【正文】 .................................21 、 變頻器變頻調(diào)速 .............................................23 、 PLC ，變頻 器的 I/O 分 配 及 系 統(tǒng) 外 部 接線 .................................................36 第三章 、軟件設(shè)計(jì) 、 系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹 ......................................39 IV 、 系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 介紹 ......................................41 、系統(tǒng) 軟件 設(shè)計(jì) 主流程圖 .....................................44 、按鍵模塊程序設(shè)計(jì) ............................................46 、紅外線接收部分程序設(shè)計(jì) ....................................48 、串口通訊部分程序設(shè)計(jì) .....................................50 、游戲界面程序設(shè)計(jì)（ VB程序設(shè)計(jì)） .........................52 第四章 、 設(shè)計(jì)心得 ...................................................56 參考文獻(xiàn) ..............................................................58 致謝 ...................................................................59 附錄 附錄一 元器件清單…………………………………………… ....60 附錄二 系統(tǒng)硬件 原理 圖……………………………………… ....61 附錄 三 系統(tǒng)硬件 PCB 圖 ……………………………………… ....62 附錄 四 硬 件實(shí)物圖 ……………………………………… .... ...63 附錄 五 游戲?qū)嵨飯D ……………………………………… ........64 V 前 言 在傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水、冷卻水循環(huán)用電約占系統(tǒng)用電的 12％“ 14％，并且在冷凍主機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行中，其耗電更為明顯，冷凍水、冷卻水循環(huán)用電約達(dá) 30％’ 40％。 分析了中央空調(diào)的控制要求，給出了其設(shè)計(jì)流程圖，編寫(xiě)了 PLC 梯形圖，設(shè)計(jì)中央空調(diào)的 PLC 控制系統(tǒng)，并進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。 本文介紹了中央空調(diào)的主要組成，分類以及工作原理 。 畢 業(yè) 論 文 課題名稱 : 基于 PLC 的中央空調(diào)控制系統(tǒng) 學(xué)生姓名 : 學(xué) 號(hào) ： 專 業(yè) ： 電氣自動(dòng)化技術(shù) 班 級(jí) ： 電氣自動(dòng)化技術(shù) 指導(dǎo)老師 ： 2021 年 12 月 25 日 Ⅰ 摘 要 中央空調(diào)系統(tǒng)是大型建筑物不可缺少的配套設(shè)施之一，其電能的消耗非常大。由變頻器、 PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)應(yīng)用在中央空調(diào)的冷卻水泵和冷凝水泵的 節(jié)能改造中，使冷卻水泵和 冷凍 水泵能隨空調(diào)負(fù)荷的變化而自動(dòng)變速運(yùn)行，達(dá)到顯著節(jié)能效 果 。介紹了中央空調(diào)的控制技術(shù)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)和類型 。隨著變頻技術(shù)的日益成熟，利用變頻器、 PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器、溫度模塊等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成溫差閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，達(dá)到節(jié)能目的提供了可靠的技術(shù)條件。因此對(duì)冷凍水、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的能量自動(dòng)控制是中央空調(diào)節(jié)能改造的重要組成部分。中央空調(diào)采用變頻調(diào)速技術(shù)，使電機(jī)在很寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，可將 所有節(jié)流閥去掉，使管道暢通，可免去節(jié)流損耗。