毕业设计（论文）-基于PLC的东丽邮局空调水泵节能改造.doc

基于plc的东丽邮局空调水泵节能改造energy saving retrofit of air conditioning pump in dongli post office based on plc学生姓名：学生学号：专业名称：电气工程及其自动化指导教师：控制与机械工程学院2015年 6 月 19日独创性声明本人声明所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以引用标注之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，没有伪造数据的行为。毕业设计（论文）作者签名： 签字日期： 年 月 日毕业设计（论文）版权使用授权书本毕业设计（论文）作者完全了解学校有关保留、使用论文的规定。同意学校保留并向有关管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权天津城建大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。（保密的毕业设计（论文）在解密后适用本授权说明）毕业设计（论文）作者签名： 指导教师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘 要 本文针对非电中央空调的节能问题，对非电中央空调水泵变频调速系统进行分析及设计。利用可编程控制器、变频器、温度传感器等代替传统再热量调节系统，实现非电中央空调水泵的变频调速。通过对空调出口温度进行检测，变频系统实时调节非电中央空调水泵转速，达到节能目的。采用变频技术控制非电中央空调水泵，是当前空调系统节能改造的有效途径。关键词：非电中央空调；变频调速技术；plc；节能.abstractin this paper, the energy saving problem of the non electric central air conditioning is analyzed and the design of the variable frequency speed regulation system for the central air conditioning pump is analyzed. using the programmable controller, inverter, temperature sensor and other traditional re-heat adjustment system, the inverter of the central air conditioning pump is realized by variable frequency speed regulation. through the detection of the temperature of the air conditioning outlet, the frequency conversion system can adjust the speed of the central air pump in real time and achieve the purpose of energy saving. the use of frequency conversion technology to control the non electric central air conditioning pump is an effective way for the energy saving of the air conditioning system.key words：non electric central air-conditioning；frequency conversion technology；plc；pid； energy saving目 录第一章 绪论11.1非电中央空调系统概述11.1.1关于冷媒11.1.2 非电中央空调系统的工作原理及流程11.2 非电中央空调冷水机组系统节能可行性分析3第二章 系统方案设计52.1 变频调速系统工作原理52.2空调变频控制系统的构架62.3总体设计方案的确定6第三章 系统硬件设计83.1 可编程控制器的选型83.1.1 可编程控制器概述83.1.2 可编程控制器的选型93.2 模拟量i/o模块及传感器选型113.2.1 模拟量输入模块选型（a/d）113.2.2 模拟量输出模块选型（d/a）143.2.3 温度传感器选型163.3 变频器的选型及参数设置183.3.1 变频器的选型183.3.2 变频器的参数设置193.4 总体电路图21第四章 系统软件设计234.1 plc控制非电空调变频调速的软件设计234.2冷却水系统循环控制244.3冷冻水系统循环控制254.4 中断服务程序26第五章 系统人机界面和现场275.1 组态模拟和操作界面275.2 邮局改造现场295.3 邮局改造前后节能数据30致谢31参考文献32附录33 第一章 绪论第一章 绪论中央空调系统是当今大型建筑物必需的配套设备，能源的消耗特别大，差不多占建筑总电能消耗的一半。