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4张CAD图纸及文档所见所得 JX系列 中央空调 PLC 控制系统 设计 CAD 图纸 文档 所得 JX 系列

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内容简介：

信息与电子工程系毕业设计（中英文资料） 毕业设计(论文)中英文资料 信 电 系 工业电气自动化 专业 04 级 1 班课题名称：MCS-51单片机智能温度控制系统设计毕业设计(论文)起止时间：2006年 2月10日6月8日(共17周)学生姓名： 学号： 10 指导教师： 报告日期： 2007年3月 1日 摘要：本文根据模糊控制和PID控制的特点及其原理，把模糊控制和PID控制结合起来，形成模糊PID控制，有效的克服了它们的缺点而发挥了它们的优势。本文详细阐述了该系统中模糊PID控制器的实现方法、系统的各种控制、故障检测以及状态显示。 模糊PID控制器实际上跟传统的PID控制器有很大联系。区别在于传统的控制器的控制前提必须是熟悉控制对象的模型结构，而模糊控制器因为它的非线性特性，所以控制性能优于传统PID控制器。对于时变系统，如果能够很好地采用模糊控制器进行调节，其控制结果的稳定性和活力性都会有改善。但是，如果调节效果不好，执行器会因为周期振荡影响使用寿命，特别是调节器是阀门的场合，就必须考虑这个问题。为了解决这个问题，出现了很多模糊控制的分析方法。本文提出的方法采用一个固定的初始域，这样相当程度上简化了模糊控制的设定问题以及实现。文中分析了振荡的原因并分析如何抑制这种振荡的各种方法，最后，还给出一种方案，通过减少隶属函数的数量以及改善解模糊化的方法缩短控制信号计算时间，有效的改善了控制的实时性。模糊控制器的一个主要缺陷就是调整的参数太多。特别是参数设定的时候，因为没有相关的书参考，所以它的给定非常困难。众所周知，优化方法的收敛性跟它的初始化设定有很大关联，如果模糊控制器的初始域是固定的，那么它的控制就明显的简化了。而且我们要控制的参数大多有其实际的物理意义，所以模糊控制器完全可以利用PID算法的控制规律进行近似的调整。也就是说最简单的模糊PID控制器就是同时采用几种基本模糊控制算法（P+I+D或者PI+D），控制过程中它会根据控制要求，做出适当的选择，保证在处理跟踪以抗阶跃干扰问题上，其控制性能接近于任何一种PID控制。假设模糊集的初始域是对称的，两个调节器的参数采用Ziegler-Nichols方法。为了改善上述设计的模糊控制器，我们有必要考模糊控制器的参数问题，有两种方法可以采纳，一种采用手动的方法改变，另一种就是采用一些相关的优化算法。其中遗传算法就是一种。控制器采用的参数不同，其收敛的优化值也会不一样。这些参数包括模糊集的分布，模糊集的个数，映射规则，基本模糊控制器的参数和不同的算法组合等。要注意的是在优化前必须选定模糊推理及解模糊的方法。很明显，优化过程很耗时，更有甚者，有些优化方法要已知系统的精确模型，但是实际过程中难以得到系统的精确模型，所以在大多数情况下，这些优化算法不能直接应用在实际过程。也就是说模型不精确直接影响优化成败。模糊控制的主要思想就是针对那些传递函数未知的或者结构难以辨识的系统进行控制，这也是模糊控制的性能为什么优于传统方法的原因。同时，把模糊控制和传统的PID控制算法结合起来，更能体现这种算法的优点，因为它大大简化实际过程的调整。 参数集的启发式优化法也适用于模糊PI控制器，它采用固定的定义域，其参数的选取和传统的PI控制器都一样。我们采用的控制方法是结合模糊PI算法和PD算法并利用启发式优化法处理参数集，特别要注意这里的调节器出现了两个比例环节，所以它的控制可能不同于传统的PID算法。但是我们调整的参数它们本身具有实际的物理意义，值得一提的是前面所提到的控制可以通过改变采样时间而不改变定义域的范围实现调整。 关键词：单片机；热处理温度控制；模糊 PIDAbstract:This paper adopts fuzzy PID control algorithm which combines fuzzy control and PID control according individual characteristic and theory effectively gets over their disadvantage, at the same time, preserving their merits. The methods of the fuzzy-PID controller, system-controlling, failure-detecting，states-displaying are described in details. A fuzzy PID controllers are physically related to classical PID controller. The settings of classical controllers are based on deep common physical background. Fuzzy controller can embody better behavior comparing with classical linear PID controller because of its non linear characteristics. Well tuned fuzzy controller can be also more stable and more robust for the time varying systems. On the other hand, when the fuzzy controller is tuned badly it can exhibit limit cycle which can decrease lifetime of the actuator. This phenomenon is critical especially when the actuator is valve. Knowing about these problems, more analytical methods of tuning fuzzy controllers can be found. The method with unified universe considerably simplifies the setting and realization of fuzzy controllers. This paper tries to analyze causes of oscillations and it outlines the possibilities how to reduce them. The paper also shows solution how to reduce time needed for computation of control signal by decreasing the number of membership functions and by changing defuzzification method. 