電機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)是由 PLC控制器進(jìn)行切換和控制的。 以往通常用閥門 、 自動(dòng)閥調(diào)節(jié)冷卻水 、 冷凍水的流量和速度達(dá)到調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的目的 ， 這不僅增大了系統(tǒng)節(jié)流損失 ， 而且由于對(duì)空調(diào)的調(diào)節(jié)是 階段性的 ， 造成整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)工作在波動(dòng)狀態(tài) 。 利用變頻器的軟啟動(dòng)功能及平滑調(diào)速的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的平穩(wěn)調(diào)節(jié) ， 使系統(tǒng)工作狀態(tài)穩(wěn)定 ， 并延長(zhǎng)機(jī)組及網(wǎng)管的使用壽命 。 同時(shí) ， 通過(guò)觸摸屏和 PLC 結(jié)合使用 ， 利用觸摸屏強(qiáng)大的人機(jī)交互功能 ， 對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控 。因此中央空調(diào)用戶應(yīng)用變頻節(jié)能控制系統(tǒng)不僅有著良好的直接經(jīng)濟(jì)收益，還能達(dá)到節(jié)約能源消耗，有利于環(huán)境保護(hù)的社會(huì)效益。中央 空 調(diào) 系 統(tǒng) 是由 一臺(tái)主機(jī) (或一套制冷系統(tǒng) 或供 風(fēng) 系 統(tǒng) )通 過(guò)風(fēng) 道送 風(fēng) 或冷 熱 水源 帶動(dòng) 多 個(gè) 末端 方式來(lái)達(dá)到室內(nèi)空氣 調(diào)節(jié) 的目 的的空 調(diào) 系 統(tǒng) 。 2．冷卻水塔用于為冷凍機(jī)組提供 “冷卻水 ”； 3． “外部熱交換 ”系統(tǒng)由兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)組成； （ 1）冷凍水循環(huán)系統(tǒng) 由冷凍泵及冷凍水管道組成。 從冷凍機(jī)組流出、進(jìn)入房間的冷凍水簡(jiǎn)稱為 “出水 ”：流經(jīng)所有的房間后回到冷凍機(jī)組的冷凍水簡(jiǎn)稱為 “回水 ”。冷凍機(jī)組進(jìn)行熱交換，使水溫冷卻的同時(shí)，必將釋 放大量的熱量。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔與大氣進(jìn)行熱交換，然后在將降了溫的冷卻水，送回到冷卻機(jī)組。 流進(jìn)冷凍機(jī)組的冷卻水簡(jiǎn)稱為 “進(jìn)水 ”；從冷凍機(jī)組流回冷卻塔的冷卻水簡(jiǎn)稱為 “回水 ”。 （ 2）冷卻塔風(fēng)機(jī) 用于降低冷卻塔中的水溫，加速將 “回水 ”帶 回的熱量散發(fā)到大氣中去。在這里，冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。 、 空調(diào)控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 伴隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展， 世界上 HVAC 系統(tǒng)的控制從五十年代就開(kāi)始采用氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)， 六十年代改進(jìn)為電動(dòng)單元組合儀表，七十年代采用小型專用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中式控制， 直到1984 年， 美國(guó)哈特福德市第一棟采用微型計(jì)算機(jī)集散式控制系統(tǒng)大廈 的出現(xiàn)， 標(biāo)志著智能建筑時(shí)代的開(kāi)始。作為控制系統(tǒng)中的主要單元控制器，目前國(guó)內(nèi)外主要采用的是常規(guī) PLC 的 PID 控制， 因其控制簡(jiǎn)單， 實(shí)用， 成本低、技術(shù)成熟， 易于實(shí)現(xiàn)， 參數(shù)調(diào)整方便， 并且具有一定的魯棒性， 在空氣調(diào)節(jié)中的應(yīng)用比較廣泛。 1984 年 Shavit 和 Brandt 對(duì) PID 控制的廢氣溫度控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)做了仿真研究。實(shí)際上， 現(xiàn)在 3 大多數(shù)空調(diào)都是采用 PID 控制。當(dāng)一個(gè)己經(jīng)調(diào)整好參數(shù)的 PID 控制器被應(yīng)用于另外一個(gè)具有不同模型參數(shù)的系統(tǒng) 時(shí)， 系統(tǒng)的性能就會(huì)變差，甚至不穩(wěn)定。 智能控制與傳統(tǒng)的 PID 控制相比， 它不完全或不依賴于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型， 同時(shí)具有自尋優(yōu)特點(diǎn)。