基于PLC户式中央空调温度测控的设计

摘要现代化的自动控制技术、通信技术和计算机技术的迅速发展，使变频技术得到了更多的使用，因此，在工厂企业、写字楼、商业大厦以及酒店等场所，都有了很好的使用效果。中央空调虽然可以为人们带来很好的空气质量，但它的能耗也很高。本论文正是基于此，论述了可编程控制器下变频系统的工作流程和使用结果。本文介绍了一种常用的PIC控制器，它主要应用于工业生产中。利用MATLAB对其进行了模拟，得出了其动态特性曲线。程序控制器设计用来处理因超电引起的能源损耗和设定预先告知的一致控制参数的问题。在此基础上，设计了一种基于神经网络的自适应模糊控制器。与基于PIC法则的PLC控制方式比较，提出了一种能够在任意情况下都对其进行自适应性的改进方案，从而使其能够在不同的工况下，对系统的性能产生影响。假如你能维持一个好的成绩。它将成为一种可推广应用的、可推广应用的理想控制方案。关键词：PLC温度测控；中央空调；触摸屏；监控系统

目录TOC\o"1-3"\h\u30834第1章绪论 第1章绪论1.1研究背景如今，中央空调已经走进了千家万户，尤其是大型的中央空调。这在一定程度上改善了人们的生活和办公环境，但同时也导致了大量的资源浪费，常规的中央空调存在着两个方面的问题：一是采用氟利昂等冷媒，经循环制冷排放到户外将大大损害臭氧层；二是空调用电负荷高峰时段和电网用电高峰时段重合，这样既会造成用电效益下降，还对电网负荷均衡不利。在楼宇自动控制中，空气调节是一个十分关键的环节，其能量消耗也是相当大的。随着人们对环境空气品质、温度及湿度的不断提高，能源消耗越来越大，因此，应尽量避免能源消耗。所以，要想把这个问题彻底地解决，就必须和空调系统的控制紧密结合起来。利用变频控制和可编程控制器进行温度测量的方法，它具有节能、自动化程度高、运行稳定、结构简单、维修简单等优点。本论文运用工程管理学的原理与系统分析的方法，通过对不同区域、不同类型的空调系统的合理选用，使其发挥出最佳的节能效果。本课题以武汉大体育场为研究对象，将中央空调系统划分为三层，以办公室、会议室、活动场地等为主体空间。1.2研究意义在社会日益发展的今天，能源问题越来越突出，节约能源就显得非常重要。随着人们的物质生活水平的提高，他们对中央空调的需求也在不断地增加，期望能够用最少的能量消耗来维持合适的室内温度、湿度。所以，若在中央空调监控系统中采用可编程智能可控控制技术，既能满足21世纪绿色环保主题，又能提高中央空调系统运行的稳定性、可靠性、节能性以及强化控制技术。对智能软件进行研究与开发，既有理论价值，又有实践价值。1.3国内外研究现状经过近半个世纪的发展，水库的设计与运行控制已经比较成熟。20世纪后期，日本一些发电企业已着手开展大温差水蓄冷技术的研究，以充分挖掘其在节能、高效、节能等方面的潜力，并增强与其他空调系统的竞争能力。研究表明，提高蓄冷器的制冷温度，可以增大蓄冷器的蓄冷量，减小蓄冷器容积，进而改善制冷效果。本项目的研究结果将为水蓄冷技术的进一步推广和应用打下坚实的基础，同时也将为今后我国大型建筑的中央空调系统的开发和应用积累一定的经验。随着我国社会生产力的不断进步，综合国力的不断增强，人民的生活也在不断改善，尤其是冷藏保鲜技术有了长足的进步。如Peryo自主研发的关于“高温储水的中央空调制冷系统”的知识产权，其技术指标已超越美国、日本等发达国家同类产品的技术程度，居国际领先地位。在中国，由于人们对蓄水技术认识的不断提高，以及国家对电价政策的逐步实施，蓄水空调的经济效益越来越显著。与国外相比，国内水蓄冷技术有三个主要参数：（1）冷损率，这个参数表示保持冷量的能力。其决定因素有二，其一是截面面积与容积之比；其二是保冷层功效。这一技术手段在国内外基本上是相同的，因而也没有多大区别。（2）可用蓄冷量比率，即现有储冷量与理论储冷量之比。该参数考虑到了储液槽中冷热水的掺混，并考虑到了储液槽中由于温度梯度和储箱壁面的热传导所引起的体积损耗。全国卫生系统的总体发展速度约为85%，与国际先进国家相比略好。目前，国内对该性质的检测都是在较高的充放电速率下进行的。（3）充放冷速率，即每一小时的充放冷量。放冷率越高，则越容易达到储冷率。目前国内已有的水蓄冷装置的实测数据显示，大部分项目的放冷期为5个小时，近半数工程放冷时间在4个小时以下。而且国外有关工程的放冷时间一般为8个小时。而没有看到放冷在四个小时内结束的实例。