1. INTRODUCTIONOne of the main drawbacks of fuzzy controllers is big amount of parameters to be tuned. It is especially difficult to make initial approximate adjustment because there is no cookery book how to do it. Also it is very well known that good convergence of optimum method is strongly dependent on initial settings. The adjustment of fuzzy controllers is considerably simplified when fuzzy controller with a unified universe is used. The parameters to be tune then have their physical meaning and fuzzy controller can be approximately adjusted using known rules for classical controllers. Probably the easiest way how to implement fuzzy PID controller is to create it as a parallel combination of basic fuzzy controllers (P+I+D 4 or PI+D 5). Suitable choice of inference method can ensure behavior which is close to one of classical PID controller for both the tracking problem and the step disturbance rejection. The fuzzy sets are assumed to have initially symmetrical layout and the parameters of both regulators are tuned using for example by Ziegler- Nichols method.To improve behavior of such designed fuzzy controller it is necessary either to manually change the quantities of fuzzy controller or to use some optimum methods which do this operation. One which can be implied are genetic algorithms. Different quantities can be changed to reach the optimum values. These quantities are fuzzy set layout, number of fuzzy sets, rule base mapping, the parameters of basic fuzzy controllers and their various combinations. Note that all the optimum must be always performed according to the chosen inference and defuzzification method. It is apparent that process of optimum can take a lot of time. Moreover this method is contingent on existence of accurate mathematical model of the process because in vast majority of the cases it is not possible to perform any kind of optimum directly on real process. The model usually does not correspond to real system which limits the success of optimum methods. The prime idea of fuzzy control was to apply it at the place where there is no deep knowledge of transfer function of controlled system and where this knowledge can be hardly identified. These are often the cases where the fuzzy control leads to better performance comparing with classical approach. Also for this instance it seems to be advantageous to have physical connection between fuzzy controller and its classical counterpart because it can significantly simplify the adjustment of regulator for real process.The heuristic optimum of parameters settings