毕业设计（论文）-基于PLC的中央空调变频改造控制系统设计.doc

本科毕业设计题目：基于PLC的中央空调变频改造控制系统设计学 院:信息科学与工程学院专 业:自动化学 号:201204134100学生姓名:指导教师:日 期:二一六年六月武汉科技大学本科毕业设计摘 要 如今，能源的短缺，以及环境的恶化，促使节能减排的观念洒向了社会的各个角落，个人、家庭，乃至企业，都在预想节能新方案，从而占据先机，走在时代前列，也因此，变频技术得到了更多人的青睐。 据了解，中央空调耗能占据了建筑总耗能很大的比重，所以中央空调节能改造有很强的现实意义。而对于中央空调而言，变频技术的运用，以及与PLC自动控制系统相配合，可以大幅度节能，并提高系统的自动化程度。 本论文首先列出中央空调的发展现状，分析课题研究意义，通过中央空调的市场优劣性分析，以及其发展趋势，得到结论，变频中央空调是否有实用价值。而后，通过研究中央空调控制系统的现状，以及其工作原理和工作过程，找到基于PLC对中央空调进行变频改造的意义以及可行性所在。 最后，本文还对家用中央空调专用制冷机的变频控制系统硬件和软件做了详细介绍，基于汇川H2U系列PLC为控制核心，处理温度传感器送来的数据，走485通讯总线控制，由InoTouch系列触摸屏人机界面作为监控以及命令输入端，通过控制MD380系列变频器，控制电机，达到节能的目的。关键词： 中央空调； 变频； PLC； 控制系统Abstract Today, energy shortage and environmental deterioration, prompting the concept of energy-saving emission reduction Saxiang every corner of society, individual, family and business, in the expected energy-saving new scheme to take the initiative, walking in the forefront of the times, therefore, frequency conversion technology has been more people of all ages. It is understood that the central air conditioning energy consumption occupies a large proportion of the total energy consumption of the building, so the central air-conditioning energy saving transformation has a strong practical significance. For the central air conditioning, the use of frequency conversion technology, as well as with the PLC automatic control system, can greatly save energy, and improve the degree of automation system. This paper listed first the development status of central air conditioning, analysis of the significance of the research, through the central air conditioning market strengths and weaknesses analysis, and its development trend, come to a conclusion, variable frequency central air-conditioning whether there is practical value. Then, by studying the status of the central air conditioning control system, as well as its working principle and working process, find the significance and