PLC在中央空调主机上的应用毕业设计.doc

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1、 前言.摘要.第1章 中央空调主机结构组成简介.11.1制冷原理11.1.1般制冷原理11.1.2蒸汽压缩式制冷原理11.1.3制冷系统的基本原理11.2制冷系统主要部件构成21.3 常用制冷剂及其性质31.3.1氟里昂12(CF2Cl2)代号R1231.3.2氟里昂22(CHF2Cl)代号R2231.4全封闭螺杆式压缩机3第2章 基于PLC的中央空调控制系统42.1 PLC结构及功能介绍42.1.1PLC的硬件基本结构52.1.2、在中央空调系统上PLC的功能52.1.3、连锁与保护功能52.1.4、控制功能52.1.5、控制系统图5第3章 PLC对温度的控制及梯形图.93.1控制要求93.

2、2 中央空调温度控制硬件设计93.3 中央空调温度控制系统方框图103.4 中央空调温度控制系统的主电路103.5 中央空调温度控制系统的I/O分配表113.6 中央空调温度控制系统的硬件连线图113.7 中央空调温度控制系统的梯形图123.8 应用指令说明143.9、调试过程14结束语16参考文献：16 摘 要编程控制器由于其在工业控制方面的应用意义日趋明显，它具有编译简单、功能强大、使用可靠、维修简单等许多优点，并且在很多地方已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。与此同时,制冷式中央空调也正被广泛地应用,在将其两两结合的情况下实现中央空调温度的智能化控制,不仅促进了科技的发展,也提高了人民生活

3、水平。介绍了主机的结构和PLC控制器的结构 、在中央空调系统上具有的功能以及采用PLC控制设计的中央空调系统 。该控制系统保证了中央空调运行稳定 、可靠 ，便于维护介绍了PLC控制器的结构 、在中央空调系统上具有的功能以及采用PLC控制设计的中央空调系统 。该控制系统保证了中央空调运行稳定、可靠 ，便于维护。关键字：PLC,控制系统，中央空调前言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 ，中央空调制冷系统的控制有3种控制方式：早期的继电器控制系统、直接数字式控制器以及PLC(可编程序控制器)控制系统。继电器控制系统由于故障率高，系统复杂，功耗高等明显的缺点已逐渐被人们所淘汰，直接数字

4、式控制器虽然在智能化方面有了很大的发展。但由于直接数字式控制器其本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。相反，PLC控制系统以其运行可靠、使用与维护均很方便，抗干扰能力强，适合新型高速网络结构这些显著的优点使其逐步得到广泛的应用。本文介绍的中央空调控制系统主控制器采用 PLC控制，由于PLC编程简单，扩展能力强，并且程序容易修改，所以越来越多地被应用在中央空调系统中，取代原来 的DDC控制器 ，并且可通过PLC的通讯接 口接入上位监控系统 ，便于在主控室查看各节点运行状态 ，并且很容易进行 电能消耗 、运行时间统计以及故障监视及分析 。 第1章 中央空调主机结构组成简介

5、1.1制冷原理1.1.1般制冷原理 一般制冷机的制冷原理压缩机的作用是把压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，使蒸汽的体积减小，压力升高。 压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，再送入蒸发器的入口，从而完成制冷循环。 1.1.2蒸汽压缩式制冷原理 单级蒸汽压缩制冷系统，是由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀四个基本部件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换。1.1.3制冷

6、系统的基本原理 液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。 在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件，这当中蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化

7、的热量一起传递给冷却介质带走。节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。实际制冷系统中，除上述四大件之外，常常有一些辅助设备，如电磁阀、分配器、干燥器、集热器、易熔塞、压力控制器等部件组成，它们是为了提高运行的经济性，可靠性和安全性而设置的。 1.2制冷系统主要部件构成 空调机根据冷凝形式可分为：水冷式和空冷式两种，根据使用目的可分为单冷式和制冷制暖式两种，不论是哪一种型式的构成，都是由以下的主要部件组合而成的。 制冷系统主要部件有压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀(或毛细管、过冷却控制阀)、四通阀、复式阀、单向阀、电磁阀、压力开