虽然我们国家的水蓄冷技术取得了显著的成绩，但仍有许多亟待解决的问题需要研究。水蓄冷技术在国内的发展相对滞后，必然存在一些设计理论上的不足，由此带来的一系列问题，即缺少统一、标准化、相关技术文件及操作规范等。实践证明，该系统的运行效率并不稳定，有时与期望的结果相差甚远。与此同时，我国在某些关键的核心技术上还没有完全的自主能力，只能向国外的大企业寻求帮助，这势必会加大研发与设计的费用。1.4主要研究内容在此基础上，结合现场实际，提出了一种以PLC为核心，采用PLC与变频器相结合的方式，通过PLC与变频器相结合的方式，对中央空调系统进行集中控制，改进整个制度的运行。（1）对大型中央空调系统采用变频调速的可行性进行了分析，并以某小区的中央空调系统为例，研究了该系统的中央控制策略，并利用PLC进行了详细的实施。（2）根据循环泵的制冷特性，设计了中央控制系统，完成了PLC的各项工作。（3）本文首先阐述了PIC控制器的工作原理，然后简要分析了它的控制方式。（4）对中央空调监测系统进行了详细地介绍。然后，利用MATLAB和组态软件对其进行了仿真。将现场装置与可编程控制器相连，构成了监测平台，并对其控制效果进行了模拟分析。1.5温度控制发展现状当今，随着温度的不断提高，其控制体系也日趋复杂，因此，目前已有多种不同的温度控制方案。经调查资料表明，PIC控制是现代工业控制的91.5%，对结构简单的传统PIC控制具有很强的适应性，其控制方法是修正控制参数。其结构简单、实用、性价比高等特点，这些优势使其成为常规PIC控制的主要应用领域。然而，但常规PIC控制在控制大时滞、非线性及耦合性等问题时，常规PIC控制的控制效果较差。所以，在一些容易建模的线性系统中，传统的PIC控制是最常用的。近年来，随着智能控制的革新和发展，它逐渐成为一门智能化的研究方向。英国人丹尼于1974年采用模糊语言构造模糊控制器，并将其应用于蒸汽发动机与锅炉等领域。现在，它已经发展到40多年，在全世界范围内已经获得了显著的成就。模糊控制利用专家知识或现场操作经验获得，不需要准确的数学模型。然而，对于处理单纯的信息数据，用模糊控制处理恶化整个控制系统动态品质和控制精度。所以模糊控制被广泛地应用于具有纯滞后时变参数或者非线性的温度控制系统。针对PIC控制和模糊控制在应用场合中所出现的一些问题，研究人员想把这两种算法取长补短，结合成Fuzzy-PIC控制。这样，Fuzzy-PIC控制比PIC控制响应速度更快、跳跃更小、精度更高，Fuzzy-PIC控制具有控制成本效益更高、控制力更强等特征。在智能技术日益发展与更新的今天，研究人员模仿人的大脑神经细胞来设计控制算法，其鲁棒性好、快速的反应时间和良好的抗干扰性，而且它的软硬件设计简单，适合于非线性多变量时变系统。目前，将模糊控制器和人工神经元网络有机地融合在一起，形成了一种新型的基于模糊神经网络的智能粒子群算法。海量数据表明，模糊神经网络PIC具有良好的动态跟踪品质，理论上可近似任意非线性函数，并可并行地处理数据信息。肖敏等采用模糊神经网络PIC对焊缝进行温度跟踪控制，控制结果表明控制品质较好，获得了一定的经济效益。然而，采用模糊神经网络PIC进行控制需要得到大量的实验数据。在生物的演化中，有一种叫“基因选择”的机制，而基因优化方法则可以用来模仿这种演化的过程。目前，基因PIC也是PIC的一种。该方法不仅具有易于调节、抗干扰能力好等优点，同时也具有较好的稳定性。本文介绍了一种基于遗传算法的自适应寻优方法。唐德翠等利用改进的PIC方法对漂烫过程中的温控问题做了大量的实验研究。然而，采用遗传算法与其他算法相比往往效率较低，编码规范需要改进，编码中也存在表示不准确等问题。PIC专家控制就是在对受控对象及其控制规律进行多方面认识的基础上，认识受控对象准确的数学模型，再运用专家经验进行PIC参数设计。专家控制单元采用控制代码进行设计，本文提出了一种基于专家PIC控制器的直接专家控制方法。专家粒子群能够很好地适应时变的非线性系统，具有较强的适应性和灵活性。近年来，随着智能控制技术的发展与完善，模糊控制技术逐渐成为智能控制研究的热点之一。如今，模糊智能控制技术的发展趋势是将模糊PID控制与其他控制方式结合在一起，构成一个更大的体系。例如，迭代学习观测器模糊PID控制、人工智能神经网络模糊PID控制、神经网络自适应模糊控制等。未来基于模糊PID控制的控制器还可朝着多维或多变量方向发展。