由于非电中央空调系统一般按照最大的负荷再增添一定余量考虑，但事实上在一年中，全负荷下运行至多只有十几天，或者十几个小时，差不多大多数时刻负载都在71%以下。一般中央空调的主机负荷可以随外界温度的变化进行自我调整，但和空调主机相配套的冷冻泵、冷却泵就无法自动调整负载，差不多长时间在满负载下工作，从而形成能源的浪费，使得中央空调运行质量变差。空调水泵初始设计的扬程和流量，总会高于实际所需的扬程和流量，风机供风量在设计时也高于实际所需的风量。一旦开启中央空调系统，水泵以及风机全处于工频工作，即始终处于满负荷状况下运行，也就会使系统整体能源使用率偏低，造成电能的过度损失，从而给中央空调的节能提供了可能。加上节能设备能大幅度减小水泵电动机工作频率，也就减小了电机的转速，让循环水量合适地按照房间的需求和制冷量进行匹配，也就很容易的节约一些电能。尤其对于终年工作在昼夜改变，四季改变，建筑运用面积的改变而导致制冷量所需改变的空调系统，节约的能源会更加显着。天津市东丽邮局所使用的远大非电空调是一种以溴化锂和水为冷媒、以燃料或废热为能源的中央空调主机，国外称为吸收式制冷机。由于非电空调用燃料直接制冷，省去了电制冷必须经过5次能量转换的损耗，能源效率大幅度提高。同时，邮局空调系统改造之前未采用自动化的变频装置，空调水泵所采用的均为手动开关和阀门，由于变频工艺的不断成熟，使用 plc、变频器、 da转换模块、温度模块、温度传感器等一些器材的巧妙结合，形成温差闭环自动控制系统，自动的调节水泵转速，改变输出流量，使节能拥有了技术基础。1.1非电中央空调系统概述1.1.1关于冷媒非电空调是吸收式制冷，与普通电空调最主要的区别在于冷媒。一般压缩机空调都运用能够挥发的化学物质，氟利昂等，会造成臭氧层破坏。对环境有明显危害。而吸收式制冷采用的冷媒是从海水提出的天然物质，没有化学污染，绝不危害环境。它不挥发也不与其他物质作用产生其他物质，可永久使用。这种冷媒中文名称为“溴化锂水溶液”，添加微量缓释剂和增强剂。1.1.2 非电中央空调系统的工作原理及流程中央空调系统一般的组成主大致如图所示：图1-1 非电中央空调系统的组成制冷原理：使用燃料给溴化锂溶液升温，从而形成水蒸气，水蒸气经过冷却水降温变回液态水。蒸发器中被抽成真空，冷凝水流进后有个闪发的过程，喷淋在空调水管表面，吸热带走空调水热量，从而进行制冷。但是水带走了空调水的热量形成气体，同时吸收发生器中浓溴化锂，吸收放热，然后通过冷却水降低温度。稀溴化锂泵回高发，然后继续加热如此循环不已。常用制冷装置都是根据蒸发储热的原理设计的，液体汽化时必须从周围取得热量；改变容器里气压值，低温条件水也能够沸腾，如果密封容器里创造6.5mmhg低压条件，水沸腾时只需5；溴化锂具有很强的吸水能力，时刻进行吸收水分子，从而一直让容器处于负压；由于水和溴化锂的沸腾温度点不一样（1个标况下，水：100，溴化锂：1265）。所以不需要太复杂的技术，加热就能分离分离这两种物质。远大直燃非电空调制冷循环流程：图1-2 远大直燃非电空调制冷循环流程1.2 非电中央空调冷水机组系统节能可行性分析 据计算，正常空调系统全负载状态运行只占2129%，而71%79%运行时刻都只有少量负荷，因此工程师们有了新思路，是否可以设计出新系统，让它能在部分负荷下更好地适应需求，实时跟随需求而自动去改变能源输出。资料显示，供水系统可以变换转速而去调整流量，扬程也会因此改变，又因扬程与转速得二次方正比。功率扬程*流量，又流量转速，则有功率转速3：q1/q2=n13/n23。在空调水系统中，水没有什么损耗，除了检修和清洗阀门时，泵出空调水又泵回泵的入口，同时回水自己拥有动能与势能，那么会回馈至水泵入口。也就意味着，单纯变化转速去调整流量，扬程是不会变动的。那么也就是讲，空调水系统单纯拿扬程去定义水泵得做功多少，肯定不会精确。功率扬程*流量，流量转速，因为循环所以不改扬程。因此，空调水系统，功率转速的二次方。所以，如果转速降低二分之一，流量也就降低二分之一，功率则会降低四分之一。假若仅仅降低电机转速，不减小阀门裕度，泵所承受输出压力减小，流量不变时，之前损失于阀门压力的功率能够消除。没有变频器情况下，利用阀门来改变流量，低流量情形去把阀门拧小，使管压差变大，出口阀门会损耗较多能量。而变频器根据情况减小转速，扬程就会变小，电机的功率就随之减小，因此管压差的损耗就没有了。