feasibility of the transformation of the central air conditioning system based on PLC.At the end of this paper, the central air-conditioning control system hardware and software do detailed introduction, Huichuan h2u series PLC based on as the core of control, processing data sent by the temperature sensor, 485 bus moving control, by a series of InoTouch touch screen man-machine interface as a monitoring and command input. By controlling the MD380 series inverter, motor control, to achieve energy-saving purpose.Key words: central air conditioner; frequency conversion; PLC ; control system目 录1 绪论11.1 家用中央空调的发展现状11.2 课题研究意义12 中央空调简介22.1 中央空调工作原理22.2 中央空调系统的工作过程22.3 中央空调的市场优劣性分析32.3.1 中央空调的市场优势32.3.2 中央空调的市场劣势32.4 中央空调未来发展趋势33 中央空调现有控制系统缺陷43.1 工频运行43.2 节流阀控制流量43.3 所有电机间运行没有关联43.4 起停频繁有害设备运行安全44 系统设计目标54.1 保证建筑内部的舒适环境54.2 降低能源消耗54.2.1 节能原理54.2.2 变频技术应用55 新控制系统可行性分析65.1 对冷却系统进行变频改造65.2 对冷冻系统进行变频改造65.3 湿度以及温度控制66 控制系统介绍76.1 系统硬件介绍76.1.1 控制系统结构76.1.2 PLC简单介绍76.1.3 MD380变频器116.1.4 Inotouch系列HMI136.1.5 I/O分配146.1.6 温度传感器146.2 通讯配置介绍146.2.1 485通讯总线简介156.2.2 HMI通讯协议简介156.3 控制系统软件介绍166.3.1 模拟量输入模块166.3.2 温差计算176.3.3 温度手动调节176.3.4 温度自动调节186.3.5 模拟量输出模块186.3.6 手动与自动的切换19结束语20参考文献21致 谢22附件 程序流程图23IV1 绪论如今，人们生活水平的日益提高，促使他们追求更高的生活质量，对于湿度、温度、洁净度等空气环境指标的要求越来越高，也使中央空调系统的运用变得越来越广泛。有资料表明，空调系统的耗能已占建筑总耗能的40%左右，所以，努力研究，找到降低空调系统耗能的技术以及设计方法，对于提高社会效益而言，意义重大。1.1 家用中央空调的发展现状中央空调发展历史悠久，第一次出现在文献中，是在百年之前，进入中国，也有三四十年的发展岁月。空调市场发展日趋成熟，仅2003年，中央空调的市场容量就达到了85亿元，到2005年更高达200亿元以上，到如今，各个企业如雨后春笋，争夺空调市场。在这种竞争形势下，各种新技术也就逐渐出现。今年，曾经在空调市场占据主导地位的高端住宅市场支撑作用逐渐减弱。普通住宅的装修需求不断提高，装修时精益求精的用户越来越多，家用中央空调安装需求增多。目前，我国商品房精装修市场正在不断扩大，在众多房地产开发商的推动下，高端住宅精装修比例也在大幅提升。1.2 课题研究意义中央空调以50HZ开始工作，被称为“工频运行”。供电频率的恒定改变，导致压缩机以及冷凝机转速恒定不变。因此，只能依靠不断地开关压缩机，借此来调整室内温度。然而，这一开一关之间的不及时，极易造成室内忽冷忽热，并且需要消耗更多电能。与之相比，处在“变频运行”条件下的“变频空调”可通过变频器来改变压缩机供电频率，从而调节压缩机转速，依靠压缩机转速的快慢，就能达到控制室温的目的。此时，室温波动小、电能消耗少，其舒适度也得到较大提高。运用变频控制技术的变频空调，可根据环境温度自动选择制热、制冷和除湿运转方式，使居室在短时间内迅速达到所需要温度，并在低转速、低能消耗状态下以较小的温差波动，实现了快速、节能和舒适控温效果。