8、关、熔塞、输出压力调节阀、压力控制器、贮液罐、热交换器、集热器、过滤器、干燥器、自动开闭器、截止阀、注液塞以及其它部件组成。 电气系统主要部件有电机(压缩机、风机等用)、操作开关、电磁接触器、连锁继电器、过电流继电器、热动过电流继电器、温度调节器、湿度调节器、温度开关(除霜、防止结冻等用)。压缩机曲轴箱加热器，断水继电器，电脑板及其它部件组成。 控制系统由多个控制器件组成，它们是：制冷剂控制器：膨胀阀、毛细管等。 制冷剂回路控制器：四通阀、单向阀、复式阀、电磁阀。 制冷剂压力控制器：压力开闭器、输出压力调节阀、压力控制器。 电机保护器：过电流继电器、热动过电流继电器、温度继电器。 温度调节器：

9、 温度位式调节器、温度比例调节器。 湿度调节器：湿度位式调节器。 除霜控制器：除霜温度开关、除霜时间继电器、各种温度开关。 冷却水控制：断水继电器、水量调节阀、水泵等。 报警控制：超温报警、超湿报警、欠压报警及火警报警、烟雾报警等。 其它控制：室内风机调速控制器、室外风机调速控制器等。 1.3 常用制冷剂及其性质 制冷剂的种类较多，现就氟里昂12和22作简要介绍： 1.3.1氟里昂12(CF2Cl2)代号R12 氟里昂12是一种无色、无臭、透明、几乎无毒性的制冷剂，但空气中含量超过80%时会引起人的窒息。 氟里昂12不会燃烧也不会爆炸，当与明火接触或温度达到400以上时，能分解出对人体有害的氟

10、化氢、氯化氢和光气(CoCl2)。 R12是应用较广泛的中温制冷剂，适用于中小型制冷系统，如电冰箱、冰柜等。 R12能溶解多种有机物，所以不能使用一般的橡皮垫片(圈)，通常使用氯丁二烯人造橡胶或丁睛橡胶片或密封圈。 1.3.2氟里昂22(CHF2Cl)代号R22 R22不燃烧也不爆炸，其毒性比R12稍大，水的溶解度虽比R12大，但仍可能使制冷系统发生“冰塞”现象。 R22能部分地与润滑油互相溶解，其溶解度随着润滑油的种类及温度而改变，故采用R22的制冷系统必须有回油措施。R22在标准大气压力下的对应蒸发温度为-40.8，常温下冷凝压力不超过15.68105 Pa，单位容积制冷量与比R12大60

11、以上。在空调设备中，大都选用R22制冷剂。1.4全封闭螺杆式压缩机由于制造和安装技术要求高，全封闭螺杆式压缩机是近年才得到开发的。图3-30 是美国顿汉布什（DunhamBush）公司用于储水、冷冻冷藏和空调的全封闭式螺杆制冷压缩机。1排气孔口 2内置电动机 3吸气截止阀 4吸气口 5吸气止回阀6吸气过滤网 7过滤器 8输气量调节油活塞 9调节滑阀10阴阳转子 11主轴承 12油分离器 13挡油板图3-31 是比泽尔公司VSK型系列的全封闭螺杆式压缩机结构。电动机配用功率1020kW，它的结构特点是卧式布置，输气量调节不设滑阀，采用电动机变频调节。 第2章 基于PLC的中央空调控制系统2.1

12、PLC结构及功能介绍 2.1.1PLC的硬件基本结构 PLC主要是模块式的，包含CPU模块，I/O模块等，PLC一端接传感器，另一端接执行器，从传感器得到的数据经PLC读和运算等处理下达给执行器，执行器动作。执行器相当于继电器的作用，其好处是可靠性高，自动化程度高，可进行网络化等。2.1.2、在中央空调系统上PLC的功能 数据显示功能。显示机组的运行参数，包括冷水出口温度、冷水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、蒸汽压力、蒸汽阀门开度，以及溶液泵、冷济泵等所有屏蔽泵的运行状态和各种报警的详细信息。2.1.3、连锁与保护功能各机组相关设备的启停具有一定的连锁关系和时间顺序，该功能由PLC的