第2章空调温度测控概述2.1空调温度测控的原理及构成利用温度传感器，对各区域进行了温度测试，包括散热器进出口温度、空调单元进出口温度以及室外温度。通过选用合适的压力传感器，实现了对循环冷却水、冷冻水、供水回水压力测定，以及对制冷剂蒸发器压强等参数的测定。目标区域的空气品质是由二氧化碳感测器选取来测定的。上述测试参数经A/D适配器及接口电路传送至电脑控制器，并在系统CRT上显示有关参数，如各设定值的气压及温度等。微处理机系统利用测得的参数，预测运行状况、逻辑运算和版本控制指令的改变。在控制器中，通过采集警报点的参数值，当警报值超过阈值时，警报信息会自动产生警报信息。对于很难建模的被控对象，该方法在实际应用中得到了良好的控制效果。这种方法无须精确建模，具有测量精度高、稳定性好等特点。结果表明，该方法能有效地解决非线性问题。传统的模糊控制器设计方法主要依赖于操作者的思想，或依赖于人的经验，因此，对于不同的被控对象，其规则往往会有较大的差异。针对模糊控制器，其通用设计流程见图2-1。大致由以下四个步骤组成：（1）对模糊控制器的体系架构进行了探讨。模糊控制是一种将数字技术与计算机语言相融合而成的一种闭环控制方法。通常由输入部分、控制器部分、控制对象部分和输出部分组成。（2）模糊化处理。具体过程是：输入参数的精确量通过变换被处理成模糊量并由隶属度函数描述模糊子集。（3）知识库和模糊推理。该方法通过构建数据库和模糊规则库，该库包含了参数的隶属度函数和量化系数的尺寸变换。模糊规则是一组关于模糊控制的条件表达式，每个控制表达式都是某一特定情况下的控制策略。（4）反模糊化。由执行机构获得了准确的系统输出数据，这个过程包括两个步骤：第一步是对产生的模糊控制量进行清晰化处理；再对所得清晰量做尺度变换。通过使用隶属度表，可以对控制规则表中所有的模糊关系进行运算，从而可以对任何一组输入进行Fuzzy决策，最后得到对应的控制量。图2-1模糊控制器结构图2.1.1节流过程传统的冷凝工质流经高压容器后进入膨胀阀，因其迟滞效应，导致工质流动阻力较大，且冷却介质压力急剧下降。当压力减小时，部分液体会汽化，而冷却液的温度会因蒸汽的热量而快速降低。工质的终温（汽化温度）与阀的开启程度有关，若阀开度较小，则会增加阻力、较高的蒸发量及较低的温度。2.1.2蒸发过程低温低压冷却器由膨胀阀进入蒸发器内，蒸发器外空气是内部空气。当饱和气体的温度仍然低于空气温度，冷却剂会不断吸热，而冷却剂的温度又比空气温度低，冷却器就会吸取空气中的温度，从而使空气的温度降低，而液态空气的温度也随之降低。热量被吸收、汽化（煮沸）为饱和气体。这样，从蒸发器出来的冷却剂的温度（吸气温度）高于蒸发温度，两者之间的差别称为高热。2.1.3吸气压缩和排气过程在压缩机内，由于压缩作用，使蒸汽的温度、压力不断上升，并由压缩机排出至排出管路。在压气机的作用下，汽化生成的水蒸气被压气机喷嘴内的蒸发器所吸收。2.1.4冷凝过程随着冷却液到达冷凝器的底部，水蒸气会被充分地凝结和冷却。然后，冷却后的液态金属流进储存罐中，以备循环使用。冷凝器由冷凝器风扇拉动，蒸气经排水管流入冷凝机，同时将高温蒸气的热能排出至低温空气中，从而降低冷凝器的温度。在这个过程中，温度会降低到与它所处的压强相当的饱和温度，从而使热量被排出，使蒸汽凝结成液体。2.2中央空调系统的控制功能数据展示功能：显示了不同的操作参数，如出口温度、进口温度、蒸汽压力以及蒸汽阀门的开启程度，和全部屏蔽泵的工作状况溶液，冷却剂泵。此外，还提供了各类故障警报的详尽资料。警报信息可被用于远程监控。控制特性：基于指定的实验运行数据参数，可编程控制器应当采用反馈数据，例如室内的温度数据。并在必要时发出警报信号。为了确保操作参数达到系统的标准，我们进行了PIC的调节。通过对加热/冷却过程中各阶段时间、功率消耗及能耗计算来确定加热或冷却速度，并在必要时采用适当方式调节其比例以确保最终产品达到预期效果。互锁与保护特性：与每个单元有关的设备的启动和停止都有其独特的联系和纠缠方式。在一些应用中，需要将一个或多个单元组合起来，从而提供不同类型的热处理过程。这样，这个装置就可以进行包括去湿、冷却、增湿、吸湿与等温加湿等工序。2.2.1空气温度调节系统通过观察冷水机组出水温度的波动来调整机组的制冷能力，并依据水温的波动来预估和调整空调负荷对水温变化的影响。采用变频调速器控制风机转速以提高风量。