通過(guò)不斷的優(yōu)化參數(shù)和尋找控制器的最佳結(jié)構(gòu)形式。由于空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)大滯后、多干擾、大慣性的系統(tǒng)， 獲取它的精確模型很困難， 所以智能控制器 成為中央空調(diào)系統(tǒng)中研究的熱點(diǎn)。香港的 等人于 1 994 年開(kāi)發(fā)出空調(diào)機(jī)組的熱舒適性模糊邏輯控制器。1999 年 Kasahara 等設(shè)計(jì)了自適應(yīng) PID 控制器， 此控制器可以應(yīng)用于被控模型不太精確的場(chǎng)所。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)智能控制在空調(diào)中的應(yīng)用研究成果也有很多。采用空調(diào)負(fù)荷預(yù)測(cè)作為優(yōu)化控制的手段，張韜等對(duì)自回歸平均法在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究， 并在此基礎(chǔ)上 就如何提高預(yù)測(cè)算法的準(zhǔn)確性和實(shí)用性提出了一些想法， 該方法可以實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的在線識(shí)別和預(yù)測(cè)，但其預(yù)測(cè)結(jié)果的精度還不太理想， 所以還有待改進(jìn)。 、 中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 的一般控制方法 和技術(shù) 控制方法 1． 模糊控制 4 模糊控制是近年來(lái)發(fā)展最快的一項(xiàng)控制技術(shù)，已成功地應(yīng)用于各種各樣的控制系統(tǒng)中。 模糊控制的核心是模糊控制器，它是按照人的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)通過(guò)模糊算法模仿人的操作策略，實(shí)現(xiàn)以機(jī)器代替人的生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制設(shè)備。 2． 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模仿人腦神經(jīng)系統(tǒng)，它是以一種簡(jiǎn)單計(jì)算 ——處理單元 (神經(jīng)元 ) 為節(jié)點(diǎn)，采用某種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)成的活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，能從微觀結(jié)構(gòu)和性能上對(duì)人腦抽象、簡(jiǎn)化，反映人腦功能的信息處理、學(xué)習(xí)、聯(lián)想、模式分類、記憶等若干基本特征。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制對(duì)環(huán)境變化具有極強(qiáng)的自學(xué)習(xí)能力的優(yōu)點(diǎn)，可以引入設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)非線性對(duì)象以及時(shí)變參數(shù)對(duì)象都可以取得較好的控制效果，具有較好的魯棒性。 控制技術(shù) 中央空 調(diào) 系 統(tǒng) 的控制有 3 種控制方式 :早期的 繼電 器控制系 統(tǒng) 、直接數(shù)字式控制器 DDC 以及 PLC(可 編 程序控制器 )控制系 統(tǒng) 。但由 于 DDC 其本身的抗干 擾 能力 問(wèn)題 和分 級(jí) 分步 式 結(jié) 構(gòu)的局限性而限制了其 應(yīng) 用范 圍 。 中央空 調(diào) 控制系 統(tǒng) 是由 變頻 器、溫度 傳 感器、 壓 力 傳 感器、 露點(diǎn)溫度 傳 感器、 煙 霧偵測(cè) 器 、室內(nèi)靜 壓傳 感器 、 濾 網(wǎng) 壓 差開(kāi)關(guān)、 風(fēng) 機(jī) 壓差開(kāi) 關(guān)、外氣溫濕度 傳 感器 、可 編 程控制器 ( PLC ) 以及人機(jī)界面等幾部分 組 成。 自動(dòng) 控制理 論 通 過(guò)傳遞 函數(shù)的數(shù)學(xué)描述 ， 以根 軌 跡法和 頻 率法作 為 分析和 綜 合 系 統(tǒng) 的 基本方法求解不同生 產(chǎn)過(guò) 程的 PID 經(jīng) 典控制理 論 ，發(fā) 展到目前更高 級(jí) 的智能 控制。 目前，在中央空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)大體上有單片機(jī)控制和 PLC 控制兩種形式。 PLC 控制系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是可靠性和穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)。隨著 PLC 技術(shù)的不斷發(fā)展， PLC 已經(jīng)逐步在暖通空調(diào)領(lǐng)域，特別在工藝性空調(diào)中得到廣泛的應(yīng)用，并且各 PLC 生產(chǎn)廠家推出適用于各類過(guò)程控制的智能專用模塊，但是，這些專用模塊價(jià)格昂貴，需使用專用編程設(shè)備，成本高，通用性差。