本次系统设计主要介绍对家用中央空调专用制冷机的变频控制系统，基于汇川H2U系列PLC为控制核心，处理温度传感器送来的数据，走485通讯总线控制，由InoTouch系列触摸屏人机界面作为监控以及命令输入端，通过控制MD380系列变频器，控制电机，随着外界温度的变化，平稳改变转速，是温度以及湿度始终保持在一个舒适值。2 中央空调简介2.1 中央空调工作原理通过风道过风，或者通过冷热水管和管线连往多个末端的方式来对不同的房间造成影响，以达到调节室内空气的目的，这就是中央空调主机的运作方式。利用冷媒（运输热量的媒质叫冷媒），蒸发吸热、液化放热的原理带走室内的热量。中央空调主要由冷冻主机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统、风机和冷却塔等组成。冷冻主机中流出的冷冻水经过冷冻泵加压后，送入冷冻水管道，然后通过各房间的盘管，房间内的温度下降。冷却水塔为冷冻主机提供冷却水，冷却水经管道盘旋流过冷冻主机后，使冷冻主机降温。如图2.1所示：图2.1 中央空调工作原理冷水机组运行时，压缩机从冷冻水中吸收热量给冷却水，再通过冷却塔散热，从而达到使冷冻水降温的作用。水箱用于补水，保证整个管网之间压力平衡。冷冻水通过表冷器给新风降温后所产生的低温高湿空气，再通过加热器加热后，就变成了温度和湿度都比较适宜的空气了。另外，如果空气湿度不够，还需要通过加湿器，来提高空气湿度。2.2 中央空调系统的工作过程中央空调系统理想运行状态是，冷冻泵转动，带动冷冻水流过制冷主机，进行热交换，降温到7。冷水达到终端风机，通过表冷器与室内空气接触，升温至12，再由冷冻泵电机送到中央空调主机。冷却泵电机运转，将冷却水送至主机，吸热升温至37，被送到冷却塔，风扇散热至32，再送回主机。这就是中央空调工作的两个闭合循环。2.3 中央空调的市场优劣性分析一直以来，人们对中央空调的要求就只有两点，第一，在建筑内部营造出一个舒适的环境；第二，降低能源消耗。接下来，对于中央空调的市场优劣性分析，也就围绕着这两点出发。2.3.1 中央空调的市场优势中央空调室内部分，可放置在天花板上，保持与周围同样的装修风格，不会占用空间。而分体式空调而言，各种大小的连接管必不可少，有损房屋装修的整体感。另外，中央空调室内机可实现单独控制，无论是转速、功率都能够实现自动控制，因此，整体耗能率比分体式空调低得多。同时，中央空调减弱了电机运转所不可避免的噪声，提高了舒适度。因中央空调主机与室内机处于分离状态，而室内机可隐藏于天花板中，天然的隔音层，削弱了中央空调原本就不强的噪音，因此噪音也远远低于分体式空调。中央空调出风均匀，而普通空调因只形成单个出风口而造成冷风扇效果。中央空调与外界的空气交流从不间断，保持了室内空气的清新度，有效地杜绝了空调房空气浑浊的情况。2.3.2 中央空调的市场劣势安装以及维修这两大难点是中央空调最大的劣势所在。中央空调安装与装修需同时进行，需提前请专业人员设计结构图，需要请专业施工团队来进行安装，避免出错。因此，倘若装修已完成，就只能使用分体式空调。安装过程中，排线布局都关系到中央空调日后的使用，为维修留下祸根。因中央空调的室内机一般都放在天花板里，导致检修难度也挂式空调和立式空调。中央空调外机与内机一损俱损，任意一个损坏，另一个都不能使用。中央空调维修成本比较高，而且市场上缺少专业的维修人员。2.4 中央空调未来发展趋势近年来，从城市到农村，再到各个家庭，绿色环保的观念深入人心，而中央空调对于居家绿色环保，意义重大。据了解。我国有关部门正积极制定“建筑绿色行动”的有效解决方案。届时，中央空调很有可能迎来最佳发展时机。 同时，目前市场上的中央空调是以商用为主，家用为辅。系统有风系统和水系统两种。水系统舒适性较好，在别墅散户市场占主要地位，但价格较高且安装复杂，在工程上使用量相对较少。因房地产行业将实行全住宅装修政策，以地源热泵和空气源热泵等新能源为热源的新型高端技术型水系统中央空调产品逐渐占据了更大的市场份额。3 中央空调现有控制系统缺陷3.1 工频运行当下的中央空调控制系统中，为保证建筑物内各个地方的温度以及湿度控制，系统设计各个电机运行频率时均以满足建筑物的最大负荷为前提。所以，无论什么时间，多少负荷，各电机都处在工频状态下运行，虽然可满足最大的用户负荷，但不具备随用户负荷动态调节的功能，而在大多数时间里，用户负荷是较低的，这样就造成很大的能源浪费。