当要求降低风速时，可以通过调节内部45个电动喷嘴来调节内部送风量，并同步调整主电子阀的开启来降低体育场的送风量。2.2.2空气湿度调节系统在冬季，当房间里的温度非常高的时候，可以关掉热水圈。在中央监测系统中，仍需对空调系统的温度、湿度进行监测。采用温度和湿度传感器进行数字控制。在此基础上，对所测得的温控进行了分析，并据此调整了组合式空调机组的工作状况。比如，在湿度较小的情况下，开启加湿器的给水阀门，增大湿度；将新风直接导入室内，以达到对室内温度的预处理；在夏天，房间的湿度比较大的时候，可以增加空调的容积来减少空气的湿度，也可以采用低温电热的方式来增加室内的湿度。2.2.3空调水系统设计在中央空调系统中，冷却水系统是一个非常关键的环节。我们之所以要用中央空调，就是要对房间里的气温进行调节，所以要保证冷（热）的供应。经过多年来的研究，冷气出口温度维持在7℃左右，冷水温度维持在12℃左右，这是最有效的方式。所以，先设定出水的温度，再透过触控银幕，再设定回水的温度差到5℃。PLC主机根据命令，对模拟输入元件的温度进行实时读出，由实测的回水温减去真实的回水温，并与PIC控制下的实际温差作对比。（1）对冷却系统进行逻辑控制。首先，采用自动方式对温度差进行调整，再启动自动冷却系统。PLC主控制冷水出水及回水阀门，5秒钟后启动冷水循环泵。采用变频调速（主回路分离，变频调速信号同频）对制冷水泵进行并联控制。该变换器的工作频率是通过模拟量采集装置输出的电流来实现的。最低的输出频率是由可编程式控制程式设定的。通过在空气调节室的尽头安装一个压力传感器来控制最低输出频率。采用这种气压传感器，是为了保证高层室内有充足的冷水供给，从而使末端空调室内的气温与其他室内空气调节相同。为便于操作，冷却循环泵可由触屏自动启动。举个例子，一个办公大楼的员工从周一至周五都上班，他们的空气调节系统可以提前半个小时开始工作。在办公室工作时，房间内的温度会被自动调节到最适宜的温度，让办公室里的人有个舒适的工作环境，保证他们在工作中有更高的效率。你也可以设定自动的空气调节装置，当职员不在的时候，把它关掉；这人为控制让你很开心。若周六周日不工作，请设置空调系统在周六周日无需开机。所有的事情都交给了一个可编程的控制台，而不会有太多的工作人员去管理。PLC能对温度、压力等传感器进行自动检测，当传感器出现异常情况时，就会报警；在变频调速系统出现故障时，PLC主控机能及时发现变频调速系统的异常，并向维修人员发出警报信号，提示维修人员及时排除故障。（2）水冷型可编程序控制器。若设定值与实测值相差较大，则说明实际制冷量不足，需加大制冷量。PLC通过命令增大数据采集装置的输出电流，增大制冷泵的速度来增大实际制冷量，从而使实际温差逐步降低，直至达到设定的温度。当设定值与实测值相差较大时，则说明系统的实际制冷量超出了要求，故应减小制冷量。PLC（ProgrammableControlUnit,PLC）对数据获取单元（DA）进行控制，以减少输出电流，由此使冷却泵转速下降，实际制冷容量下降，且将逐步减少至接近温度差。该温度传感器探测到水并将其送回，其目的在于保证该低温热水系统的完好性，而一个传感器的失效也不会影响整个低温热水系统的正常运行。水系统由中央空调系统冷却水系统、冷冻水系统和热水循环系统构成。整个水系统中（供回水）电源侧门的负荷流量调节。该工程采用双控供水方式，即夏天为7e/12e供冷，冬天由城市热力提供65e/55e供冷，以满足建筑物对空气调节的需要。2.3中央空调系统设备选用采用多套新风机组与一套组合空调组合而成的建筑自动控制新风系统，以确保室内空气的内外流通及适宜的温度为目标。西门子S7-200PLC实现了对各个单元泵的工作及故障情况的监测、启停控制、软化水箱中的高低水位，开启控制阀及温度记录，并与组态软件相连，形成控制画面。地下冷热源的控制室与PLC连接，对新风空调系统进行控制，工作站上装有组态软件。该系统采用以太网为平台，实现了高速以太网的数据交互。控制部分完成了传感信息的采集和对前端器件的控制。与此同时，控制台也可以把数据传送给一个工作站，用于图形化或者更加复杂的控制操作。利用西门子配置控制软件对组态网进行管理，并将其与动态的设备管理界面相结合，达到了分布式控制的目的。另外，本系统还具备自我诊断与远距离诊断的能力，能够在较短的时间内发现和排除故障。