其控制要求如下： （ 1）循環(huán)水系統(tǒng)配有冷卻水泵兩臺(tái) M1 和 M2，冷凍水泵兩 臺(tái) M3 和 M4，均為一用一備，冷卻水泵和冷凍水泵的控制過(guò)程相似。 （ 3）在變頻節(jié)能狀態(tài)下可以自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率，也可以手動(dòng)調(diào)節(jié)頻率，每次的調(diào)節(jié)量為 。 （ 5）上述的所有操作都通過(guò)觸摸屏來(lái)進(jìn)行。根據(jù)控制要求及 I／ O分配，畫(huà)出控制系統(tǒng)接線圖。 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，編制程序。 （ 1）根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求，畫(huà)出控制系統(tǒng)接線圖。 （ 3）輸入程序，將設(shè)計(jì)的程序正確輸入 PLC 中。 （ 5）手動(dòng)調(diào)速的調(diào)試，將 PLC、變頻器、 FX2N4ADPT、 FX2N 2DA連接。 （ 6）自動(dòng)調(diào)速的調(diào)試，在手動(dòng)調(diào)速成功的基礎(chǔ)上，將兩個(gè)溫度傳感器放入溫度不同的水中，通過(guò)變頻器的操作面板觀察變頻器的輸出是 7 否符合要求，否則，修正進(jìn)水、出水的溫度值，使出進(jìn)水溫差與變頻器輸出的頻率相符。分別在手動(dòng)調(diào)速和自動(dòng)調(diào)速的情況下，通過(guò)變頻器的操作面板觀察變頻器的輸出是否符合要求，否則，檢查系統(tǒng)接線、變頻器參數(shù)、 PLC 程序，直至變頻器按要求運(yùn)行。 、 中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制依據(jù) 中央空調(diào)系統(tǒng)的外部熱交換兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)來(lái)完成。因此，根據(jù)回水與進(jìn)水（出）水溫度之差來(lái)控制循環(huán)水的流動(dòng)速度，從而控制了進(jìn)行熱交換的速度，是比較合理的控制方法。因此，單是回水溫度的高低就足以反映房間內(nèi)的溫度。簡(jiǎn)言之，對(duì)于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，控制依據(jù)是回水溫度，即通過(guò)變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)水的恒溫度控制。所以，對(duì)于冷卻泵，以進(jìn)水和回水間的溫差作為控制依據(jù)，宙實(shí)現(xiàn)進(jìn)水和回水的恒溫差控制是比較合理的。 、 中央空調(diào)使用 PlC、變頻器 的總體 方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)圖如下 8 1. 總 體控制原理 在 圖 2 中 .PLC 是采用三菱公司生 產(chǎn) 的 型 號(hào) 為 FX2N48M的 PLC. 變頻器也采用三菱公司 生 產(chǎn) 的型號(hào) 為 FRA540 的 變頻 器 。控制冷凍水泵的制冷、制熱模式的切換 ?？刂评鋮s塔的開(kāi)啟個(gè)數(shù) :控制冷卻水、冷凍水變頻器加減速等等。該方案在保證最末端設(shè)備冷凍水、冷卻水流量供給的情況下，確定一個(gè)冷凍泵變 9 頻器工作的最小工作頻率如 (30Hz). 將其設(shè)定為工作下限頻率并鎖定，此時(shí)相對(duì)應(yīng)的冷凍水、冷卻水的溫差在 1 ℃ 3 ℃ 之間的某一 理想的基值。 2. 冷凍水泵控制原理 （冷卻 泵控制原理相同） 控制原理 說(shuō) 明如下 : 通 過(guò) 溫度 傳 感器，將冷 凍 機(jī)的回水溫度和出水溫 度送入溫差控制模 塊 ，并 計(jì) 算出溫差 值 ，然后通 過(guò) 溫度 A\D 轉(zhuǎn)換 器 進(jìn) 行 A\D 模數(shù) 轉(zhuǎn)換 成控制信號(hào) 傳 送到 PLC ，由 PLC 來(lái)控制 變頻 器的 輸 出 頻 率，從而控制冷 凍泵電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速， 調(diào)節(jié) 出水的流量，控制 熱 交 換 的速度。反之溫差小， 則說(shuō) 明室內(nèi)溫度低，系 統(tǒng)負(fù) 荷小，可降 低冷 凍 水 泵 的 轉(zhuǎn) 速，減 緩 冷 凍 水的循 環(huán) 速度和流量，減 緩熱 交 換 的速度以 節(jié)約電 能。 3. 變頻 器變頻 調(diào)速 如果冷凍水的回水和出水溫差大 ， 說(shuō)明室內(nèi)溫度高 、 系統(tǒng)負(fù)荷大 ，應(yīng)提高冷凍水泵的轉(zhuǎn)速 ， 加快冷凍水的循環(huán)速度和流量 ， 加快熱交換的速度 ； 反之若溫差小 ， 則說(shuō)明室內(nèi)溫度低 、 系統(tǒng)負(fù)荷小 ， 可降低冷凍水泵的轉(zhuǎn)速 ， 以節(jié)約能源 。 通過(guò)安裝在冷凍水系統(tǒng)主管 、 冷卻