毕业设计（论文）-基于PLC的中央空调控制系统的设计（全套图纸）.pdf

毕 业 设 计（论 文） 设计题目：设计题目： 基于基于 PLC 的中央空调控制系统的设计的中央空调控制系统的设计 专专 业：业： 班班 级：级： 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导老师：指导老师： 起讫日期起讫日期 年年 月月 日日 年年 月月 日日 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 的中央空调控制系统的设计 1 摘摘 要要 中央空调系统已广泛应用于工业与民用领域， 在宾馆、 酒店、 写字楼、 商场、 住院部大楼、工业厂房中的中央空调系统，其制冷压缩机组、冷冻循环水系统、 冷却循环水系统、冷却塔风机系统等的容量大多是按照建筑物最大制冷、制热负 荷选定的， 且再留有充足余量。 在没有使用具备负载随动调节特性的控制系统中， 无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运 行，能量的浪费是显而易见的。近年来由于电价的不断上涨，造成中央空调系统 运行费用急剧上升，致使它在整个大厦营运成本费用中占据越来越大的比例，加 之目前各生产、服务业竞争激烈，多数企业利润空间不够理想。因此电能费用的 控制显然已经成为经营管理者所关注的问题所在。 随着负荷变化而自动调节变化 的变流量变频空调水系统和自适应智能负荷调节的压缩机系统应运而生， 并逐渐 显示其巨大的优越性，而且得到越来越多的被广泛推广与应用。随着 PLC 技术和 变频器的发展，采用变频调速技术不仅能使空调系统发挥更加理想的工作状态， 还能节省不必要的电能和水资源的浪费。 本文采用三菱 PLC 控制系统设计中央空调的控制系统， 因为采用 PLC 控制系 统对中央空调的操控很简单，抗干扰能力强，输入和输出接口，运行速度快，稳 定可靠，维护和维修方便，此外，该中央空调控制系统具有高可靠性，低功耗， 长寿命， 良好的环境适应性， 适用于中央空调的开发， 以及中央空调利润也很高， 从而使 PLC 的机可以得到更好的发展，因此，本次的基于 PLC 的中央空调控制系 统的设计在某种程度上面来说具有重大的经济和社会意义。 关键词：关键词：中央空调 资源 PLC 意义 全套图纸，加全套图纸，加153893706 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 的中央空调控制系统的设计 2 Abstract With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something， aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to reasonablepneumatiatcompressedneceengththdirectionprocedurework.The inver ted pendulum is a typical high order system, with multi variable, non- linear, st rong- coupling, fleet and absolutely instable. It is representative as an ideal mod el to prove new control theory and techniques. During the control process, pend ulum can effectively reflect many key problems such as equanimity, robust, foll ow- up and track, therefore. This paper use Plc control method of double inverted pendulum .This several test matrix value the results are not satisfactory response, then we opti mize matrix by using Genetic Algorithm. Simulation results show: The system response can meet the design requirements effectively after Genetic Algorithm optimization. Small twisted paper broken machine for ordinarhome. Keywords：sewingmachine, assembly,Plc,meaning 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 的中央空调控制系统的设计 3 目目 录录 摘摘 要要 . 错误！未定义书签。 目目 录录 . 3 1 绪绪 论论 . 4 1.1 中央空调系统简介.2 1.2 应用 PLC 控制系统的优点 .3 2 PLC 控制系统简介控制系统简介 . 6 2.1 PLC 简介 . 7 2.2 PLC 的控制过程 . 7 2.3 变频器的控制方式及分类. 9 2.4 变频器的选型. 10 2.4.1 变频器简介. 10 3 基于基于 PLC 的中央空调控制系统硬件的设计的中央空调控制系统硬件的设计 . 10 3.1 主电路的控制设计. 11 3.2 变频器的控制方式. 11 3.3 元器件的选型. 12 3.4 I/O 分配表的设计 . 12 3.5 PLC 控制接线图的设计 . 13 4 基于基于 PLC 的中央空调控制系统软件的设计的中央空调控制系统软件的设计 . 13 4.1 梯形图程序的设计. 14 4.2 系统工作流程图的设计. 14 结结 论论 . 错误！未定义书签。 致致 谢谢 . 12 参考文献参考文献 . 17 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 的中央空调控制系统的设计 4 1 绪绪 论论 我国是一个人均能源相对贫乏的国家，人均能源占有量不足世界水平的一 半，随着我国经济的快速发展，我国已成为世界第二耗能大国，但能源使用效率 普通偏低, 造成电能浪费现象十分严重。 尽管我国电网总装机容量和发电量快速 扩容， 但仍赶不上用电量增加的速度， 供电形势严峻, 节能节电已迫在眉睫。 中 央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约 占建筑物总电能消耗的 50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量 设计，而实际上在一年中，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，几 乎绝大部分时间负载都在 70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能 随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自 动调节负载，几乎长期在 100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了 中央空调的运行环境和运行质量。 