同时，不同建筑，达到所要温度，预冷预热时间在不同环境中应该有所不同，而单一的工频运行，统一的开停机时间做不到这一点。3.2 节流阀控制流量目前的中央空调水系统，是通过节流阀或调节阀来调节流量、压力，而节流阀没有流量负反馈功能，不能补偿由负载变化所造成的速度不稳定，一般仅用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合，冷冻水系统和冷却水系统中消耗了水泵较大的输送能量。3.3 所有电机间运行没有关联对于冷却泵以及冷冻泵而言，不仅仅只有一个电机，大多数都是多台电机同时运转，这些电机之间没有任何关联，可能存在这样一种情况，电机之间的运行频率不同，会导致原来要提供动力的电机，因运行速度过慢，而成为阻力。3.4 起停频繁有害设备运行安全电动机启动时，通过的电流通常为其额定值的4-7倍，极易对电路以及电路中的各种设备造成损害。大电流的冲击之下，频繁地起停操作，对电机、接触器触点会产生较强的电弧冲击，同时也会冲击电网，起动时带来的机械冲击和停止时的承重现象也会对机械传动、轴承、阀门等造成疲劳损伤。最重要的一点就是，传统中央空调的缺点，即冷冻泵、冷却泵不能自我调节负载，长期处于满负荷运行。4 系统设计目标4.1 保证建筑内部的舒适环境每台家用中央空调的室内机都有一个送风口以及一个回风口，因此，它拥有更合理的气流循环，也是室内温度更恒定，保持1的状态，让人感觉更加舒适自然，尤其是水系统中央空调，舒适性远超其他；而家用挂式和柜式空调，则非常容易出现气流死角，使室内温差变化明显，极易诱发人体空调病。家用中央空调一台主机往往能连接多个末端，意思就是说一个室外机能够连接多个室内机，方便将冷气或者暖气送达各个不同的房间。另外，制冷效果也很好，5-6分钟便可以达到设定温度，同时，在送风方面也比较均匀，方便保持室内空气的清新与舒适。而普通的家用空调在制冷速度方面往往相对较慢，一般都需要10分钟以上，而且温度变化也比较大，容易会出现忽冷忽热的状况，在调节室内空气的舒适度方面会相对较差。4.2 降低能源消耗4.2.1 节能原理目前，中央空调各电机容量都是按照最大热交换情形而设计,因为季节和昼夜变化及工作空调数目的差异,实际热交换量远小于设定值。中央空调内，热交换量往往取决于冷却水或冷冻水的流量,而水的流量由水泵电机的转速来决定。若电机转速能随着热负荷的变化来变化,那么电机功耗就可大大降低,。因水泵风机的负荷转矩为，输出功率P2=0.105M2n,而，即电机的输出功率与转速的三次方成正比。所以,若是电机的转速稍有下降,电机输出功率就会大幅度减小,从而达到节能效果。又有电机转速n=60(1-s)/p,所以，电机转速可通过频率调节实现,则。4.2.2 变频技术应用变频调速技术的应用,使中央空调内各电机可在很宽的范围内平滑调速,不在需要节流阀来控制流量,去掉之后，可免去节流损耗，也使管道更加畅通。通过电机转速改变，来改变水的流速,从而改变水的流量,使其满足制冷机正常工作要求，来提供平衡热负荷所需冷量,达到节能目的。采用变频调速技术可使电机转速变得可调和可控。中央空调系统可由多台水泵电机组成,其中只要有一台电机处于变频调速状态,就可以达到节能目的。电机的变频调速系统是由PLC控制器进行切换和控制。5 新控制系统可行性分析5.1 对冷却系统进行变频改造冷冻水泵电机运行频率的调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定的温度，经PLC处理后，再控制变频器的频率增减。冷冻机组工作时，冷却水带着其冷凝器中的热量到冷却塔，散热降温后，再由冷却泵送到冷凝器。冷却水进出水温差，就代表着冷冻机的负荷。温差大，代表负荷大，冷却水要带走的热量大，应该提高冷却泵转速；温差小，则说明负荷小，需带走的热量小，可降低冷却泵的转速，以节约电能。5.2 对冷冻系统进行变频改造PLC温度模块以及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度送入控制器内存，通过程序计算出温差值，并通过温差值来控制变频器的转速，调节出水的流量，控制热交换的速度。温差大，说明室内温度高，系统负荷大，应提高冷冻泵的转速，、加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能。5.3 湿度以及温度控制传感器测量冷冻水出水温度，冷冻水回水温度，冷却水进水温度，以及冷却水出水温度，其信号输入PLC，与所给要求进行对比，决定冷冻泵以及冷却泵电机的转速频率。