13、连锁程序完成。2.1.4、控制功能根据设定的参数，并考虑经验运行数据，PLC应用反馈数据进行PID调节，以保证运行参数满足系统要求。2.1.5、控制系统图2.2水系统控制 2.2.1、冷冻水系统控制 冷冻水系统是 中央空调控制中最为关键的一环 ，我们使用中央空调 的原因就是为了调节室 内空气温度 ，所以一定要保证冷冻水系统供应合适的冷 (热)量 。根据空调专业人士多年的研究,冷冻水出水温度保持在 7，冷冻水回水温度保持在 12时，处于最节能状态 ，所以首先我们通过触摸屏将出水温度和回水温度设置好,并且设置好回水和出水温差为5，PLC主机通过 FROM指令实时读取模拟量输入模块的温度，并将实际回

14、水温度减去实际出水温度 ，并与实际温差做 比较进行 PID控制。 1)冷冻水系统逻辑控制。首先选择 自动模式控制，并设定好温差 ，启动冷冻水 自动控制，PLC主机首先控制冷冻水出水和回水阀门，延时 5S启动冷冻水循环泵 ，两台冷冻水泵 由变频器控制并联运行(主电路分开，变频器频率信号一样)，变频器频率 由模拟量 DA模块输出电流信号控制 。在 PLC程序中设定最小输出频率 ，最小输 出频率由空调房间末端压力传感器控制 ，使用此压力传感器的 目的是为了保证最高层末端的房间有足够的冷冻水供给，以使末端空调房间和其它空调房间一样，能够合适地控制舒适的温度。为了提供人性化的控制方案 ，可以通过触摸屏选

15、择 自动启动冷冻循环泵，比如某办公楼周 一 到周五有人上班，可 以设置空调系统在办公人员上班 以前半小时启动，当办公人员来上班时 ，房间内的温度 已经 自动调节到了设定 的舒适温度 ，为办公人员提供舒适 的工作环境 ，确保他们高效率的工作 ;还可以设置 自动关闭空调系统 ，在办公人员下班 以后 自动关闭空调系统；这样人性化的控制方式会让人心情愉悦；周六周 日不上班，那么可以设置周六周 日不启动空调系统 ，所有 的事情都交给 了PLC主机，不需要办公人员花很多时问来管理。PLC会 自动检测温度传感器和压力传感器状态，当传感器异常时会发出报警 ；当有变频器发生故障时，PLC主机检测到变频器的故障信

16、号，会发出报警信号，提醒维修保 养人员去排除故障。 2)冷冻水系统PID控制 。当设定温差大于实际温差时，表明实际供冷量不足以满足空调房间需要 ，需要增加冷量 ，PLC通过 TO指令控制 DA模块输出电流增加 ，从而提高冷冻泵转速 以使实 际供冷量增加，则实际温差会逐渐减小直至接近设定温差；当设定温差小于实际温差时，表明实际供冷量有富余超过了空调房间的需要 ，需要减小冷量 ，PLC通过 TO指令控制 DA模块输出电流减小，从而降低冷冻泵转2.2.2冷却水系统控制 冷却水系统也是 中央空调控制 中比较关键的一环 ，要保证制冷主机正常工作 ，则必须要保证冷却循 环水系统正常工作 ，否则制冷主机会因

17、为在制冷过程 中产生的废热无法散去，而导致热保护动作执行,从而制冷主机会停机。根据空调专业人士多年的研究 ，冷却水 出水温度保持在 37，冷冻水回水温度保持在 32时，处于最节能状态，所以首先我们通过触摸屏将出水温度和回水温度设置好 ，并且设置好回水和出水温差为5，PLC主机通过 FROM指令 实时读取模拟量输入模块 AD2CH0，AD2CH1的温度,并将实际回水温度减去实际出水温度 ，并与实际温差做比较进行 PID控制。 1)冷却水系统逻辑控制 。首先选择 自动模式控制，并设定好温差，启动冷却水 自动控制，PLC主机首先控制冷却水出水和回水阀门打开 ，延时5s启动冷却水循环泵 ，两台15kW

