课程设计（论文）基于PLC的中央空调控制系统设计.doc

基于PLC的中央空调控制系统设计班级：智能0801 姓名： 指导老师： 摘要此次空调监控系统设计主要基于北京亚控科技产品组态王6.53和工业控制机PLC。组态王作为上位机人机界面实时显示被监控空调系统的运行情况并通过对下位机PLC的操作实现对被监控空调系统的实时控制，PLC作为下位机，是空调系统的控制器，实现对上位机命令的理解执行并对空调系统的运行状况转换后反馈给组态王。空调系统主要包括风系统和水系统。空调监控系统的主要任务是监控空调系统的新风、进风、排风温度和湿度，通过与设定室内温度和湿度对比，进行适当的控制算法，调节冷热水阀门、风机风门开度等改变冷热水流量、新回风比例，达到使室内温度、湿度与预设值一致的空气质量调节目的并降低能耗。此次空调监控系统设计，只要包括水系统设备组设备启动、停止控制，在组态王上实时显示空调系统新风、进风、回风温湿度。关键词 组态王，PLC，空调系统目录1.绪论22.系统设计原理22.1.空调系统原理22.1.1空气调节系统监控原理22.1.2制冷系统监控原理32.1.3供热系统原理42.2 PLC工作原理42.2.1系统I/O点数确定42.2.2PLC程序52.3组态王工作原理102.3.1组态王与PLC连接112.3.2变量定义122.3.3构建组态画面142.3.4用户权限设置153.设计成果153.1冷水机组启停163.1.1启动时163.1.2停止时163.2风系统启停163.2.1启动时163.2.2停止时163.3组态画面监控显示164总结185参考文献191.绪论随着生活水平的提高，人们对物质生活的要求也逐渐提高，空调系统在建筑家具中的应用也越来越广泛。本着节能降耗的要求，对空调监控系统的需求也越来越大。北京亚控科技产品组态王软件和PLC（Programmable Logic Controller）作为工业控制领域的优秀控制软件和控制器，在非工业领域如空调监控系统等中也起着重要作用。本次空调监控系统就是采用组态王作为上位机监控软件和人机交互界面，PLC作为下位机和空调系统控制器，实现对空调系统的实时监控。2.系统设计原理空调监控系统主要利用PLC的控制功能，通过执行装载在PLC内部的预先设定的控制程序并执行上位机实时的命令语句，调节空调系统中的阀门开度、控制水泵启停、监控并采集空调系统中温度传感器、湿度传感器、压力传感器、水流开关等现场仪器仪表的数据，转换为组态王可用的数据格式传送给组态王软件。组态王接收PLC采集的现场数据并实时的在组态画面中动态实时显示，此外，组态王可接收组态画面中的有操作人员输入的命令并下传给下位机PLC，实现对空调系统的调节控制。2.1.空调系统原理空调系统主要就是调节室内空气的冷、热、干、湿，并起净化空气的作用，使人们工作、生活在比较舒适的环境中。空调系统主要由三部分组成：空气调节系统、制冷系统、供热系统。2.1.1空气调节系统监控原理A. 新风机组监控原理新风机组主要靠包括进口挡板、加热器、表冷器、过滤器、加湿器、送风机及各种传感器和执行机构等。使得在夏季通过表冷器湿新风降温、除湿，冬季通过加热器、加湿器使空气加热、加湿。新风机组监控的主要内容如下：（1） 监控送风温度。由送风通道的温度传感器实测送风温度，信号送入控制器，与送风温度设定值进行比较，采取控制算法生成控制指令调节冷、热水供水阀门开度，用以调节热水（或冷水）流量，是送风温度控制在设定值范围内，保持室内温度恒定。（2） 送风湿度控制。由送风通道的湿度传感器检测湿度信息送入处理器经运算后控制冷水阀或蒸汽阀开度，使被调环境的湿度保持恒定。