例如：将供电频率由50 hz降为40 hz，则 p40/ p5 o=(40/50)2=0.640，即 p=0.640* p50（ p为电机轴功率）；将供电频率由50 hz将为30 hz，则 p30/ p5 o=(30/50)2=0.36，即 p30=0.36* p50（ p为电机轴功率）。所以，变频器节能是可行的。人工控制阀门不仅机动性差，还浪费能源和人工。加装变频器就能解决这些问题，也能实现自动化操作，前期投资很快就能收回成本。22第二章 系统方案设计第二章 系统方案设计2.1 变频调速系统工作原理 plc作为变频调速系统最主要器件。它能够将泵组和变频器进行合理的电气连接，使用接触器和继电器作为开关信号，就能够达到控制的目的。plc一般它的输入信号包括：泵组的选择信号、冷却泵on/off信号、冷冻泵on/off信号或是其它。只要信号通过程序扫描，plc就会发出动作指令，然后去实现继电器和开关动作，从而控制主机和变频器，再附加控制一些报警装置。这个系统一般构成为：变频器、plc、接触器、泵组和温度检测模块。水泵的电机能工作在工频与工频以下2种情形。这是通过对于实际情况的需要，然后对应的改变。plc的i/o扩展接口依次与a/d、d/a模块相连，a/d模块在经过plc后，会把温度这个模拟量变换成cpu能识别的数字量。同样，d/a模块过程相反。这样的话，就可以实现变频变速。温度检测模块把信号给a/d，a/d换成一些数字量（x0，x1，）然后再把信号递送给plc，可以实现负载不同的情况。一开始给plc设置上限和下限，上：x1，下：x0。一开机时没有热量交换。上下限都是关闭的。系统启动，开关km3接通，这时1号泵连通变频器的电源，然后加速程序随之运行，依照d/a模块的输出电压预先设置的曲线缓慢加速，这样软起实现。随着泵的开启，转速上升，热交换量同步变大。如果和下限值匹配，那么1号泵就能够稳定运行在这个频率下。要是频率到工频仍不能到下限，那么km3断开，同时km2关闭，1号泵工频运行。d/a的输出变成零。然后km5关闭，2号泵进行变频加速，按预先曲线加速。要是频率到工频仍不能到下限，那么2号泵变成工频运作，3号泵变成变频调速模式， 一直循环， 到和下限值匹配，电机稳定工作在这个条件。系统工作一段时间后，要是热交换量超过上限 x1，要想下调，可将第 n个水泵的频率按预设挤减小，假如变为零，仍旧不能满足上限 x1，就停止这个水泵，把 d/ a变为5 v，让第 n-1个水泵去变频，依照预先设置的曲线降低到满足设置的上限 x1，水泵电机稳定工作在这个条件。为了保护电机，变工频之间转化必须迅速完成，否则将伤害电机，影响电机的寿命。但是我们并非需要所有的电机都是不在工频运行，即不是所有电机都要去变频，任何工况，一个电机变频调速就可以了。空调两个水系统可分开使用变频器不干扰。2.2空调变频控制系统的构架因为末端我们都知道不是每个房间负荷都同步，考虑到人为因素，使用面积会发生改变的，所以就会有偏差，往往与实际预想值不一样。这个时候也不是不能解决，我们可以空选择自控知识中的pid调节。控制原理方框图如图2-2所示。图2-1 系统的控制原理图我们很清楚的从上述流程图看出，差压变送器把所获得的反馈值跟我们设置参数对比,这样能算出一个差值，然后通过plc自带pid调节器，由特殊算法就能给出参数值。这样最终给变频器信号去改变水泵的转速。其算法公式为： （2-2）式中 -调节器的输出；-比例时间常数；-差压设置值()与差压实际值()之差；-差压积分时间常数；-差压微分时间常数。以上所有算法，将在西门子的plcs7-200上实现。2.3总体设计方案的确定远大公司的老工程师给我的参考设计方案是，利用温度传感器放在冷冻水河冷却水的入水口，这样就能测出温度信号。最后通过变送环节以及a/d转换模块送回到plc，这样就能控制变频器以及电机，管道中的水流量发生改变，带走房间热量，降温自然就实现了。在我们远大公司所接手的项目中，多数改造情况都是分别对两个水系统进行变频控制。远大非电空调，表面意义似乎这类空调不使用电能，但这不现实。实际上，像空调中水系统所使用的电机，还是需要使用电能的。而且从公司多年节能数据对比分析后，我们这个节能数据还是很惊人的。控制原理也没有我们想象的那么复杂，如果冷却回水入水口温度低于设定值，说明冷却效果达到，就减小水的流速。反之道理一样，加大流速就行了。冷冻水系统也是如此。硬件方面，我们在入水口加上温感元件，测出入水口水温，发送给plc运算后就可去控制变频器。如此一来，项目上的机组能稳定运行，还能为公司节约成本，达到节能的效果。温感元件我们公司选的是pt100热电阻。系统的结构图如图2-2所示。图2-2 系统结构图第三章 系统硬件设计第三章 系统硬件设计3.1 可编程控制器的选型3.1.1 可编程控制器概述可编程控制器，英文称programmable logic controller，简称plc。