18、 冷却水泵 由变频器控制并联运行 (主电路分开，变频器频率信号一样)，变频器频率由模拟量 DA模块输出电流信号控制。和冷冻水系统控制一样 ，冷却水系统会根据设定 自动启动 的时间，跟随制冷主机和冷冻水系统启动而启动.PLC会 自动检测温度冷却水出水和回水传感器的状态 ，当传感器异常时会发出报警 ；当有变频器发生故障时，PLC主机检测到变频器的故障信号，会发出报警信号，提醒维修保养人员去排除故障。 2)冷却水系统 PID控制 。当冷却水系统设定温差大于实际温差时，表明实际散热量不足 ，无法即时散出制冷主机所产生的废热 ，需要增加冷却水泵循环速度以达到加快散发制冷主机所产生的废热 ，PLC通过 T

19、O指令控制 DA模块输出电流增加，从而提高冷却泵转速 以使水循环能力增加 ，则实际温差会逐渐减小直至接近设定温差 ；当设定温差小于实际温差时，表明实际冷却水循环有富余 ，超过需要散发制冷主机所产废热的需要，需要减小冷却循环水流量。PLC通过 TO指令控制 DA模块输 出电流减小，从而降低冷却泵转速 以使实际散热量减小，则实际温差会逐渐减小直至接近设定温差。2.2.3冷却塔系统控制 冷冻水系统是将冷却水泵抽出来的水，通过室外空气冷却 ，为了达到水温快速冷却的 目的，使用了冷却塔系统。冷却塔的工作原理是利用室外空气比冷却泵抽 出冷却水温度低 ，通过空气流动并通过热传递迅速将水中的热量交换到大气中，

20、同时通过冷却塔风机加速水蒸发，因为蒸发要吸热，通过蒸发吸热来达到降低冷却水温的目的。同样地 ，冷却水出水温度保持在 37，冷冻水 回水温度保持在 32时，处于最节能状态，所以首先我们通过触摸屏将出水温度和回水温度设置好 ，并且设置好 回水和出水温差为5，PLC主机通过 FROM指令实时读取模拟量输入模块 AD2CH2，AD2CH3的温度，并将实际回水温度减去实际出水温度 ，并与实际温差做 比较进行 PID控制 ，根据温差变化实时改变冷却塔风机的频率。 1)冷却塔系统逻辑控制。首先选择 自动模式控制 ，并设定好温差 ，启动冷却水 自动控制 ，两台 15kW 冷却水泵由变频器控制并联运行 (主电路

21、分开，变频器频率信号一样)，变频器频率由模拟量 DA模块输 出电流信号控制。和冷冻水系统控制一样，冷却水系统会根据设定 自动启动的时间，跟随制冷主机和冷冻水系统启动而启动。PLC会 自动检测温度冷却水出水和回水传感器的状态，当传感器异常时会发出报警 ；当有变频器发生故障时，PLC主机检测到变频器的故障信号，会发出报警信号，提醒维修保养人员去排除故障。 2)冷却塔系统 PID控制。当冷却水系统设定温差大于实际温差时，表明实际散热量不足，无法即时散出制冷主机所产生的废热 ，需要增加冷却塔风机循环速度 以达到加快散发制冷主机所产生的废热，PLC通过 TO指令控制 DA模块输出电流增加 ，从而提高冷却

22、塔风机转速以使风速增加 ，空气流通量同时变大，水蒸发能力增加 ，则实际温差会逐渐减小直至接近设定温差 ；当设定温差小于实际温差时，表明业流程 ，结合本 电网实际对调度工作的每一环节、每一工作步骤进行危险点确认 、控制，从而达到全过程预控。发挥安全网络作用 ，建立安全管理监督常态机制 ，认真开展安全运行分析 ，对于出现的异常和未遂认真按照 “四不放过”的原则进行处理，使调度安全工作全方位的处于多层次的安全网络的管理和监督之下 。第3章 PLC对温度的控制及梯形图3.1控制要求该制冷系统使用两台电机型空气压缩机组，当用户按下启动按钮后系统已默认的最低温度16开始运行，用户可以通过温度增减按钮设定所