该方案具有很强的可扩充性，保证了在某一个环节发生故障时，系统整体稳定运行。2.3.1新风机组的选型比较了两种不同类型的新风机组情况，得出了后者的节能效果是（5.5-3.7）×24=43.2kW/h。从新风机组运行情况看，由于新风量减小而造成新风冷却负荷下降最终将使对应冷水机组功耗下降，同时也节约了部分运行成本。变风量空调系统主要包括三个部分的协同工作：第一，根据不同的工况，调节空气流量，选择不同的风量。二是空气压力随着空气流量的变化而变化。为了保证供应的平稳，必须对供应的压力进行监测并进行调节。三是按照室内的空调状况，对室内的通风进行调整，特别要确保足够的新风。2.3.2风机盘管的选型从节能角度考虑，新风负荷装置可选用转轮或板式热交换器。若在设计中选用新风风机盘管，则新风单元可采用低温送风方式，分担湿负荷，并可使风机盘管处于烘干状态，降低盘管内的湿度和细菌的滋生。但是，在选用风机盘管时，说明书上的参数均有对应的额定工作条件：入口空气干球温度27℃、湿球温度19.5℃、入口水7℃、供回水温差5℃。新风承办方：当室内空气温度较高时，新空气的潜热与新鲜空气混合时所需的空气量较大。2.3.3加压送风机的选型通过对本设备的选择和设计，确保返回负压风机具有足够的气压，从而使回风和新鲜气流顺利地流入到系统；利用正压风扇的气压来确保将风力输送到空气调节室内。地下公用电梯应按地面和地下敷设方式，并由两个部位独立确定。本文介绍了一种加压送风机，该加压送风机的型式为GXF-11-C53。2.3.4冷源中央空调系统（含新风负荷）的设计计算为4000千瓦。通过对整个冷水机系统的全年运行能量的计算，来判定各个冷水机系统的方案优劣，当其他条件都一样时，从中选取一种最经济的方案。在开放式冷却塔内，冷却水与空气直接接触，一小部分水分汽化，所带的热冷凝于大气中，从而使冷却水具有冷却作用。5台制冷机组，其中KQW125-200B型3个，流量166米，扬程34.5米，功率22kW，备用1个：2个型号KQW100-160，流量100米/小时，扬程32米，功率15kW，备用l台。2.3.5热源采用60℃/50℃的低温水作为热源，采用1台MIO型微风机，实现7.7米的换热面积。在实际应用中，1级配水回路可调整，保证室内空气的正常运行；在没有竞争的条件下，1级的电力负载由主机承担。它不仅可以达到工程的需要，而且可以节省初投资和操作成本。采用板式热交换装置进行空调后的热交换。2套KQW125-160型，容积160立方米/小时，扬程32米，功率22千瓦，备机1部。第3章中央空调温度测控的硬件设计3.1可编程控制器（PLC）的选型PLC（ProgrammableLogicController）是一种采用种类可编程存储器来存储内部程序的可编程逻辑控制器，能实现以使用者为中心的逻辑运算、顺序控制等命令，还能对多种机型或数字、模拟等形式的输入和输出进行控制。在PLC控制系统的设计中，一般都是先确定了控制方案，然后选择特定的PLC来进行操作。选用的方法要依据流程的特征和一体化的需要来决定，同时还要注意选用的PLC是否能够与其他设备相兼容，并且具有良好的可扩充，要按照规范化、高可靠的需求来选取所需要的PLC。所以，在实际的应用中，应该对信号的输入和输出位置进行估算，了解每一个工作条件和技术需求，同时还要决定内存的大小，以便选择性能更好的PLC来达到相关的程序控制需求。在选择PLC时，要考虑到以下三个方面的要素。3.1.1估算出输入输出点I/O点位估计需确保留有一定余量以做好未来维护与扩展的准备工作，通常情况下，可扩展点位应在实际I/O点位基础上增加10%～20%。3.1.2估算存储器的容量当控制方案一定时，需通过编程操作来达到控制的要求，从理论上看程序容量的大小只能由系统软件部分完成后才可以决定，但我们仍可根据对程序规模的估计决定存储器的容量。有的文献中提出了存储器内存大小的经验公式，存储器容量主要是按数字量点位10~15倍与模拟量点位100倍相乘而得，这样就可以获得内存总字数了，而且，还需留下25%左右的剩余。3.1.3对PLC的控制功能进行选择PLC作为整个系统的中心，其需要完成的控制任务十分关键，其中选择了计算函数、控制函数和通信函数。（1）运算功能PLC的基本操作函数包括逻辑操作、各种计时及计数函数等；普通PLC具有移位、数字比较和变换等功能；比较复杂的PLC还具有数据传输、模拟采样和网络通讯等功能，适用于远距离传输数据或网络数据传输的场合。