plc控制中央空调水泵毕业设计论文(编辑修改稿)

plc控制中央空调水泵毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

和冷却泵的起 /停信号等。 输入信号经程序运算，发出相应的动作信号，经微型继电器及相应的常闭、常开触头分别控制变频器及中央空调系统的运行 ， 以及声、光报警器件的动作。 PLC 软件程序设计采用梯形图语言编程 ， 直观易懂。 该系统主要由变频器、可编程控制器、主接触器、 水泵机组及温度检测装置组成闭环自动控制系统。 水泵 机 组 都可运转在工频 以 下和变频 以 下两种状态。 这由系统根据实际需要进行切换控制。 可编程控制器用 I/O扩展接口分别接 入 A/D和 D/A模块 ， A/D模块通过 PLC将温度模拟量转换为数字量 ， D/A模块将 PLC输出的开关量转换为模拟量 ， 以控制变频器的升速过程及降速过程。 温度检测装置将状态送 A/D,A/D有多个数字量 （ 0x 、 1x 、 2x 、 3x … ） 输人 PLC,进行控制 热负荷从小至大之间的变化 ， 首先对 PLC进行设定 上限 1x 、下限 0x。 刚开始工作热交换量为零。 0x 、 1x 处于关断状态。 PLC控制下 ， 3KM 接通， 1号泵接 入毕业设计（论文） 5 变频器电源 ， 同时启动升速程序 ， 按 D/A模块输出电压的设定曲线升速 ,从而使 1号泵进行软启动。 1号泵转速逐渐增大 ， 热交换量也逐渐增加。 若达到设定的下限 0x时 ， 则 1号泵 在 该频率下稳定运行 ； 若频率增至 50Hz时还未达到下限 0x ， 则 PLC发出指令 3KM 释放 ， 2KM 闭合 ， 1号泵由工频电网直接供电 ， 全速运转 ， 同时 D/A输出为 0。 PLC指令 5KM 闭合 ， 2号泵接 入 变频调速状态 ， 并 由 PLC控制按设定曲线升速。 若升到 50Hz频率下还未达到设定下限 0x ， 则 2号泵切换为工频 ， 3号泵为变频调速 , 继续下去 , 直到热交换量达到下限 0x ， 电机稳定运行于此 状态下。 如果热交换量超过上限 1x ， 设定下调时 ， 接 入 变频器的第 n个水泵 ， 其输出频率降低 ， 若降至 0Hz时 ， 还未达到上限 1x ， 则第 n个水泵停 ， 同时 D/A置 5V， 第 n1个水泵切换变频状态 ， 并按设定曲线降低直至达其设定上限 1x ， 水泵稳定运行于此状态下。 需注意 ， 在水泵进行工频和变频电网的切换过程尽可能快 ， 各接触器间互锁和动作时间要设置好。 该控制系统 , 在任何状态下 , 只需一台水泵电机处于 调速状态 , 其它电机可根据需要处于工频状态或停机状态 , 就可实现热交换从零至最大的控制过程。 冷却水、冷冻水系统可分别用一台 PLC控制器和一台变频调速器来控制。 中央空调的结构原理 所谓“中央空调”是由一台主机通过风道过风或冷热水管或管线连接多个末端的方式来控制不同的房间以达到室内空气调节目的的空调。 一般酒店，大型商场用的是风管试的中央空调，它的原理是主机通过通往各个空间区域的通风管道将处理后的冷热空气输送到位。 它的优点是成本低、操控简便、噪音低，最主要的缺点是：各个区域（房间）控温不准确。 中央空调的 工作原理与家用一样，都是利用冷媒（运输热量的媒质叫冷媒）的物理原理把室内的热量带到室外去达到制冷的效果。 中央空调工作原理 如图 所示。 毕业设计（论文） 6 冷却塔空 调 主 机风 机 盘 管风 机 盘 管冷 却 泵 冷 冻 泵冷 却 水回 水冷 冻 水出 水冷 却 水冷 冻 水冷 却 水 进 水冷 冻 水 回 水房 间 图 中央空调工作原理 中央空调 系统主要 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。 (1) 冷冻主机也叫致冷装置 ，是中央空调的致冷源，通往各个房间的循环水由冷冻主机进行内部热交换，降温为冷冻水。 (2) 冷却水循环系统 由 冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。 冷冻主机在进行热交换、使水温冷却的 同时，必将释放大量的热量。 该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。 冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降温了的冷却水，送回到冷冻机组。 如此不断循环，带走了冷冻主机释放的热量。 (3) 冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻水管道组成。 从冷冻主机流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，通过各房间的盘管，带走房间内的热量，使房间内的温度下降。 