（3） 过滤器堵塞监控与报警。有过滤网两侧的空气压差开关监视过滤网的清洁度，当两端压差超过设定值，说明过滤网堵塞，需及时清理或更换，系统报警。（4） 机组起停控制。按预设程序定时启动、停止风机，使风机工作效率高，能耗最小。（5） 连锁保护控制。送风机启动后，新风机电动风门打开；送风机停止后，新风电动封门关闭等。B.空调机组全新风/排风监控系统原理为了节约能源，净化室内空气并与消防系统联合排烟，空调机组全新风/排风系统增加了回风系统和排风系统，其监控功能如下：(1) 回风温度、湿度监控。回风通道温度传感器和湿度传感器检测回风温湿度送入控制器执行相应算法后生成控制指令调节冷热水流量，是室内温度保持恒定。(2) 监控新风/回风比例。监控新风温度和湿度及回风温度和湿度，按预先设定新风/回风比控制新风、回风风门开度。其余部分原理与新风机组相同。2.1.2制冷系统监控原理制冷机组由冷凝器、压缩机、膨胀阀、蒸发器等装置组成。压缩机将制冷剂压缩后送入冷凝器中，冷凝剂被冷却水冷却后变成液体，而释放的热量被冷却水带走，在冷却塔中由冷却风机将热量散发出去。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器，在蒸发器中蒸发，是冷冻水降温，供制冷源送空调使用。冷却塔冷水机组压缩机冷凝器压缩机蒸发器冷水回水冷水供水图一 压缩式制冷原理图制冷系统监控的主要内容有：（1） 制冷机组的检测与控制（2） 冷却水系统的检测与控制（3） 冷冻水系统的检测与控制（4） 冷水机组的连锁控制。制冷设备启停是按预先设置的程序实现的。即首先冷却水、冷冻水系统先工作，冷水机组才启动。启动顺序：冷却塔风机、电动阀冷却水电动阀冷却水泵冷冻水电动阀冷冻水泵冷水机组。停止顺序：冷水机组冷冻水泵冷冻水电动阀冷却水泵冷却电动阀冷却塔风机、电动阀。2.1.3供热系统原理供热系统主要包括热水锅炉房、换热站及供热网。供热锅炉房的监控对象可分为燃烧系统和水系统两部分。由中央监控站根据实际供热状况控制锅炉及循环泵的开启台数。2.2 PLC工作原理此次空调监控系统采用西门子s7-200PLC。2.2.1系统I/O点数确定此次空调监控系统只涉及风系统和水系统，故I/O点只考虑风系统和水系统的制冷系统，不考虑供热系统。具体数据如下表。表一 风系统I/O点数统计表名称I/O类型数量 （个）温度传感器AI4湿度传感器AI4风机启停控制位DO6风机状态反馈位DI6阀门AO3开关DI2风门开度AO3表二 制冷系统I/O点数统计表名称I/O类型数量（个）水泵启停控制DO6水泵状态反馈DI6水流开关DI6阀门DO22温度传感器AI4液位传感器DI1阀门状态反馈DI222.2.2PLC程序A.冷水机组启停控制表三 变量说明表变量功能I1.0报警变量。1代表系统报警、0代表正常I1.1手动、自动选择开关，为1时为自动，0代表手动I0.0自动模式下启停开关。1代表启动、0代表停止I0.110.7手动启动开关Q0.1Q0.7冷水机组输出B.风系统启停表四 变量说明变量功能I1.0报警变量。1代表系统报警、0代表正常I1.1手动、自动选择开关，为1时为自动，0代表手动I0.0自动模式下启停开关。1代表启动、0代表停止I2.1、I2.2风门、风机手动启动、停止开关Q2.1、Q2.2风门、风机输出2.3组态王工作原理组态王与现场的I/O设备直接进行通讯。如图3所示 图二 组态王与设备通信I/0设备的输入提供现场的信息,例如产品的位置、机器的转速、炉温等等。I/O设备的输出通常用于对现场的控制,例如启动电动机、改变转速、控制阀门和指示灯等等。