáng)了論文的邏輯性，亦令我受益匪淺。 其次，感謝導(dǎo)師李金城老師給予我們的悉心指導(dǎo)和照顧，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度與治學(xué)精神仍將是我今后學(xué)習(xí)的方向。通過(guò)近 4 年的學(xué)習(xí)，我的專業(yè) 知識(shí)水平無(wú)論在理論上，還是在實(shí)際研究能力上，都進(jìn)了一大步。 基于 PLC 的醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 致 謝 大學(xué)四年，人生經(jīng)歷與知識(shí)都受益良多，我滿懷感激。并且頻率下調(diào)后，電機(jī)避免了長(zhǎng)期高速的運(yùn)行，有效地延長(zhǎng)了電機(jī)和機(jī)組的壽命。 本課題主要是對(duì)空調(diào)出口溫度進(jìn)行檢測(cè)，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。由于邏輯功能通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，從而減少了大量的中間連線，完善了連鎖保護(hù)功能，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 本系統(tǒng)采 用模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)， PLC 主模塊及擴(kuò)展模塊的選擇能滿足系統(tǒng)的需要，輸入、輸出點(diǎn)數(shù)留有一定的裕量，以滿足系統(tǒng)擴(kuò)展的要求。工作人員只需在監(jiān)控室，就能夠掌握所有設(shè)備的運(yùn)行狀況以及所需要的信息?？梢娊M態(tài)王完全能夠完成本次設(shè)計(jì)的組態(tài)部分。組態(tài)王是國(guó)內(nèi)最早、裝機(jī)量最多的組態(tài)軟件。 （ 2）國(guó)內(nèi)品牌：組態(tài)王、 MCGS 、力控、 FameView 、世紀(jì)星。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇和一些先期發(fā)展的品牌市場(chǎng)推廣力度的加大，組態(tài)軟件市場(chǎng)對(duì)新進(jìn)入者會(huì)增加越來(lái)越高的門檻。組態(tài)軟件市場(chǎng)經(jīng)過(guò) 10余年的培育和發(fā)展，目前正處在一個(gè)蓬勃發(fā)展的成長(zhǎng)階段，用戶對(duì)組態(tài)軟件產(chǎn)品接受程度也日益增加。 常見組態(tài)軟件的比較 從目前國(guó)內(nèi)組態(tài)軟件市場(chǎng)看，是國(guó)內(nèi)組態(tài)軟件品牌和國(guó)外品牌同時(shí)并存的局面。在開發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時(shí)，當(dāng)工業(yè)被控對(duì)象一旦有變動(dòng)，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開發(fā)周期長(zhǎng)；已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個(gè)控制項(xiàng)目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致它的價(jià)格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時(shí)，倘若原來(lái)的編程人員因工作變動(dòng)而離去時(shí)，則必須同其他人員或新手進(jìn)行源程序的修改，因而更是相當(dāng)困難。 //2 號(hào)電機(jī)停止。 //1 號(hào)泵變頻運(yùn)行。 //過(guò)溫保護(hù)。 //若 2 號(hào)泵故障，則 3 號(hào)泵代替。 //VW416 冷卻水 PID 輸出送 AQW0控制 1號(hào)變頻器。 程序設(shè)計(jì) 程序采用梯形圖的形式，它沿用了繼電器的觸點(diǎn)和線圈等符號(hào)，圖形表示易于理解。 機(jī)組設(shè)置總運(yùn)行、故障輸出，壓縮機(jī)單機(jī)的運(yùn)行、故障狀態(tài)可選項(xiàng)，其輸出可以接也可以不接。 參數(shù)設(shè)置、顯示、保護(hù)、報(bào)警等功能實(shí)現(xiàn) 機(jī)組運(yùn)行的各參數(shù)從 PLC 的輸入端讀取，在每次讀取后通過(guò)程序直接寫入 PLC的數(shù)據(jù)寄存器。 主程序調(diào)用子程序是的參數(shù)傳遞采用公用參數(shù)的方式傳遞。采用 PLC 控制后，壓縮機(jī)的啟動(dòng)順序有 PLC基于 PLC 的醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 按壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短自動(dòng)生成。 PLC 程序的運(yùn)行方式為循環(huán)掃描式，因此將主要功能模塊設(shè)計(jì)成主程序，如圖33，在每一掃描周期內(nèi)該主程序均被執(zhí)行，而 壓縮機(jī)啟停順序生成模塊則設(shè)計(jì)成子程序供調(diào)用。主程序主要完成初始化、遙信自處理、通信處理三方面的工作。 （ 3）變頻器給定模塊將處理變頻器的工作模式，調(diào)用變頻器設(shè)定模塊。 PLC 程序設(shè)計(jì)共有四個(gè)模塊： （ 1）控制按鈕模塊主要處理各電機(jī)和電磁閥的啟?？刂?。 STEP7 軟件還附帶一些控制程序模塊，如 P 功調(diào)節(jié)模塊，這 些模塊可以從主控制程序中直接調(diào)用，實(shí)現(xiàn)不同功能 [6]。通過(guò) STEP7 編程軟件，不僅可以非常方便的使用梯形圖和語(yǔ)句表等形式進(jìn)行離線編程，經(jīng)過(guò)編譯后通過(guò)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(yùn)行時(shí)，還可以在線監(jiān)視程序中各個(gè)輸入輸出或狀態(tài)點(diǎn)的通斷狀況，給調(diào)試工作也帶來(lái)極大的方便。 PLC 控制程序由一個(gè)主程序、若干子程序構(gòu)成，程序的編制在計(jì)算機(jī)上完成，編譯后通過(guò) PC/PPI 電纜把程序下載到 PLC，控制任務(wù)的完成，是通過(guò)在 RUN 模式下主機(jī)循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。