plc我们熟知的一般应用在许多工业环境中，无论是轻工业还是重工业。最早的发展是简单的逻辑继电，后来随着微电子技术的出现，plc获得了二次腾飞。plc运算存储单元被写入的程序，处理完再去控制外部设备。plc最早的时候基于继电器，因为它的稳定性好，并且比早起大型继电设备集成化程度高，所以有了一点前景。后来工业革命大发展，微电子技术突飞猛进，让plc迅速崛起，占据世界工业的主导市场。无论是轻工业，重工业，还是与我们息息相关的生活中，或是对于整个社会的进步，plc无不体现了它特有的价值和现实意义。（1）plc的硬件组成。plc的硬件部分和一般的处理器没有多大差别，像中央处理器然后是程序存储单元，还有输入/输出（i/o）模块，一般工业环境都需要自带电源模块等等。如图3-1所示。图3-1 可编程控制器的硬件结构框图（2）可编程控制器的工作原理plc工作的方式很简单：顺序扫描。我们工程师先把设计好的程序经编程软件写进存储单元。我们知道，plc工作时，也就是机组在运行时，一般不可能仅仅去应答一个指令，会有很多的指令需要去处理的，不过机器毕竟还是机器，它无法同时应答多个指令，实际上在每一个时间点只可以应答一个指令。但是这并不意味着plc不能处理这些指令或是丢失其中某些指令，这是因为cpu的运行速率极快，以我们人脑的思维是无法跟上的，我们从整体上看的话，这些多个指令似乎就是在同一个时间处理好的。所以，像这样依照时刻的顺序进行操作处理的过程，就是的扫描过程。从程序的第一天指令一直扫到最后一条，完成这个过程所需的整个时间为周期。plc的工作过程。plc可通过运算程序，执行每条程序，而且只要上电后就反复的循环扫描，判断外界是否给信号，是否需要去执行操作，前期，它要采集输入的信号，然后再去执行预先写好的程序，最后刷新再重复。plc的基本功能plc的指令系统库相当庞大，具备许多用途广泛的接口，另外，存储单元的大小也很可观，并且自带实时监测的能力，保证本体的安全稳定，所以，它的功能很强，如下：a）逻辑处理功能；b）数据运算功能；c）准确定时功能；d）高速技术功能；e）中断处理（能够满足许多中断）功能；f）程序与数据存储功能；g）自检测、自诊断功能。换言之，只要是一般的微处理器可以做到的功能或是运算，plc差不多全能够完成。强悍的运算能力使得plc在工业行业趋于不败之地，占领了世界市场。工业新时代的自动话也就是顺其自然的事。3.1.2 可编程控制器的选型我们远大公司老工程师给我的建议是，如果我们定好了总设计的控制方案以后，当然最主要的第一步肯定莫过于选择我们需要的plc的型号。那么我们如何选购最合适的型号呢？对于我们这些实习的初学者来说不是一句话，但是还好有公司的工程的指导，他们告诉我先当然应该弄清楚这次邮局的设计整个流程和控制对象。所以第一步我要分析邮局空调过程中的要点和控制方式，以及在后面采取什么动作。工程师告诉我，重点是为了去预估计出输入输出接口的点数以及存储单元到底改选多大，外部会连接什么特殊设备，这些都是要考虑到的。从公司的角度，肯定也应该考虑设备成本的问题，这就需要选择功能好，价格合理的plc。（1）输入输出（i/o）点数的估算远大的工程师在设计选型时，一般都会考虑到未来发展，然后故意留有一定的多余部分。我们公司的工程师给我参考的意见是，可以按照我之前数好的所有接点数，附加百分之十到百分之二十的拓展部分，两者相加之后就是总的输入输出点数。但是我们公司根据多个改造项目总结出来，还需要按照实际的项目情况，考虑到某些项目未来可能二次升级改造，省去麻烦可以再另加一些，这样也花不了多少成本，将来的收益也更可观。邮局项目需要的输入点有15个，输出点11个。（2）存储器容量的估算当然就是再有经验的工程师，也不可能在一开始就知道所需存储单元的总容量，只有我们在写完所有的程序并调试好才能清楚。但是不是说没有办法去估算。我们远大公司老工程师具有极高的工程师水平，且许多理论分析也能作为参考，远大从许多改造的项目中总结了自己的标准。工程给我的意见也很简单易懂，先弄清楚数字量i/o总点数，然后算出它的十到十五倍，然后再弄清楚模拟量i/o总点数，算出它的一百倍，最后就可以把这两个数据相加起来，就是所需内存容量的总字数（16位为一个字）。还有就是为了项目未来的二次升级改造，还应该附加上25%的多余的量。（3）机型的选择如今，现在市面上的可编程控制器产品可以说实在是太多了，让人目不暇接，所以对于某些具有选择恐惧的人来说还是很困难的。不过对于我们远大公司来说还是有经验的。采购员参考工程师的要求，综合市场产品的进行对比，然后我们邮局项目选购的是siemens公司的s7-200。s7-200系列plc的主要特点如下：拥有一体化的模块组成和拓展模块拼接，多部分合于一体，现场施工方便。运行的速率极快，处理非常的高速，完成单个指令只要0.22us。