有些I/O设备(例如PLC),其本身的程序完成对现场的控制,程序根据输入决定各输出的值。输入输出的数值存放在I/O设备的寄存器中,寄存器通过其地址进行引用。大多数I/O设备提供与其他设备或计算机进行通一讯的通讯端口或数据通道,组态王通过这些通讯通道读写I/0设备的寄存器,采集到的数据可用于进一步的监控。不需要读写I/O设备的寄存器,组态王提供了一种数据定义方法,定义了I/O变量后,可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示。2.3.1组态王与PLC连接将PLC端口与PC机端口通过PPI通信线缆连接，在组态王设备定义里定义设备为PLC西门子S7-200系列PPI。如下图：图三 组态王I/O设备定义2.3.2变量定义分别定义设定温度为内存字符串，I/O变量为I/O离散、I/O整形、I/O字符串，如下图：图四 组态王变量定义2.3.3构建组态画面本次设计的空调监控系统主要包括对风系统和水系统中制冷系统的监控，故虚构建的组态画面由空调监控主画面、空调监控系统水系统和报警窗口组成。各组态画面效果图如下：图五 空调监控系统主画面图六 空调监控系统水系统图七 报警窗口2.3.4用户权限设置在开发系统里可以对工程进行加密，打开工程时只有输入密码正确时才能进入该工程的开发系统。对画面上的图形对象设置访问权限，同时给操作者分配访问优先级和安全区，运行时当操作者的优先级小于对象的访问优先级或不在对象的访问安全区内时，该对象为不可访问。为保护系统安全，本系统设置了工程密码和系统管理员用户、登录密码，对重要参数设置了优先级和安全区，保障系统运行安全。3.设计成果此次设计以空调为监控对象，实现了冷水机组自动模式、手动模式下的顺序启动和停止，在系统报警后能自动按顺序停止运行的各设备。组态画面能实现预期的设计目的并提供了友好的人机画面。3.1冷水机组启停3.1.1启动时自动模式：拨动启动开关至开启位置，冷却塔风机启动后，延时1s启动电动阀，再延时1s启动冷却水电动阀直至启动冷水机组。手动模式：按启动顺序逐个启动设备。3.1.2停止时自动模式：拨动启动开关至关闭位置，冷水机组停止后，延时1s停止冷冻水泵，再延时1s停止冷冻水电动阀直至停止冷却塔风机。手动模式：按停止顺序逐个停止设备。3.2风系统启停3.2.1启动时自动模式：拨动启动开关至开启位置，在冷水机组冷却塔启动的同时，各通道风门阀开启，延时1s后，与冷水机组的冷却塔电动阀一起启动各通道风机。手动模式：手动启动各通道风门阀后在启动各通道风机。3.2.2停止时自动模式：拨动启动开关至关闭位置，在冷水机组冷水机组停止的同时，各通道风机停止，延时1s后，与冷水机组的冷冻水泵一起停止各通道风门。3.3组态画面监控显示由于没有温度传感器、湿度传感器，故各温度、湿度显示为“？”，如下图：图八 组态王组态画面运行情况4总结此次设计基本达到了设计目的，通过对组态王和PLC两大工业软硬件的使用实现了空调监控系统的监控目的和基本监控功能。对组态王和PLC及PLC编程软件STEP7-MicroWIN32有了较深的理解，熟悉了其基本功能和用法。对PLC和上位机的连接也有了一定的认识，了解了通讯协议PPI的一些基本知识。5参考文献1 王可崇等主编.建筑设备自动化系统.北京.人民交通出版社.20112 何波主编.电气控制与PLC应用.北京.中国电力出版社.3 潘新民，王燕芳主编.微型计算机控制技术.北京.人民交通出版社4 马小军主编.建筑电气控制技术.北京.机械工业出版社5 建筑电气师设计手册编委会主编.建筑电气师设计手册.北京.中国电力出版社6 王欢、李文等.基于组态王的中央空调系统设计.上海大学