同时，房间内的热量被冷冻水吸收，使冷冻水的温度升高。 温度升高了的循环水经冷冻主机后又成为冷冻水。 毕业设计（论文） 7 (4) 风机盘管 系统。 安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水 盘管冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换。 (5) 风机。 用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。 (6) 冷却塔。 冷冻主机在致冷过程中，必然会释放热量，使机组发热。 冷却水塔用于为冷冻主机提供 “冷却水 ”。 冷却水在盘旋流过冷冻主机后，将带走冷冻主机所产生的热量，使冷冻主机降温。 工作原理 ： 冷冻主机是中央空调的致冷源 ， 从冷冻主机流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道 ， 通过各房间的盘管 ， 带走房间内的热量 ， 使房间内的温度下降。 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 ， 将带走冷冻主机 所产生的热量 ， 使冷冻主机降温。 空调系统中的控制对象多属于热工对象 ， 从控制的角度分析具有以下特点 ： a)多干扰性。 例如 ： 通过窗户进入的太阳辐射热是时间的函数 ， 也受 气象 条件的影响 ； 室外空气温度通过围护结构对室温产生的影响 ； 为了换气所采用的新风 ， 其温度变化对室温有直接的影响 ； 室内人员的变动 ， 照明 、 机电设备的启停 ， 均会干扰变动时控制的难度以及能源浪费的问题。 b)多工况性空调系统中对空气的处理过程具有很强的季节性 ， 一年中 ， 至少要分为冬季 ， 过渡季和夏季。 另外在同一天中 ， 夜晚和白天的空气工况也不完全相同 ， 因此 ， 空调对空气 的处理过程也具有多变性。 多工况性的特点就决定了空调的运行不能设定在某一不变的参数下 ， 而这就要求空调的控制系统必须要灵活的动作来适应变化的工况。 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%余量作为设计系数。 根据计算中央空调系统中，冷冻水、冷却水循环用电约占夏季酒店总用电的 25%—30%，冷却塔的用电占 8%—10%。 因此，实施对冷冻水和冷却水循环系统以及冷却塔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。 根据异步电动机原理 )1(/60 spfn  （ ） 式中： n为 转速 ； f为 频率 ； p为 电机磁极对数 ； s为 转差率。 毕业设计（论文） 8 由上式可见，调节转速有 3种方法，改变频率、改变电机磁极对数、改变转差率。 在以上调速方法中，变频调速性能最好，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。 因此改变频率而改变转速的方法最方便有效。 以前的冷却塔是人为的根据冷却水温度选择冷却塔开启的台数，非常容易造成能源的浪费现象，现在根据冷却水的温度，由温度传感器传送信号 至 PLC，由 PLC经计算后对冷却 水泵 依次开启，以达到节能效果。 空调变频控制系统的构架 空调变频控制系统，依据水泵变频曲线和系统曲线计算出最佳运行模式后，使 n 台水泵在最佳频率下运行。 随着用户量的不断变化 ,实际差压值会经常偏离设定值。 为了彻底消除该水泵系统的剩余扬程，空调变频系统将作进一步的 PID 调节。 控制原理方框图 如图 所示。 P I D变 送 器水 泵 转 速△ P△ U△ P 0e 图 系统的控制原理图 系统将差压变送器的实时反馈值与目标设定值比较 ,其差值被送入 PLC 的内部 PID调节器， 经过运算 ,输出频率信号对水泵进行调速，以达到消除差压动态偏差的目的。 其算法为： ])( )()(1)([)(   to Dip td tdeTdtteTteKtu （ ） 式 中 )(tu —— 调节器的输出 ； pK —— 比例时间常数 ； )(te —— 差压设定值 ( 0P )与差压实测值 ( P )之差 ； Ti—— 差压积分时间常数 ； DT —— 差压微分时间常数。 以上所有算法 ， 将在西门子的 PLCS7200 上实现。 毕业设计（论文） 9 总体设计方案的确定 对中央空调 冷却水和冷冻水回水 温度进行检测，然后将检测温度信号经变送器和A/D 转换模块反馈给 PLC 进行处理，再由 PLC 输出通过变频器控制冷却泵和冷冻泵转速，从而对温度进行控制。 目前，对冷却水系统和冷冻水系统分别进行调速的方案最为常见，节电效果也较为显著。 