随着变频技术的日益成熟， 利用变频器、 PLC、 数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控 制系统，自动调节水泵的输出流量，达到节能目的提供了可靠的技术条件。 1.1 中央空调系统简介中央空调系统简介 中央空调系统的工作过程是一个不断进行能量转换以及热交换的过程。 其理 想运行状态是：在冷冻水循环系统中,在冷冻泵的作用下冷冻水流经冷冻主机， 在蒸发器进行热交换，被吸热降温后（7。C）被送到终端盘管风机或空调风机， 经表冷器吸收空调室内空气的热量升温后（12。C），再由冷冻泵送到主机蒸发 器形成闭合循环。在冷却水循环系统中,在冷却泵的作用下冷却水流经冷冻机， 在冷凝器吸热升温后（37。C）被送到冷却塔，经风扇散热后（32。C）再由冷却 泵送到主机，形成循环。在这个过程里，冷冻水、冷却水作为能量传递的载体， 在冷冻泵、冷却泵得到动能不停地循环在各自的管道系统里，不断地将室内的热 量经冷冻机的作用，由冷却塔排出。如图一所示。 在中央空调系统设计中，冷 冻泵、冷却泵的装机容量是取系统最大负荷再增加 10%20%余量作为设计安全 系数。据统计，在传统的中央空调系统中，冷冻水、冷却水循环用电约占系统用 电的 12%24%，而在冷冻主机低负荷运行时，冷却水、冷冻水循环用电就达 30% 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 的中央空调控制系统的设计 5 40%。因此，实施对冷冻水和冷却水循环系统的能量自动控制是中央空调系统 节能改造及自动控制的重要组成部分。其具体系统结构图如下图所示： 1.2 应用应用 PLC 控制系统的优点控制系统的优点 与传统中央空调控制系统相比，PLC 中央空调控制系统的优点突出体现在有 以下几个方面： （1）可靠性高，抗干扰能力强 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术， 内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 （2）配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、 中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处 理功能以外， 现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力， 可用于各种数字控制领域。 (3)易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面 向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 的中央空调控制系统的设计 6 2 PLC 控制系统简介控制系统简介 2.1 PLC 简介简介 PLC 即可编程控制器（Programmable Logic Controller），是指以计算 机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会颁布的 PLC 标准 草案中对 PLC 做了如下定义;PLC 英文全称 Programmable Logic Controller， 中文全称为可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在 工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执 行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字 或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是可编程逻辑控制电 路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说 有半导体的地方就有 PLC。 PLC 的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条 件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数 据采集。在传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。PLC 最基本 最广泛的用于开关量的逻辑控制，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制， 顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注 塑机，印刷机，订书机，智能窗帘，磨床，包装等。目前，PLC 在国内外已广泛 应用于钢铁，石油，化工，电力，建材，机械制造，汽车，轻纺，交通运输，环 保及文化娱乐等各个行业，使用广泛。 随着应用领域的日益扩大，PLC 技术 及其产品仍在继续发展，主要朝着以下的方面发展。 2.2 PLC 的控制过程的控制过程 可编程控制器执行程序的过程有三个阶段。 (1) 输入采样阶段 PLC 通过扫描把输入端口的输入状态按顺序保存在输入 映像寄存器中，然后控制器对采集的信息进行处理，因为输入信号存在输入映像 寄存器中，即使程序在执行过程中输入状态发生了变化，对程序的执行和处理也 无任何影响。当一次扫描结束，映像寄存器被刷新，输入端信号才再次被采集进 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 的中央空调控制系统的设计 7 入输入映像寄存器中，进行程序执行。再次扫面刷新，再次执行处理。 (2) 程序执行阶段 PLC 梯形图程序扫描遵循从左到右，从上到下的步骤顺 序执行。 所谓用户程序的执行， 并非是系统将 CPU 的工作交由用户程序管理， CPU 仍执行系统程序中的指令。 输入端每次采集数据都会寄存在输入端映像数据存储 区内，CPU 执行时将存储区内的信号数据进行处理。当用户程序管理程序后，程 序执行一次扫描周期后进行刷新，所有的输出映像都被依次刷新，系统进入下一 输出刷新阶段。 (3) 输出刷新阶段 当所有的指令执行完毕后， 元件映像寄存器中所有输出 继电器的状态在输出刷新阶段存到输出锁存器中，通过输出端子和外部电源，驱 动外部设备。其中输出锁存器一直将状态保持到下一个循环扫描周期的开始，所 以输出映像寄存器的状态在程序执行阶段是动态的。 该中央空调 PLC 控制系统流程图如下图所示： 2.3 变频器的控制方式及分类变频器的控制方式及分类 变频器的启停及频率自动调节由 PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模 块进行温差闭环控制，手动/自动切换和手动频率上升、下降由 PLC 控制。 