随着PLC技术的广泛应用以及研究开发工作的进一步发展，现在的可编程逻辑设备都具备了通讯功能，可以与PC机及组态软件一起，对各个数据的状态进行实时监测。（2）控制功能在中小规模工程中，PLC一般采用顺序控制方式，具有编程、调试方便、易维护、易读、符合各种工业控制需求的特点。同时，该控制方式的PLC具有快速的运算能力和快速的响应能力，极大地节约了存储空间。在此项目中，除采用顺序控制方式外，还采用了PLC智能控制中的PIC控制技术，两者相结合，使整个系统具有较高的智能化水平和较高的可靠性。（3）通信功能根据ISO/IEEE的标准，大、中型PLC控制系统构成了一个开放通信网络，以满足各种不同的现场总线协议。该通信界面可以通过串口和并联通信的方式来完成，它可以完成对数据的远程采集、实时监测、强大的自检性和警报等。这些要求都要求现代化的自动化系统具有可靠性，完美性。PLC采用5个标准的程序文法，其中有三种常用的图形语言：序列函数图、梯形图和函数模块图。在一些特定的环境中，为了适应特定的环境，也可以使用C和Basic等高级计算机语言。PLC是该系统中的一个重要的控制元件，它是整个系统的中心。在该系统的运行中，温度传感器可以检测进水情况，并且将回水温度存储在PLC存储器中，并基于温度的信息来控制变频器的频率，从而使电机转速相应变化，对进出水流量进行调整，从而实现了根据室内温度的高低来对房间温度进行调控，做到了软启动、平滑运行。三菱Fx2NPLC是在十几年温度测量与控制设计基础上，结合上千个工程项目执行经验而设计。适合中、高性能控制产品使用。三菱Fx2NPLC采用高性能模拟处理技术、开放行业标准、通用系统平台等，使产品不但功能强而且性能优越，且可靠性较高、开放性较好、使用方便。三菱公司拥有先进的计算机、控制、通信和信号处理等技术。PLC可以在单个设备上工作，也可以应用于各种分散式温控仪器中，还可以根据不同的行业用户，提供逻辑控制、程序控制、过程控制、输送等个性化解决方案。PLC采用模块化的结构。PLC主要由中央处理器、通讯模块、输入输出模块、专用功能模块与支架等构成。用户可根据各种应用、各种需要进行自由、灵活的搭配，从而适应自动控制广泛使用的要求。3.2中央空调系统各模块电路设计3.2.1变频器的选型对风扇、泵等方向扭矩、低转速下负载扭矩都很小，一般可选用专用或一般功能通用变频器。应该使用矢量控制或者直接转矩控制类型的通用变频器FREQUROL-F700。交流电动机的变频调速器，因其节能效果显著、速度快、产品的技术较为成熟，已成为与风机相配套的节能产品中的优选产品。3.2.2触摸屏的选型触摸屏是这样工作的：当你用手指或者其他任何对象触摸触摸屏时，它会以坐标的形式来检测触摸屏控制器触摸到的模式，然后通过界面（例如RS232串行端口）发送到CPU。选择输入信息。该触控银幕系统包含触控银幕控制器与触控式侦测器。其中，触控面板控制器的功能是将触控面板上所侦测到的触控信息，以坐标形式传送至CPU。而在此过程中，触屏控制器接收来自CPU的命令，并进行相应的操作。触摸检测器一般设置在屏幕正面，主要作用是探测使用者触摸位置，使之运动至触摸屏控制器上。触摸屏有三个特点：一是透明度。透明触摸屏操作界面。二是触摸屏属于绝对坐标系。绝对坐标系具有各位置相互独立的特点。从物理角度讲，触摸屏作为一个单独的坐标定位系统而存在，从每一种由校准数据所接触到的饮料数据换算出触摸屏的坐标。三是对触摸进行检测和定位。每次触摸模式被触摸时，触摸屏都会理解检测并协调触摸点，然后对数据进行处理。触摸屏的种类很多。根据其工艺原理，可分为压力式、电阻式、电容式、红外式和表面声波式5大类。触屏式压力感应技术被淘汰出人们视野：电阻式触摸屏位置精确，但是成本较高，且易损坏。电容式触摸屏的设计是合理的，但是易发生形变，无法从根源上解决问题：红外触摸屏的价格低廉，但是易受损且反光严重；表面声波触摸屏克服了以前的缺点，它适合在任何情况下使用，但是对屏幕清洁度有一定的要求。屏幕上落了灰，反应就慢了，连效果都没有了。将控制面板改为触控式触控银幕，可大幅减少各类键（如按键及活动键），因此，失效率大幅下降，且大幅提升系统的可靠性。另外，该系统具有很好的人机交互功能。因此，使用LCD型号的欧姆龙NT631C作为该系统的人机交互界面。