指令库相当庞大，机动性强，符合公司节约成本要求。plc计数能力不输任何一款处理器，脉冲输出很频繁，最高时能够满足21110khz。自身就存在rs-485串行通信的接口，像现在的网络通信的要求基本没问题。通过扩展模块，s7-200还可以增加如下功能。通信功能扩展。通过profibus-dp（em227）、as-i（cp243-2）、调制解调器（em241）、以太网（cp243-1、cp243-1it）等通信模块，plc能够和多种网络进行通信。特殊功能扩展。能够外接多种功能的拓展模块，对于工业环境中许多现场控制参数进行控制。东丽邮局我们选购的simatic s7-200 plc的组成有，cpu226还有就是模拟量输入em231，模拟量输出em232模块。3.2 模拟量i/o模块及传感器选型3.2.1 模拟量输入模块选型（a/d）我们知道，在工业行业中现场参数很多，这些参数都是以模拟量输入的形式给出的，像我们遇到的温度和压力等等，但是这些量plc并不能直接识别出来，所以就要通过某种中间介质或是中间环节做一步转换，然后给plc。这时送给plc可认的就是数字量了。模拟量输入电平信号一般需要经传感元件转化而来，依据国际电工委员会的标准就是：电流信号420ma，然后直流电压信号05v、-10v10v，010v、。对于模拟量输入模块来说，它的功能其实很明确，把外界直观的检测到的模拟参数变成plc能识别的数字参数，最后把信号送到控制部分。公司选购的模拟量输入模块，他能与热电偶阻等温感元件直接连接，然后获得传感器所测量出的温度值，温度控制模块充当着中间变送器与a/d转换器得功能。把工业现场的温度参数发到plc，然后运算，给到模拟量输出模块，最终将信号输出。如此一来，温控就迎刃而解了。我们远大公司选购的em231热电阻模块机动性能很好，像选择具体的接线方式，热电阻类型都能用拨码开关来改变，可以说相当方便。但是值得注意的是相同扩展模块所选用的热电阻类型不能不一样。还有我们如果变动了拨码开关，只有plc重新上电才会有效果。em231的主要参数，见表3-1。表3-1 em231主要参数耗电量自+5v dc（自i/o总线）自l+l+电压范围，2级或dc传感器供电87ma60ma20.4至28.8v dcled 指示灯24v dc电源供电良好on=无错，off=无24v dc电源，sf：on=模块故障，闪烁=输入信号错误,off=无错模拟量输入特性现场至逻辑现场至24v dc24v到逻辑500v ac500v ac500v ac共模输入范围（输入通道至输入通道）120v ac共模抑制120db 120v ac输入类型无隔离差分输入输入范围rtd类型(选一种)pt-100，200，500，pt-1000-10000cu-9.035ni-10，120，1000r-150，300，600输入分辨率温度电阻0.115位加符号位模块更新时间：所有通道405ms连线长度（最大）100米至传感器线回路电阻（最大）最大为20数据字格式电压：-32000至+32000最大输入电压30v dcem231使用之前需要进行配置，配置区有3个设置开关，分别是模拟量输入范围（量程）、分辨率、类型，如何设置参考下表。表3-2 em231设定开关表输入类型与范围分辨率开关设定sw1sw2sw3单极性，010v电压输入2.5mv单极性，05v电压输入1.25mv单极性，020ma电流输入5ua双极性，05v电压输入2.5mv双极性，02.5v电压输入1.25mv-设定开关on；-设定开关off考虑到邮局项目改造使用的a/d转换模块，em231的输入类型为单极性，输入电压为05v。因此选择分辨率为1.25mv，sw1、sw2、sw3分别为on、on、off的设定。查看产品资料我们确定了模拟量输入接口的接线方式，使用屏蔽双绞线将信号送至每个信道，我们可以把第一路测量信号和em231的a+、a-接口相连；然后再把第二路测量信号和em231的b+、b-接口相连。电源部分接在外l+、m两端。硬件连接图如图3-2所示。图3-2 热电阻与em231硬件连接图a/d转换的输入/输出曲线如下图所示。图3-3 a/d转换的输入/输出关系曲线3.2.2 模拟量输出模块选型（d/a）由上述情况我们不难理解，模拟量输出模块的原理也很简单，cpu给出的二进制数字信号不能产生控制作用，只有经模块变化为420ma电流信号和010v，05v dv，然后输出来，最终目的完成控制。远大公司选购的模拟量输出模块是西门子的em232模块。它的主要参数指标见表4-3：表3-3 em232模块的主要参数模拟量输出特性模拟量输出点数2隔离(现场侧到逻辑线路)无信号范围电压输出电流输出10v020ma数据字格式电压电流-32000+320000+32000分辨率全量程电压电流12位11位查看我们公司的产品资料我了解到，数字量到模拟量转换器总共有12位读数，它的数据输出格式为左端对齐，但不是左端第一位就是有效位。