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 的中央空调控制系统的设计 8 2.4 变频器的选型变频器的选型 随着微电子技术，电力电子技术，全数字控制技术的发展，变频器的应用越 来越广泛。变频器能均匀的改变电源的频率，因而能平滑的改变交流电动机的转 速，由于兼有调频调压功能，所以在各种异步电动机调速系统中效率最高，性能 最好。 变频器分为间接变频和直接变频，变频水泵采用间接变频方式。间 接变频装置的特点是将工频交流电源通过整流器变成直流， 再经过逆变器将直流 变成频率可控的交流电。变频器以软启动取代 Y 降压启动，降低了启动电 流对供电设备的冲击，减少了振动及噪音。 2.4.1 变频器简介变频器简介 Pr.160 : 0 允许所有参数的读/写 Pr.1 : 50.00 变频器的上限频率为 50Hz Pr.2 : 30.00 变频器的下限频率为 30Hz Pr.7 : 30.0 变频器的加速时间为 30S Pr.8 : 30.0 变频器的减速时间为 30S Pr.9 : 65.00 变频器的电子热保护为 65A Pr.52 : 14 变频器 DU 面板的第三监视功能为变频器的输出功 率 Pr.60 : 4 智能模式选择为节能模块 Pr.73 : 0 设定端子 25 间的频率设定为电压信号 010V Pr.79 : 2 变频器的操作模式为外部运行 3 基于基于 PLC 的中央空调控制系统硬件的设计的中央空调控制系统硬件的设计 3.1 主电路的控制设计主电路的控制设计 根据具体情况，同时考虑到成本控制，原有的电器设备尽可能的利用。冷冻 水泵及冷却水泵均采用两用一备的方式运行， 因备用泵转换时间与空调主机转换 时间一致，均为一个月转换一次，切换频率不高，决定将冷冻水泵和冷却水泵电 机的主备切换控制利用原有电器设备，通过接触器、启停按钮、转换开关进行电 气和机械互锁。确保每台水泵只能由一台变频器拖动，避免两台变频器同时拖动 同一台水泵造成交流短路事 故；并且每台变频器任何时间只能拖动一台水泵， 以免一台变频器同时拖动两台水泵而过载。 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 的中央空调控制系统的设计 9 3.2 变频器的控制方式变频器的控制方式 变频器的启停及频率自动调节由 PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模 块进行温差闭环控制，手动/自动切换和手动频率上升、下降由 PLC 控制。 3.3 元器件的选型元器件的选型 考虑到设备的运行稳定性及性价比，以及水泵电机的匹配。选用三菱 FR-F540-37K-CH 变频器；PLC 所需 I/O 点数为：输入 24 点、输出 14 点，考虑到 输入输出需留一定的备用量，以及系统的可靠性和价格因素，选用 FX2N-64MR 三菱 PLC；温度传感器模块 FX2N-4AD-PT，该模块是温度传感器专用的模拟量输 入 A/D 转换模块，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；温度传感器选用 PT-100 3850RPM/电压型温度传感器，其额定温度输入范围-100600，电压输出 010V，对应的模拟数字输出-10006000；模拟量输出模块型号为 FX2N-4DA， 是 4 通道 D/A 转换模块，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。 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 的中央空调控制系统的设计 10 3.4 I/O 分配表的设计分配表的设计 3.5 PLC 控制接线图的设计控制接线图的设计 以下为 PLC 控制接线图的设计图： 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 的中央空调控制系统的设计 11 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 的中央空调控制系统的设计 12 4 基于基于 PLC 的中央空调控制系统软件的设计的中央空调控制系统软件的设计 4.1 梯形图程序的设计梯形图程序的设计 X14 为冷却泵手动频率上升， X15 为冷却泵手动频率下降，每次频率调整 0.5Hz，所有手动频率的上限 50Hz，下限 30Hz。 温差采样周期，因温度变化缓 慢， 时间定为 5 秒能满足实际需要； 当温差小于 4.8时， 变频器运行频率下降， 每次调整 0.5Hz；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。 6、冷冻泵和冷却泵的变频器运行和停止控 制 2 台变频器驱动的冷却泵和2台变频器驱动的冷冻泵的起停控制用简单逻辑 顺序的控制，PLC 程序此处略。 7、变频器的保护和故障复位控制 变频器的 过电流电子热保护动作时 PLC 能自动检测，给出报警信号，提醒值班人员及时处 理，以下为 PLC 程序: 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 的中央空调控制系统的设计 13 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 的中央空调控制系统的设计 14 结结 论论 本次毕业设计的题目是多功能切菜机的设计，直到今天，毕业设计总算接 近尾声了，通过这次对于基于 PLC 的中央空调控制系统的设计，使我们充分把 握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各 种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给 予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是基于 PLC 的中央空调控制系统 的设计，通过初期的方案的制定，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到 了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻 研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学 研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。 至此，感觉自己受益良深，在以后的工作中，我将继续努力，以期做到更 好。 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 的中央空调控制系统的设计 15 致致 谢谢 在此论文完成之际，我的心里感到特别高兴和激动，在这里，我打心里向我 的导师和同学们表示衷心的感谢！因为有了老师的谆谆教导，才让我学到了很多 知识和做人的道理，由衷地感谢我亲爱的老师，您不仅在学术上对我精心指导， 在生活上面也给予我无微不至的关怀支持和理解，在我的生命中给予的灵感，所 以我才能顺利地完成大学阶段的学业，也学到了很多