is also suitable for fuzzy PI controller with unified universe where the parameters are the same as the ones of classical PI controller. The parallel combination of fuzzy PI and PD controllers can be used for heuristic optimum of parameters settings but it should be noted that because of the presence of double proportional part in this regulatorthe adjusted parameters will differ from the ones of classical PID controller. But important thing is that the adjustment of this parameters is still in the same physical meaning. Note that for all previously mentioned controllers it is also possible to employ time transformation (sample time modification) without having to change the scope of universes.Keyword：SCM；Temperature control；Fuzzy PID.3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毕 业 设 计（论 文）设计题目：基于PLC的中央空调控制系统的设计专 业：班 级：学 号：姓 名：指导老师：起讫日期年 月 日 年 月 日31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摘 要 窗体顶端中央空调系统已广泛应用于工业和民用领域，在宾馆，酒店，写字楼，商场，住宅楼，在中央空调系统的工业厂房，其制冷压缩机，制冷循环水系统，冷却水系统，冷却塔风扇系统，最大冷却能力，制热负荷的选择，将具有足够的余量。在控制系统中与动态调节的特性无负荷，电动机的功率是固定的在全速和电动机的能量以全速运行。近年来，由于电价上涨，导致中央空调系统的运行费用大幅上涨，导致它占据越来越大的比例的运行费用在整个建筑，再加上目前的生产和服务行业竞争激烈，大多数企业都是不理想的利润空间。因此，电能成本的控制显然是管理者一个关注的问题。随着负载自动调节的变频变频空调水系统和压缩机系统的自适应智能负载调节的变化应运而生，并逐渐显示出其巨大的优势，并得到越来越广泛的普及和应用。随着PLC技术和变频器的发展，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，同时还可以节约能源和水资源。 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：中央空调 资源 PLC 意义AbstractWith 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.Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmultivariable,non-linear, strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,therefore. Thispaperuse Plccontrolmethodofdoubleinvertedpendulum.This severaltestmatrixvaluetheresultsarenotsatisfactoryresponse,thenweoptimizematrixbyusingGeneticAlgorithm.Simulationresultsshow:ThesystemresponsecanmeetthedesignrequirementseffectivelyafterGeneticAlgorithmoptimization.Small twisted paper broken machine for ordinarhome.Keywords：sewingmachine, assembly,Plc,meaning目 录摘 要I目 录II1 绪 论1 1.1 中央空调系统简介2 1.2 应用PLC控制系统的优点32 PLC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103 基于PLC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PLC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 论15致 谢16参考文献17151 绪 论窗体顶端我国是人均能源相对贫穷的国家，人均能源消费量不到世界一半的水平，随着中国经济的快速发展，中国已成为世界第二能源消费大国，但使用的能源效率低，造成电力浪费现象非常严重。虽然快速扩张的电网和发电能力的总容量，但仍无法赶上功率消耗增加，电力供应形势严峻，节能已迫在眉睫。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，耗电量非常大，约50的总用电量。由于中央空调系统是最大负荷和一定的余量设计的提高，事实上，在一年，在满负荷最高运行至十天以上，甚至超过了十几个小时，几乎所有的时间负荷，在70运行。在一般情况下，在中央空调系统的冷冻主机的负载能自动调整负载随温度的季节变化，它不能自动调节负荷和冷却水泵不能自动调节负载，这将导致能量的极大浪费，以及环境和中央空调系统的运行质量。随着变频技术，变频器，PLC，数模转换模块的有机结合，温度传感器，温度模块等的发展，构成一个闭环自动控制系统，自动控制水泵的输出流量，实现节能节能的目的提供了可靠的技术条件。窗体底端窗体顶端1.1 中央空调系统简介窗体顶端中央空调系统的工作过程是连续的能量转换和热交换的方法。操作的理想状态是：在冷冻水循环系统，将冷冻的水流量在冷冻水流通过冷冻主机，在蒸发器中进行热交换，热吸收（7）的热量后发送到终端线圈风扇或空调风扇，空调机的空气由冷却装置（12）吸收。 C）中，闭环发送到制冷泵的主蒸发器。