这是因为，左端第一个0代表正值的数据字浮，只有把前面连续的四个零裁断，后面的数据才加载至dac的寄存器，这才是准确的信号输出值。 d/a转换模块输入/输出关系如图3-4所示。图3-4 d/a转换模块输入/输出关系（1）公司的工程师给我提供的产品资料中，模拟量输出端接线方式也很简单，由d/a用双绞线把模拟量信号输出，若为电压信号，就连在m0，v0两个接口；若为电流信号，我们就连在m0、i0两个接口。（2）接线方式如图3-5所示。图3-5 em232端子接线图3.2.3 温度传感器选型我们在传感器的学习过程中，我们知道在工业行业中传感器应用很普遍，这也是人类仿生学的突破，温感元件是关键部件。按照工业环境的不同，我们测量时有时需要直接接触测量点，有些不要，这样就能分为接触和非接触的形式。像邮局改造的项目中，主要是测量回水入水口的温度，所以必须与水直接接触。原理很多，一类是我们熟知的热胀冷缩的原理，温度变化改变气体体积或是热形变，还有一类就是在大学所学的导体电阻会由于温度改变而不同，最新的一类是电路里面学习的热点效应，这些都是接触式温感元件的原理。当然，某些特殊的场合不适合接触式，像我们运营人员在工作过程中使用的点温枪，就是根据非接触式的检测原理，主要由于物体热辐射和温度之间有一个特定的关系曲线，从而实现对温度隔空检测。热敏电阻其实是我们平时最常见的一类温感元件。其特性不同，也对应不同的温度曲线。例如：正温度系数（ptc）、负温度系数（ntc）和临界温度系数（ctr）。温度特性曲线如图3-6所示。图3-6各种热敏电阻特性由上述曲线我们很清楚的看到，负温度系数曲线最平滑，所以也就决定了它的用途最广。我们远大公司选购的温感元件就是负温度系数的热敏电阻。查阅了我们公司的产品资料，负温度系数的热敏电阻适应性好，能满足-50到300的温度范围。正因如此，我们公司的工程师才选用。而且拥有很高的灵敏度，集成化很完善，外接电路电阻误差几乎不影响功能实现。但所有的产品不可能是尽善尽美，有些产品的稳定性还不够，这就需要慎重挑选。不过瑕不掩瑜，突出的优点足以支撑正常的使用，所以在众多行业中广泛被使用。pt100温度传感器检测范围为：-50450。pt100热电阻隔离变送器：型号：rs3011。它和pt100配合使用，一般来说可以测量负两百到正五百摄氏度。而且变送器自带补偿的功能，充分考虑到我们用户使用，所以生产时就已经做好校准任务，还有一个特性就是耐高压，2500vdc都不会损坏产品。而且现场施工方便，功能足，价格也在合理范围，是我们公司不二之选，当然也在各行业被使用。主要特性：（1）输 入： pt100(-20+400) (范围可选择)（2）输出信号： 420ma/05v（3）精度等级： 0.2级(fsr%)（4）自带补偿功能（5）隔离耐压：2500vdc(0.5ma,60s)（6）din35导轨安装（7）精度高、性能稳定可靠3。鉴于邮局改造的实际项目，只是测量水温，故输入范围为0+100。3.3 变频器的选型及参数设置3.3.1 变频器的选型一般我们在项目上使用交流电机时，考虑的多半都以额定的频率和电压运转。只要按正常符合运行，电机轴上的输出转矩和输出功率一般是设计的额定值。但是我去现场了解的情况是所有医院的负荷都是在波动的，正因如此，我们可以实时改变供电频率，调整电机的运转速率，泵流速也随之改变。变频器虽然大部分是通用的，但是在公司购买时，我们按照不同使用环境所需的电机进行匹配，这样出错的情况就能避免掉了。那么，我们到底该按照什么标准来进行选型呢？第一步肯定要保证变频器的安全运行，一般如果是单个变频器去控制单台电机，变频器的参数肯定是大于所控电机的，像额定电流和功率都是电机的小于变频器的。这个容量可以按下面常用公式来算： （3-1）式中：负载决定的电机的轴输出功率，单位是w；电动机的效率(通常约0.85)；功率因数(通常约0.75)； 电流波形修正系数，脉宽调制时，取 =1.05；变频器的额定容量。东丽邮局改造之前所用的单台水泵功率为2.2kw，取=1.05，=2.2kw，=0.85=0.75，代入公式（2.3）得：1.052.2/0.850.75=3.62kw三菱fr-a540系列变频器的容量为0.4kw55kw。东丽邮局改造方案使用单个变频器控制单台电机，也就是初衷想的一一对应的关系。所以按邮局方案我们算完之后得出，使用三菱fr-a540-3.7k-ch变频器就可以了。从发明变频器以来，许多公司和行业看到了这中间的发展前景，许多公司花费投资进行开发，使得变频技术不断突破走上新台阶。任何事都是由易到难，删繁就简的过程，生产它就是使用它，那么使用过程中越简单越能被市场认可。三菱变频器正因为其不可替代的技术特点，强悍的性价比为其赢得了不可撼动的市场地位。