3.3变频控制电路3.3.1冷冻泵的变频控制利用冷冻机组回水和出水温度差的数值，采用PIC算法对变频调速系统实行变频调速，达成对出水流量的调节，以及对交换热量的控制。见图3-1。图3-1冷冻水泵温度测控结构图3.3.2冷却泵的变频该制冷机组在使用过程中，其冷凝器主要传热方式为：先将冷却水引入冷却塔，再经冷却泵送入冷凝器，如此往复循环。冷却水进、出水温度相差较大，说明冰箱负载较大，冷却水需输送较多的热能。应提高冷却泵的旋转速度，以提高冷却水的循环量。若温差较小，则说明冰箱负载较轻，送出的热能较少，因此可减少冷却水泵的旋转速度及冷却水的循环量。见图3-2。图3-2冷却水泵温度测控结构图3.3.3冷却塔的控制冷却水系统是用冷却泵抽出的水，用外界空气进行冷却。采用冷却塔系统，以达到快速冷却水的目的。冷却塔的工作原理是：将外部空气的温度降至比冷却泵抽来的冷却水更低的温度，将水的热量快速地与周围的空气进行热交换，并在冷却塔风机的作用下，实现水的快速蒸发。因为蒸发会吸收热能，所以它是以蒸发、吸热的方式来降低冷却水的温度。类似地，在冷却水出口温度维持37℃、水温32℃时，其能量利用率最高，所以本项目拟通过设定出水、回水温度两个参数来调整防水背板与防水插座的温差5℃。PLC主机用FROM命令对AD2ch2、AD2ch3进行实时读出，用真实水温减去真实产出的水温，并且与PIC控制性能的真实温差相比较，并且按照温差来确定。（1）冷却塔系统的逻辑控制。首先，采用自动方式对温度差进行调整，再启动自动冷却系统。该逆变器以并联方式控制2台15kW的制冷泵（主回路为OFF，变换器的频率信号为同一）。该变换器的工作频率是通过模拟量采集装置输出的电流来实现的。正如对冷却水系统的控制那样，当制冷机组启动后，按照设定好的自动启动时间，开始冷却系统。PLC能对出水口水温、回水变送器等参数进行自动检测，当变送器出现异常情况时，会发出报警信号，可立即向维修人员报告。（2）冷却塔系统的PIC控制。在循环冷却水系统中，如果存在较大的温差，则说明实际散热能力不足，无法及时排出余热。为加快一次冷却装置排出的余热，应加大冷却风机的冷却速率。PLC控制DA的输出电流来增大指令，这样就增大了冷却塔风机的转速，提高了风速、空气流通率以及水的汽化容量，使实际的温差逐步降低，直至达到所要求的温差。当所设置的温度差小于真实值时，则表示所用的冷却水过多，超出了散热及冷却机体所需的热量。冷却塔风机的转速必须降下来，水分的蒸发量也要减小。可编程控制器主机利用TO指令来控制数据收集模块（DAmodule）来减少输出电流，因此，可以减少冷却塔风机的速度，减少实际的热量散失，这样就可以逐步地减少实际的温差，直到与设置的温度相近为止。根据冷却塔出水温度T0是否符合出水温度设置（T1=28℃）与冷却塔的进水温度设置（T2=32℃）的共同需求，来确定冷却塔风机的运行模式。见表3-1。表3-1冷却循环水与冷却塔风机的控制表控制条件运行工况冷却泵控制冷却塔风机控制PI流量调节运行台数PI风量调节运行台数冷却循环水温差△t=5℃△t≥5℃增加自动增加自动配合△t＜5℃减少自动减少冷却塔风机：塔出水温度T。塔进水温度塔出水温度设定值：（=28℃）≥35℃自动配合启动运行≤30℃停止运行T。＜；≥32℃增加自动增加不变不变T。＜；≤32℃自动配合减少自动减少T。≥；≥32℃增加自动增加50Hz额定全部T。≥；≤32℃增加自动增加增加一般不变3.4中央空调系统各功能设计电路3.4.1新风机组的监测控制对风扇出风的湿度进行测试，使其达到控制的要求。在清新空气滤清器上测量压力差。当压差达到某一数值，就会发出滤器阻塞警报，并且警报信号会出现在中心控制室。图3-3是新风机组监控原理图3.4.2全空气空调机系统通过对室内温度的可变调整、节能控制方式和室外风率的分析，对室内温度和湿度进行控制和调整。因此，需要在室内设置一至几个温度、湿度传感器，利用各测点的平均温湿度作为参照，对其进行控制和调整。图3-4全空气空调机原理图3.4.3风机盘管系统的监控设计流量计、供水差压变送器、供水及回水温度传感器已经安装到每个小组的分支办公室入口处。这样，通过向电子控制阀发送命令，使其调整至各个开口，从而计算出风机盘管阀门的打开程度，所用的水流经线圈的期望数量。图3-5是为风机盘管的监控原理图3.4.4制冷系统的监控设计冷却系统经由冷却塔、冷却水泵及管道系统将冷却水供应给冷却装置。它的监测与控制是保证冷却塔风机及冷冻水泵安全可靠运行的重要保证。