在冷却水循环系统，通过在所述泵中的冷凝器，（37）被发送到冷却塔后加热的作用下的冷藏库的冷却的冷却水，所述冷却风扇（32）到后主机由冷却泵，形成一个环路。在这个过程中，冷却水和冷却水是通过作为能量载体，在冷冻水泵，冷却泵增益动能保持循环在相应的管道系统，则继续进行室内热冷冻机的作用，由冷却塔排出。如图1中的中央空调系统的设计中，已安装的泵的容量和冷却泵是该系统的最大负载和10 - 20的余量为设计安全系数。据统计，在传统的中央空调系统，冷冻水，冷却水回收用电约占12 - 该系统的24，而在冷冻主机低负荷运转，冷却水，冷却水循环与功率可达30 - 40。因此，它是中央空调系统进行自动控制的冷却水和冷却水循环系统的能量的一个重要部分。其具体系统结构图如下图所示：1.2 应用PLC控制系统的优点窗体顶端 与传统的中央空调控制系统相比，PLC中央空调控制系统有以下几个方面：（1）可靠性高，抗干扰能力强，抗干扰能力强的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）配套齐全的功能，强大的PLC发展到今天的应用，已经形成了大，中，小规模的系列产品。可在各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能，最现代的PLC的具有完美的数据计算功能，可以在各种数字控制区域使用。（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，是工业控制设备的工矿企业。这是很容易的界面，编程语言，很容易为工程技术人员接受。 2 PLC控制系统简介2.1 PLC简介 窗体顶端 PLC指以计算机技术为新的工业控制设备的基础。这是PLC可编程序控制器（可编程序控制器）在1987年，国际电工委员会颁布的可编程控制器PLC的标准草案作了如下定义的; PLC英文名称可编程逻辑控制器，中国人的名字是一个可编程逻辑控制器，定义是：电子系统，在工业环境设计的数字运算操作应设计。它使用了一种可编程存储器，用于其内部存储的程序，逻辑操作的实现，顺序控制，定时，计数和诸如面向用户的指令的算术运算，并通过数字或模拟输入/输出控制各种类型的机械或生产过程的。PLC是一个可编程逻辑控制电路，而且硬件和硬件语言的组合，在半导体有非常重要的应用，它可以说是有半导体PLC上的地方。PLC在工业生产过程中的发展，大量的开关顺序控制，它是按照逻辑 的动作序列，并根据该链保护动作控制之间的逻辑关系，并有大量离散变量 根据集合。在传统上，这些功能是由气动或电气控制系统来实现的。PLC的最基本 最广泛使用的，在逻辑控制开关的，它取代了传统的继电器电路，实现了逻辑控制，顺序控制，它可以用于单个设备的控制，也可用于机器控制和自动化生产线。如注塑机，印刷机，装订器，智能窗帘，粉碎，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，纺织，交通，环保，文化娱乐等行业广泛使用。随着该领域的应用越来越普遍，PLC技术及其产品的持续开发，主要表现在以下几个方面。 2.2 PLC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。2.4 变频器的选型窗体顶端 随着微电子技术，电力电子技术，数字控制技术的发展，变频器的应用越来越广泛。变频器可以改变电源的频率，所以它可以平滑交流电机的转速，而且它具有最高的效率，并在异步电动机的速度控制系统的最佳性能。逆变器分为间接和直接变频，采用间接变频变频水泵。间接变频装置的特征在于通过整流器的工频交流电源转换为直流，然后通过逆变器将成为直流交流的频率。逆变器具有软启动替代的Y增量降压起动，降低电源装置的起动电流的影响，降低振动和噪音。2.4.1 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010VPr.79 : 2 变频器的操作模式为外部运行 3 基于PLC的中央空调控制系统硬件的设计3.1 主电路的控制设计窗体顶端 根据具体情况，考虑到成本的控制，原电气设备到尽可能使用。冷冻水泵和冷却水泵用于以相同的方式，因为在待机状态下，泵的转换时间和空调主机转换时间是一样的一个月，开关频率不高，决定冻结水泵和冷却水泵马达总开关控制，利用原有发电设备，通过接触器，起动停止按钮，开关电器及机械联锁。为了确保每个泵只能由一个频率转换器被驱动，以避免相同的两个反相驱动引起的短路的交换的泵;每一次变频器只能拖动一个泵，以便避免一个频率转换器，同时驱动两个泵和过载。窗体底端3.2 变频器的控制方式 起点和变频器及频率自动调整由PLC的停止，模转换模块，温度传感器，温度模块，闭环控制，手动/自动切换和手动频率上升的数量，下降PLC控制。窗体底端3.3 元器件的选型 窗体顶端 考虑到操作稳定性和成本效益的设备，以及配套的泵马达。三菱FR-F540-37K-CH逆变器; PLC所需的I / O点是：输入24点，输出14点，考虑到保持一定量的储备，以及可靠性和价格因素，在系统中，FX2N-64MR三菱的选择所需要的输入和输出PLC;温度传感器模块FX2N-4AD-PT，模块温度传感器专用的模拟输入的A / D转换模块，4通道的模拟信号输入通道（CH1，CH2，CH3，CH4），接收冷冻水泵和冷却水泵出水温度传感器输出的模拟信号的装置;温度传感器的选择PT-100 3850RPM /？温度传感器电压，其额定温度输入范围-100？ -600 ，电压输出0-10V，相应的模拟到数字输出-1000-6000;模拟量输出模块型号FX2N-4DA，是一个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，是一种高精度的输出模块。窗体底端3.4 I/O分配表的设计3.5 PLC控制接线图的设计以下为PLC控制接线图的设计图：4 基于PLC的中央空调控制系统软件的设计4.1 梯形图程序的设计窗体顶端 X14冷却泵手动频率上升，X15手册的冷却剂泵频率下降，各频率0.5Hz的调整，50Hz的全手动上限频率为30Hz。采样周期之间的温度差，由于温度变化缓慢，定于5秒，以满足实际的需要;当温度低于4.8，逆变器的工作频率下降，每个调节0.5Hz的;当温度差大于5.2时，逆变器的工作频率升高每个调节0.5Hz的;当冷却水温度和出4.85.2时不进行调整变频器的运行频率。从而保证了冷却水泵出恒定，节能操作之间的温度差。 6，冷冻水泵和冷却水泵变频运行和停止控制两个反相驱动的冷却泵和两个逆变器驱动制冷泵的启停控制简单的逻辑顺序控制，这里就略PLC程序。 7，保护及故障复位逆变器电子热过电流保护操作的驱