加上现在国家强调社会转型，对节能相当重视，三菱变频器迎合市场前进方向，使其得到广泛的使用。具体参数如下：（1）功率：3.7kw（三相380v，50hz）（2）电流：9a（3）特点：拥有高科技的磁通矢量控制方式，速比能1：120（0.5-50hz）。拥有自带监控的电路回路，转码算法很智能，即使较低速度运转也不会出现跃级情况，速率变化自然稳定，对电机也是一种保护。安装在底部的散热风扇能方便拆装和清洗，便于后期维护。自配rs485通信接口，通信扩展问题不是难题。远大空调选用的三菱fr-a540变频器是采用脉冲宽度调制的，很多在改造中要实现的功能都能实现。3.3.2 变频器的参数设置东丽邮局改在的空调系统中，我们把所需要的控制量经由d/a转换模块的二号引脚（电压）接入到plc的， 再把频率调整到响应值。我在实习时，查看了使用手册明白了，变频器使用前必须设置好工程师给的参数值，那样的话才能正常的按预设情况工作。具体应该怎么调，可参照下表。表3-4变频器参数参数号设定值名称pr.02%转矩提升pr.150hz上限频率pr.20hz下限频率pr.350hz基底频率pr.46hz低速设定pr.73s加速时间pr.81s减速时间pr.97.65a电子过电流保护pr.130.5hz启动频率pr.140适用负荷选择pr.290加/减速曲线pr.607智能模式选择pr.7113适用电机pr.793操作模式选择pr.802.2kw电机容量pr.814电机极数pr.83380v电机额定电压pr.8450hz电机额定频率pr.951在线自动调整选择pr.96101自动调整设定/状态3.4 总体电路图图3-7 总体电路图查阅了公司产品资料后，我了解到三菱的fr-a500系列变频器在出厂的时候，考虑到客户使用方便简单的原则，默认的把输入信号设置成漏型的逻辑，但是一些特殊用户或是方案中这样就不行。就像我们这次邮局选用的s7-200plc，它的cpu输出就不一样，是另一种源型逻辑。那么是不是这样我们公司选购的有失误呢？当然不是这样，我们只要fr-a540变频器的逻辑变成另一种的源型逻辑就可以了。我自己去空调机房对照变频器查看了说明手册后，我们要做的就是把背面端子排的一根跳线挪下就能解决这个看似不能完成的问题。就是把跳线用改锥从“sink”换至“source”的位置。邮局改造项目中使用的plc需要从外面引入电源供电。plc的输入输出i/o口怎样分配，详见下一页。表3-5 输入输出i/o口分配表模块号输入端子号输出端子号地址号信号名称说明cpu2261i0.01号启动按钮2i0.11号停止按钮3i0.22号启动按钮4i0.32号停止按钮5i0.43号启动按钮6i0.53号停止按钮7i0.6紧急停车按钮8i0.7总启动按钮9i1.01号变频器启动按钮10i1.11号变频器停止按钮11i1.21号电机故障热继电器12i1.32号电机故障热继电器13i1.43号电机故障热继电器14i1.52号变频器启动按钮15i1.62号变频器停止按钮1q0.0变频器给电继电器2q0.11号泵工频启动继电器3q0.21号泵变频运行继电器4q0.32号泵工频启动继电器5q0.42号泵变频运行继电器6q0.53号泵工频启动继电器7q0.63号泵变频运行继电器8q0.72号变频器给电继电器9q1.0冷冻泵变频运行继电器10q1.11号变频器启停数字量11q1.22号变频器启停数字量em2311aiw01号热敏电阻pt1002aiw22号热敏电阻pt100em2321aqw01号变频器电压2aqw22号变频器电压第四章 系统软件设计第四章 系统软件设计4.1 plc控制非电空调变频调速的软件设计根据我在大学本科期间学习的有关plc的知识，我们一般写一个程序都会有最基本的三块：先是系统初始化，对应的肯定是初始化程序，然后再就是扫描，这就是我们说的主程序，这些程序当然还不够，无法完成回馈所给指令，所以此时就需要有中断响应，对应的就是中断服务程序。邮局改造项目中，也是在其他类似的项目中，plc才是重中之重，没有它，这样复杂的运算根本无法完成，就好比我们人的大脑，光有发达的四肢不能协调配合，长得再壮走路也有可能摔倒。所以说plc就是用来协调外部各个器件像继电器和接触器的合理动作，但是我们同样明白，只有大脑也是不行的，这些外部链接硬件器件按照plc的意图去正确动作，这样的系统才是完整的。这也正好说明了为什么前期公司工程师设计时，为选择合适的硬件部分大费心思，这都是有道理，选好了硬件，软件这个东西人为控制就很简单了。plc一般它的输入信号包括：泵组的选择信号、冷却泵on/off信号、冷冻泵on/off信号或是其它。只要信号通过程序扫描，plc就会发出动作指令，然后去实现继电器和开关动作，进一步去控制主机和变频器，当然运行过程中也有故障意外的部分，就需要有一些报警装置。这个系统一般构成为：变频器、plc、接触器、泵组和回水入水口温度检测模块。