该方案在保证冷却塔有一定的冷却水流出的情况下，通过控制变频器的输出频率来调节冷却水流量。 当中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量；当中央空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量。 冷冻水系统也是如此。 在冷冻水和冷却水的回水管道上安装温度传感器，只检测回水温度，然后经过 PLC 的处理对变频器实行控制。 这样可确保中央空调机组正常工作的前提下达到节能增效的目的。 温度传感器可采用PT100 热电阻； A/D 转换模块； PLC； D/A 转换模块都选用西门子公司的产品，变频器采用三菱公司的变频器。 系统的结构图 如 图 所示。 设 定 显 示P L CD / A 转 换 器A / D 转 换 器 变 频 器温 度 检 测主 泵 机 组主 接 触 器 图 系统结构图 毕业设计（论文） 10 本文主要工作 中央空调系统通常分为冷冻水和冷却水两个系统。 现在水泵系统节能改造的方案大都采用变频器来实现。 1)冷冻水泵系统的闭环控制 该方案在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率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来控制变频器的频率增减，控制方式是 ： 冷冻回水温度大于设定温度时频率无极上调。 2)冷却水系统的闭环控制 该 方案在保证冷却塔有一定的冷却 水流出的情况下，通过控制变频器的输出频率来调节冷却水流量。 当中中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量；当中中央空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量，在保证中中央空调机组正常工作的前提下 ， 达到节能增效的目的。 控制原理说明如下： PLC 控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的频率，以控制电机转速，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，加快冷冻水的循环速度和流量 ，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。 由于冷冻机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温，再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的。 冷却水进水出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走的热量大，应提高冷却泵的转速，加大冷却水的循环量 ； 温差小，则说明，冷冻机负荷小，需带走的热量小，可降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。 通过温度传感器 PT100 将温度信号经过变送器和 A/D 转换模块传送到 PLC 中进行处理，然后由 PLC 将控制信号送至变频器中，变频器根据控制信号 做 出相应的频率调整，实现对水泵电机转速的控制。 主要工作有：温度检测部分设计；选择变频器；设计主电路；选择 PLC 器件并选择扩展模块； I/O 口 的 分配及输入输出接口电路的设计；显示及报警等接口设计；编制设计 PLC 程序。 毕业设计（论文） 11 2 具体电路设计 温度检测部分设计 温度是表征物体或系统的冷热程度的物理量。 根据分子物理学理论，温度反应了物体中分子无规则运动的剧烈程度。 物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，许多生产过程，特别是化学反应过程，都是在一定的温 度范围内进行的。 温度是最常见的工业测控参数，人们经常会遇到温度和温度检测与控制的问题。 检测元件选取 温度检测的主要方法根据敏感元件和被测介质接触与否，可以分成接触式与非接触式两大类。 接触式检测方法主要包括基于物体受热体积膨胀性质的膨胀式温度检测仪表；基于导体或半导体电阻值所温度变化的热电阻温度检测仪表；基于热电效应的热电偶温度检测仪表。 非接触式检测方法是利用物体的热辐射特性与温度之间的对应关系，对物体的温度进行检测，主要有亮度法、全辐射法和比色法等。 热敏电阻是用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的测温敏感 元件。 热敏电阻有正温度系数（ PTC）、负温度系数（ NTC） 和临界温度系数 （ CTR） 三种。 温度特性曲线 如图 所示。 图 各种热敏电阻特性 正温度。