在冷冻箱中，DDC（DirectDigitalController）应该能够对冷冻机的启停进行控制，监视制冷机的工作状态、故障情况、供水与回水的温度及流速等，由高楼的自动控制系统主机对整栋大楼进行整体的冷却负荷进行计算，进而决定需要启动的制冷机个数，达到节约能源的目的。图3-6为中央空调系统的制冷系统监控原理图3.5PLC输入、输出点分配针对本项目的需求，提出了PLC控制系统中各控制点的配置方法。根据PLC接线示意图，有61个输入端子和26个输出端子。见表3-2。表3-2PLC温度测控输入/输出统计表设备名称输入输出备注项目点数项目点数总控制信号手动/自动转换2指示灯2运行/停止按钮2指示灯2冬季/夏季转换2指示灯2冷却塔风机电动阀风机起/停按钮6风机运行/停止62×3热保护故障信号3热保护故障指示灯3电动阀开/关按钮2电动阀开关62×3水位显示信号3水位显示指示灯3显示信号1＃2＃3＃冷却水泵1＃2＃变频器冷却泵起/停按钮6冷却泵运行/停止62×3热保护故障信号3热保护故障指示灯3变频器起/停按钮6变频器电源2变频器故障信号2变频器运行/停止2温度检测信号1＃2＃3＃冷冻水泵冷冻水泵起/停按钮6冷冻水泵运行/停止62×3热保护故障信号3热保护故障指示灯3电源控制按钮4冷冻水泵电源控制43+11＃2＃3＃冷水机组冷水机组起/停按钮6冷水机组运行/停止62×3热保护故障信号3热保护故障指示灯3合计5859第4章中央空调温度测控的软件设计以及仿真4.1软件的运用4.1.1MATLAB简介MATLABToolbox结构开放、界面先进以及技术支持丰富，集众多专家智慧于一身，是目前全球最优秀的数字算法分析软件之一。在进行温度测量与控制仿真时，采用Matlab控制箱光滑连接方式，其十分舒适、简明、易懂，且能对温度测量与控制进行直观仿真。Simulink的控制工具箱是这样的。90年代末，Mathworks提出用来构建系统框图和模拟环境的Simulink。它的文档是mdl、Simulink，它为使用者提供了方便的与模拟系统连接的图形函数，使设计过程得到简化，设计负担得到减轻。整个Simulink模块库包含了差异化模块库。4.1.2Wincc组态软件MCGS系统的总体结构由配置环境和操作环境两部分组建。MCGS全套中文组态软件采用C++语言编译而成，基本上采用配置结构。框架合理、交流灵活、结构层次明确以及适用于客户的个性化开发。用户配置结果为数据库文件，即配置结果数据库。MCGS全套中文组态软件采用C++语言编译作为组态结构的关键。主控窗口主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库运行策略MCGS工控组态软件菜单设计设置工程属性设定存盘结构添加工程设备连接设备变量注册设备驱动创建动画显示设置报警窗口人机交互界面定义数据变量编写控制流程使用功能构件图4-1MCGS用户应用系统结构图4.2单回路PIC控制仿真采用MATLAB模拟软件对整个测温过程进行了建模。在单回路控制下，其框图如下：图4-2（a）温度单回路闭环控制本文所研究的各个环节的参数均参考了文献实际工程数据。所以，对这种二阶系统的研究更具备普遍性。见图4-2：图4-2（b）温度单回路控制仿真图根据PIC控制器的参数设定原理，对PIC的各个参数进行调节，直至获得理想的特性曲线。室内温度设置为20，模拟时间5000s，PIC控制器1s。见图4-3。（注：如无特别说明，本论文的响应曲线模拟图的水平轴皆为时间轴，单位是s；垂直轴皆为温度轴，单位是。）图4-3单回路PIC控制响应曲线4.3上位机对新风系统的监控4.3.1触摸屏画面组态的连接（1）运行界面：包含了工作方式的挑选、机组的选用和对启停的控制，及变频器的报警复位等功能。（2）监视界面：由工艺流程总体动态监视和局部动态监视两部分组成，指示灯显示运行方式及其警报信号、工艺监测点位置及频率等实时数据由虚拟仪表进行展示。（3）故障警报信息：虚拟灯在警报页面会出现闪烁（由警报控制器完成）现象，警报表中会记录（包含历史记录）故障出现的时间、地点、故障类型，方便检索与解决。4.3.2绘制新风系统的组态界面图4-4新风系统的界面参数设置按照新建的新风控制原理图，将其引入到了研发系统中，利用了设置工具栏中的图表，同时在该数据库中找到了新风阀门、压差开关、制冷开关和些许压力传感器，然后在图中