語(yǔ)句表 (STL)語(yǔ)言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，特別適合于基于 PLC 的醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 來(lái)自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機(jī)器硬 件的語(yǔ)言。中斷服務(wù)程序 INT0對(duì) 2 個(gè)變頻器分別控制。主程序 OBI 分別調(diào)用 SBR0， SBR1 子程序塊傳送PID 控制參數(shù)?？刂瞥绦虿捎肞ID 控制算法控制輸出電壓。需要注意的是，在水泵進(jìn)行工頻和變頻電網(wǎng)的切換過(guò)程盡可能快，各接觸器間互鎖和動(dòng)作時(shí)間要設(shè)置好。 PLC 用 I/O 擴(kuò)展板接口分別接入 A/D 和 D/A從模塊。 PLC 軟件程序設(shè)計(jì)采用梯形圖語(yǔ)言編程，直觀易懂。 PLC 的輸入信號(hào)有機(jī)組選擇信號(hào)、運(yùn)行方式選擇信號(hào)、冷卻塔和主機(jī)開 /關(guān)信號(hào)、冷凍泵和冷卻泵的起 /停信號(hào)等。 PLC 控制下變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理， PLC 是變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。主程序主要對(duì)存儲(chǔ)基于 PLC 的醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 區(qū)標(biāo)志位、緩沖區(qū)、定時(shí)器和 PID 調(diào)節(jié)器進(jìn)行初始化。所以選擇三菱 FRA540 作為本系統(tǒng)的變頻器 [5]。由于本系統(tǒng)采用的是一臺(tái)變頻器只為一臺(tái)電機(jī)提供電源，即一臺(tái)變頻器對(duì)應(yīng)一臺(tái)水泵，所以三菱 FRA540 的功率以足夠勝任。 本系統(tǒng)所用的單臺(tái)水泵功率為 。 在一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)的情況下，變頻器的容量選擇要保證變頻器的額定電流大于該電動(dòng)機(jī)的額定電流，或者是變頻器所適配的電動(dòng)機(jī)功率大于當(dāng)前該電動(dòng)機(jī)的功率。在變頻調(diào)速的情況下，供電頻率是變化的，電機(jī)的實(shí)際輸出也會(huì)變化。 變頻器的選擇 常規(guī)設(shè)計(jì)的交流電動(dòng)機(jī)，通常都是在額定頻率、額定電壓下工作的。再有結(jié)合人機(jī)界面直接操作，配置結(jié)構(gòu)如圖 32 所示。有 RS－ 485 通訊端口，并配有 STEP7編程軟件，可以通過(guò) PC 機(jī)對(duì)其進(jìn)行編程輸入 [4]。根據(jù)以上具體要求，我們選用西門子的 S7200PLC 作為核心控制器。 為了滿足以上所介紹的空調(diào)控制工藝要求，整個(gè)控制系統(tǒng)需要的 I/O 點(diǎn)分別是18 點(diǎn)和 15 點(diǎn)。輸入和輸出模塊，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和 CPU 模塊的橋梁。所以它具有極高的性價(jià)比。 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。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。 PLC 選型 空調(diào)變頻控制系統(tǒng)選配的 SIMATIC S7200 PLC 主要由 CPU226 模塊(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。 硬件電路主要實(shí)現(xiàn)：信號(hào)采集，控制信號(hào)輸出，水泵控制，故障報(bào)警等功能。 （ 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(huì)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。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。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。 （ 2）保證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠 保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)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)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場(chǎng)的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國(guó)內(nèi)、國(guó)外資料。 （ 3）測(cè)量冷凍水系統(tǒng)供回水管的壓差 △ P=P1 P2 控制其旁通閥（ TV）的開口度，使其維持壓差。啟動(dòng)：冷卻塔風(fēng)機(jī) — 冷卻水泵 — 冷凍水泵 — 冷水機(jī)組；停止：冷水機(jī)組 — 冷凍水泵 — 冷卻水泵 — 冷卻塔風(fēng)機(jī)。主要的控制要求有以下幾點(diǎn)： （ 1）測(cè)量冷凍水供回水溫度及流量，從而計(jì)算空調(diào)實(shí)際的冷負(fù)荷，根據(jù)實(shí)際的冷負(fù)荷來(lái)決定冷水機(jī)組的開啟臺(tái)數(shù)，達(dá)到最佳節(jié)能狀態(tài)。 基于 PLC 的醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 控制系統(tǒng)的基本操作功能設(shè)置為手動(dòng)和自動(dòng)兩種選擇，手動(dòng)功能主要是對(duì)設(shè)備單機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)保養(yǎng)時(shí)所選用，而自動(dòng)功能是由車間內(nèi)的各組空調(diào)處理機(jī)組或新風(fēng)機(jī)組的啟停來(lái)控制泵組工作的。液