泵组通过控制能工作在工频与变频2种情形。这是通过对于实际情况的需要，然后对应的改变。两个数/模，模/数转换模块可直接与plc得i/o拓展版块相连。a/d的功能可以把温度这个模拟量变成cpu可识别的数字信号，同样d/a模块过程相反。这样的话，就可实现变频调速。邮局改造项目中，我们公司工程师设计时选择了电压作为变频器控制信号，很容易就可以改变泵组运行速率，改变回水管道水流量，去到每个房间带走的热也就相应改变，那么改变室温顺理成章了。我们在写程序是用到了pid算法去控制需要的输出电压。一个子程序（sbr-0）是用来设置1号变频器的输出电压，另一个子程序（sbr-1）就是用来设置2号变频器的输出电压。当然肯定少不了我们需要的主程序（obi），它如果想传递pid参数，就需要针对具体信号值调用两个子程序。设置的中断程序根据以往情况，可以是10毫秒/次，这个子程序是（int-0）。plc程序设计共有四个模块：（1）各个按钮的控制模块一般是针对电机与电磁阀门。（2）故障报警模块一般是针对出故障的情况。（3）变频器给定模块是用来决定变频器如何运行。（4）变频器设定模块，把由em231经温感元件变化来的数值和我们工程师设置的频率进行对比，这样的比较结果通过d/a变为模拟信号送至变频器的主程序设计。只要plc上电运行，会一直循环扫描指令。图4-1 初始化程序流程图4.2冷却水系统循环控制在我们远大公司所接手的项目中，多数改造情况都是分别对两个水系统进行变频，如今对于非电空调，其实冷却水泵组耗电比较大，在这方面下手，改造后节能将是立竿见影。控制原理也没有我们想象的那么复杂，如果冷却回水出水口温度比工程师设定值低时，说明冷却效果达到，就减小水的流速，反之道理一样，加大流速就行了。图4-2 冷却水系统流程图根据远大空调公司在多个改造项目中总结经验，工程师一般会有一个冷却泵运行的最低频率，这个值就作为系统工作的下限且固定它，我们的传感器有两个作用，一是测量两个管道出入口的温度差值，还有是测量出水口温度，通过这两个数据决定冷却水泵组的运行频率。如果冷却回水出入口的水温的差值比工程师设定值大，那么电机频率就要无极上调，反之同理，下调降速。但是有一种情况这个时候冷却水出水温度比我们所设的数值大，这时为了保证机组的安全运行，冷却泵组的频率必须优先的无极上调；如果管道出水口温度比安全值小的话，那么这时的调节就以温差变化为准，管道出入口检测到的温度差越大，那么很显然就要增大频率，提高转速。反之也是这个道理。图4-3 冷却水pid调节程序流程图4.3冷冻水系统循环控制我们知道，非电空调除了冷却水当然少不了空调水，也就是我们俗称的冷冻水。在实习时我也参加过维修末端，发现其实原理很简单。空调水送至末端也就是房间，经过风机盘管，然后给室内空气降温，只要保证流速的情况下，降温效果相当明显。与冷却水的道理一样，按照远大公司改造经验，我们设置一个最小的频率，这个值就作为系统工作的下限且固定它，先是检测空调水入水口的温度参数，把这个参数给温控器后翻译给变频器，变频器就能按照预先工程师设计好的参数去改变空调水泵的转速。原理类似于冷却水：空调入水口的温度比设定值大时就频率无极上调。图4-4 冷冻水泵的闭环控制框图4.4 中断服务程序图4-5 中断服务流程图42第五章 系统人机界面和现场第五章 系统人机界面和现场5.1 组态模拟和操作界面由于现在随着工业的不断发展，现场的设备和工作流程也越来越繁杂，像我们远大公司就充分考虑到了我们这些运营人员的处境，如何在现场时刻清楚我们远大机组的运行情况，这个时候我们公司的人机界面和操作屏就显得非常重要。在实习的日子里，我每天都会按公司要求去做工况记录，每个时段的参数都会进行进行记录对比，慢慢的也学到了如何从屏幕判断机组的情况。一般在我们公司有经验的工程师，只要看一眼操作屏就知道机器的状态，哪些地方可能有问题，而且控制屏将我们和嘈杂的机房环境隔离开，机组正常运行时我们可以待在控制室观察屏幕就可，更加人性化。 图5-1 系统示意图图5-2 组态界面图5-2 人机界面操作屏图5-4 操作屏频率参数设置5.2 邮局改造现场 5.3 邮局改造前后节能数据天津市东丽邮局制冷期一般为150天，日运行24h，制冷期平均负荷率为80%。根据机组性能曲线，制冷期80%的负荷率，冷冻水流量只需要额定流量的60%，byz300x机组所需冷却水的额定流量为744m3/h，byz100机组所需冷却水的额定流量为244m3/h，北辰医院夏季制冷是一台byz300x机组加上一台byz100机组。则平均每小时所需冷却水流量为98860%592m3/h。改造前：冷冻水泵电费59150240.85180540元冷却塔风机按制冷期90%的负荷运行:冷却塔风机电费7440.9150240.85121176元总电费180540元+121176元301716元改造后：因水泵流量