若有加湿要求，可通过PLC，对加湿机的功率进行调节，从而实现湿度的自动控制。6 控制系统介绍6.1 系统硬件介绍 综合考虑，此次系统设计，选用苏州汇川技术有限公司的系列PLC，MD380系列变频器，模拟量输入模块H2U-4AD，有4路模拟信号输入通道（CH1、CH2、CH3、CH4），接收冷冻水泵和冷却水泵进出水温度传感器输出的模拟量信号，另外，模拟量输出模块H2U-4DA，有4路模拟信号输出通道，每个通道可单独设置电压或电流输出，是一种具有高精确度的输出模块。同时引入汇川技术公司的HMI产品，Inotouch Editor组态软件以及485通讯总线连接，实现人机交互，通过触摸屏，可以查看并改变电机转速频率，查看冷冻水出水温度，冷冻水回水温度，冷却水进水温度，以及冷却水出水温度，以及处理之后所得温度差数据。6.1.1 控制系统结构 温度传感器测量温度值，通过A/D转换，将信号输入PLC，并通过人机交互界面显示，又经PLC程序运算，通过D/A转换器，转换为电压控制信号，决定冷冻泵以及冷却泵电机的转速频率。控制系统网络拓扑如图6.1所示：图6.1 控制系统网络拓扑6.1.2 PLC简单介绍PLC运行时，主要进行执行X输入检测、用户程序扫描运算、其他元件的状态刷新、将Y状态缓存状态输出到PLC的Y硬件端口等，这些工作内容周而复始的进行，其中的扫描执行用户程序是PLC的核心工作。6.1.2.1 PLC控制器的程序执行原理图6.2 程序执行原理PLC控制器的核心其实就是用软件的形式进行模拟继电器控制，也就是开关操作。图6.2中的印象区试着每个输入信号和输出信号存放在PLC存储器中的特定区域。6.1.2.2 汇川PLC简介以汇川H2U系列PLC为例，简要介绍汇川PLC的产品信息，如下所示：H2U-3232MRAX-XP1 公司产品信息 H： 汇川变频器2 系列号 2U: 第二代控制器3 输入点数 32： 32点输入4 输出点数 32： 32点输出5 模块分类 M：通用控制器主模块 P：定位型控制器 N：网络型控制器6 输出类型 R：继电器输出类型 T：晶体管输出类型7 供电电源类型 A：AC220V，省略默认为AC220V B：AC110V输入 C：AC24V D：DC24V8 XP辅助版本号6.1.2.3 PLC输入接线图图6.3 PLC源型接线图如图6.3，外部将“S/S”端与“COM”端连接，即成为源型方式，开关信号由24VX输入，输入信号有效时，由X端口输出外拉电流,。表6.4为X端口具体介绍：表6.4 X端口具体介绍 项目高速输入端X0X5普通输入端信号输入方式漏型/源型输入，S/S与24V，或者与COM端短接电气参数检测电压DC24V输入阻抗3.3K4.3K输入为ON输入电流小于4.5mA输入电流大于3.5mA 输入为OFF输入电流小于1.5mA输入电流大于1.5mA滤波功能数字滤波X0X7有数字滤波功能，滤波时间在0-60ms内可设硬件滤波除X0X7外的IO端口为硬件滤波，滤波时间为10ms公共接线端只有一个公共端为S/S6.1.2.4 PLC输出接线图下图为继电器输出型（R），可驱动220Vac负载和30Vdc负载，电流较大，但动作频度不能太高。常用于驱动中间继电器、接触器：图6.5 PLC输出接线图图6.6 输出端口接线图输出端口接线图，Y0、Y1、Y2、Y3共用端口COM1为24V副端，Y4、Y5、Y6、Y7共用端口COM2。6.1.3 MD380变频器MD390系列变频器是一款通用高性能电流矢量变频器，主要用于控制和调节三相交流异步电动机的速度，功能丰富，性能稳定。6.1.3.1 变频器控制回路接线方式：MD380变频器包含DI1到DI4，四个数字输入以及DI5作为高速脉冲输入，AI1、AI2两路模拟量输入，还有AO1、DO1输出。具体接线图如图6.7。图6.7 变频器接线图6.1.3.2 变频器输入端子按照标准，MD380变频器有5个数字输入端子，其中1个支持最高100kHZ的高速脉冲输入，2个模拟量输入端子，一个仅支持010V电压输入，一个支持010V电压输入或020mA电流输入。因此，本次系统设计中，PLC扩展模块选用模拟量输出模块，两路模拟量输出均为电压输出。6.1.3.3 变频器功能参数设置用变频器的操作面板，可对变频器进行功能参数修改、变频器工作状态和变频器运行控制（启动、停止）等操作。功能码设置，可决定变频器的起停控制方式，启动、停止、加速、减速时间，运行频率控制来源，是否使用多段速，是否用到PID等等。功能码再此不多介绍，仅列出本次系统设计中需要用到的部分。首先调整电机参数，功能码F1-00、F1-01、F1-02、F1-03、F1-04、F1-05分别对应电机类型选择，电机额定功率，电机额定电压，电机额定电流以及电机额定转速，可根据所用电动机铭牌上所标参数进行设定，如表6.7所示：表6.7 参数设定功能码名称设定值注释F0-02命令源选择设为1：端子命令通道工作频率来自于由模拟量输出模块送入AI1的电压信号，故选端子命令通道F0-03主频率源X选择设为2：AI1模拟量给定原因同上F0-08预置频率设为50HZ变频器控制下正常运行频率F0-12上限频率设为50HZ电机运转频率不得超过50HZF0-12下限频率设为30HZ电机运转频率不得低于30HZ6.1.3.4 变频节能示意图PLC控制器控制一组变频器以及电机，冷冻水泵和冷却水泵进出水温度传感器输出的模拟量信号，送入控制器，经处理后送入变频器控制电机按照人们想要的方式运转。图6.8 变频节能示意图6.1.4 Inotouch系列HMIInoTouch系列触摸屏人机界面（HMI，以下简称HMI）。该产品支持使用USB或者以太网连接PC机，实现在不拔出HMI和汇川PLC通讯线的情况下，PC穿过HMI，对PLC进行程序上传、下载、监控等操作，以简化调试工作；支持Modbus协议、自动以高效率与PLC实现通讯；支持插入U盘对HMI固件、画面程序、配方数据等进行更新，配合汇川PLC使用时，可更新PLC中的程序，方便大量生产设备的程序现场下载操作。表6.8 触摸屏接口介绍端子编号端子名称端子功能说明备注（1）电源接口HMI的24Vdc工作电源输入端口随机附送有1个与该电源接口连接的电源端子。（2）COM1/COM3串行通讯口（DB9母座）HMI与PLC之间的通讯端口内置有COM1、COM3两个串行通讯口，COM1口，具有RS485/422电平可选；COM3仅有RS485电平（3）C O M 2 串行通讯口（DB9公座）HMI与PLC之间的通讯端口IT6070E型号才带有此端口。内置有COM2串行通讯口，RS232电平（4）USB Client (Type B)USB通讯的Device端口，用于PC下载、调试用户程序/（5）USB Host (Type A)USB通讯的Host端口，可用于U盘的数据读写，可连接鼠标、打印件等设备（6）以太网口（RJ45）以太网通讯端口，内置 Modbus/TCP协议，可用于访问具有LAN口的PLC，也可以用于PC的访问IT6070E型号才带有此端口（7）电池盖用于HMI内部的万年历的电源备份电池为CR2032型带引线及插头的一次性锂电池6.1.5 I/O分配X1：冷却泵频率上升按钮X2：冷却泵频率下降按钮X5：冷却泵手/自动调速切换开关X6：冷冻泵手/自动调速切换开关X3：冷冻泵频率上升按钮X4：冷冻泵频率下降按钮6.1.6 温度传感器PT100是一个温度传感器，是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器，可以工作在-200至650的范围。电阻式温度传感器会随着温度的上升而改变电阻值，其电阻与温度变化的关系式为：,其中R0与a均为定值。Pt100热电阻隔离变送器：选用型号：RS3011。该产品是用PT100传感器测量温度的隔离变送器，在工业上主要用于测量-200+500的温度。变送器内有线性化和长线补偿功能，出厂时按照PT100国标分度表校正，完全达到0.2级精度要求。输入、输出和辅助电源之间是完全隔离（三隔离），可以承受2500VDC的隔离耐压。产品采用DIN35国际标准导轨安装方式，体积小、精度高，性能稳定、性价比高，可以广泛应用在石油、化工、电力、仪器仪表和工业控制等行业。主要特性：（1） 输入信号： Pt100(-20400) （2） 输出信号： 420mA/05V6.1.6.1 标度变换本次系统设计中，温度传感器输入信号选050，输出信号选用05V。当空调温度是手动调节时，输出信号选用05V对应数字量02000，因电机运行频率受限，数字量仅在12002000，对应输出频率3050HZ，从而影响到电机转速。而对于温度自动调节而言，进行四分频变换，05V对应数字量0500，同样对应输出频率3050HZ。6.2 通讯配置介绍在帧格式中，一个字符由四个部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。首先是一个起始为（0），然后是5位-8位数据（规定低位在前，高位在后），接下来是奇偶校验位，最后是停止位（1）。双方通讯的前提就是通讯串口设置相同的数据位，起始位，结束位，波特率和奇偶校验。触摸屏与PLC之间走485通讯，需要配置HMI通讯协议，通讯速率、站号、数据长度、奇偶校验位、停止位。6.2.1 485通讯总线简介 RS-485是RS-422A的变型：RS-422A用于全双工，而RS-485则用于半双工。RS-485是一种多发送器标准，在通信线路上最多可以使用32 对差分驱动器/接收器。如果在一个网络中连接的设备超过32个，还可以使用中继器。 RS-485的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑1和逻辑0。由于发送方需要两根传输线，接收方也需要两根传输线。图6.9 485双向口6.2.2 HMI通讯协议简介PLC与触摸屏之间通过走485通讯，将两者之间的某些寄存地址联系起来，冷冻水出水温度，冷冻水回水温度，冷却水进水温度，以及冷却水出水温度，原本存储在PLC中寄存器D10、D11、D12、D13中，二者之间通过485通讯总线，可以在触摸屏上显示出该地址中的值。下图为触摸屏显示界面。图6.10 触摸屏显示界面 HMI协议具体配置：通讯速率9600BPS；站号为1；数据长度为7；奇偶校验位为偶；停止位为1。只有协议配置相同，相互之间才能形成通讯，共用地址，传递数据。6.3 控制系统软件介绍程序的重点，四路模拟信号输入，通过运算得到冷冻水出回水温差，以及冷却水进出水温差，然后通过D/A转换模块，转换为电压或是电流，送入变频器，从而调节电机的转速。此次编程，以汇川控制技术公司研发的AutoShop编程软件为平台以下程序仅以对一台冷冻泵以及一台冷却泵电机的控制为例。6.3.1 模拟量输入模块选用温度传感器输出电压信号，送入PLC模拟量输入模块 扩展模块，存储在寄存器D10、D11、D12、D13中。按照编号原则，扩展模块位#0号模块，其中CH1、CH2、CH3、CH4四个端口均采集-5V5V的电压信号，对应数字输出-20002000。如图6.11，第一行，读取扩展模块识别码，暂存于D0中。第二行，对比模块标识，判断是否为模块。图6.11 初始化四通道 若接入模块正确，则M21导通。程序第一行，初始化四个通道，设为-10V10V方式。如下图6.12FROM K0 K5 D10 K2 ，将0号模块中5、6、7、8中的数值，即输入通道采集值平均滤波后的数据分别存入D10之后的四个寄存器中。图6.12 采集存储数据6.3.2 温差计算设定D10中存储冷冻水出水温度，D11中存储冷冻水回水温度，D12中存储冷却水进水温度，D13中存储冷却水出水温度。图6.13 温差计算如图6.13，运算得到冷冻水出回水温差，以及冷却水进出水温差，分别保存在寄存器D20、D21中。6.3.3 温度手动调节图6.14为手动调节冷却泵频率的梯形图程序，频率上升按钮X1，频率下降按钮X2，可用红外线控制，做成遥控，按下一次，频率变化1HZ。变频器设置数字输入-20002000对应电机频率-50HZ50HZ。1200*50/2000=30HZ。由程序可知，上线频率50HZ，下线频率30HZ。图6.14 手动调节冷冻泵手动调节冷却泵频率同上，具体程序如图6.15。图6.15 手动调节冷冻泵6.3.4 温度自动调节温度的变化需要时间，为满足实际需要，设置5秒延时；当温差小于4.8时，变频器运行频率下降，每次调整1Hz；当温差大于5.2时，变频器运行频率上升，每次调整0.5Hz；当冷却进出水温差在4.85.2时不调整变频器的运行频率。从而保证冷却泵进出水的温差恒定，实现节能运行，具体程序如图6.16。图6.16 温度自动调节6.3.5 模拟量输出模块经PLC处理过的温度数据，送入模拟量输出模块，此模块定为#1号模块，其中CH1、CH2端口均输出-10V10V的电压信号，对应数字输出仍为-20002000，CH3、CH4未使用。编写的用户程序如图6.17：图6.17 输出模块初始化下图6.18，将D20、D21的值分别从CH1、CH2端口输出，每一秒检查一次4DA模块的工作状态。图6.18 数据输出6.3.6 手动与自动的切换位控制方式手动与自动的切换，X5为冷却泵手/自动调速切换开关；X6为冷冻泵手/自动调速切换开关。图6.19 位控制方式手动与自动的切换结束语设计中所用的软硬件知识，出了这个学期的自主学习外，大都来自去汇川公司实习所学，H2U系列PLC、Inotouch系列HMI、MD38