23、需温度（最高设定温度为28）。此时温度传感器开始检测室内温度并将检测到的温度通过FX2N-4AD-PT特殊功能模块转换成数字量送入PLC中，当检测到的温度在低于设定温度时不起动机组，在温度高于设定温度时启动一台空气压缩机，2秒后启动另一台空气压缩机。当温度降低到设定温度时停止其中一台空气压缩机组，要求先起动的一台空气压缩机停止，当温度降到14时另一台空气压缩机也停止运行，温度低于9时，系统发出超低温报警，3秒后系统自动停止运行。当用户按下停止按钮后系统立刻停止运行。 3.2 中央空调温度控制硬件设计在这个控制系统中，温度点的检测可以使用带开关量输出的温度传感器来完成，但是有的系统的温度检测点很

24、多，或根据环境温度变化要经常调整温度点，要用很多开关量温度传感器，占用较多的输入点，安装布线不方便，把温度信号用温度传感器转换成连续变化的模拟量，那么这个制冷机组的控制系统就是一个模拟量控制系统。对于一个模拟量控制系统，采用可编程控制器控制，控制性能可以得到极大的改善。在这里可以选用FX2N-48MR基本单元与FX2N-4AD-PT模拟量输入单元，就能方便的实现控制要求。3.3 中央空调温度控制系统方框图根据系统控制要求，绘出系统的方框图如图1所示。图1 中央空调温度控制系统方框图3.4 中央空调温度控制系统的主电路根据系统控制要求，绘出系统的主电路的电路图（如图2所示）。图2 中央空调温度控

25、制系统的主电路3.5 中央空调温度控制系统的I/O分配表 根据系统控制要求，绘出系统的I/O分配表（如表1所示）。表1 I/O分配表系统的输入信号 系统的输出信号启动按钮SB1：X001 1号压缩机：Y000增温按钮SB2：X002 2号压缩机：Y001减温按钮SB3：X003 超低温报警：Y004停止按钮SB4：X0043.6 中央空调温度控制系统的硬件连线图根据系统控制要求、主电路和I/O分配表，绘出系统的硬件连线图(如图3所示) 。图3 中央空调温度控制系统的硬件连线图3.7 中央空调温度控制系统的梯形图根据系统控制要求、I/O分配表和外部接线图，绘出系统的梯形图(如图4所示) 。图4

26、中央空调温度控制系统的梯形图3.8 应用指令说明根据梯形图，列出系统的指令说明表(如表2所示) 。表2 指令说明表指令记号指令名称指令记号 指令名称MOV传送指令TN 定时计数器CMP比较指令MN 辅助继电器RST复位指令M8000 PLC运行监控指令SUB减法指令ADD 加法指令3.9、调试过程按下启动按钮X1，M26接通，M26的常开触头闭合PLC开始检测FX2N-4AD-PT特殊功能模块的ID号，如果ID号正确，则M1接通，M1的常开触头闭合FX2N-4AD-PT开始检测通道的工作状态且CH1通道开始平均取样4次，若通道工作状态无错误，则将4次取样的平均值传送到D0中。在按下启动按钮X1

27、的同时，MOV指令将最低设定温度16传送给D1，按下增温按钮X2通过加法指令ADD增加设定温度每按一次增加1（最高设定温度为28），按下减温按钮X3通过减法指令SUB减少设定温度每按一次减少1（最低设定温度为16）并将设定好的温度传给D1，此时通过CMP比较指令将D0和D1进行比较后，如果室温D0低于设定温度D1，则不启动机组，如果室温D0高于设定温度D1，M5接通，M5的常开触头闭合Y0接通1号压缩机启动，同时定时器T0开始计时2秒后Y1接通2号压缩机启动，当室内温度降低到设定温度时，M4接通，M4的常闭触头断开，则Y0断开，1号压缩机停止。当室内温度降到14时，CMP比较指令将D0和14进

28、行比较后，M7接通，M7的常闭触头断开，Y1断开，2号压缩机停止，当室内温度低于9时，CMP比较指令将D0和9进行比较后，M9接通，M9的常开触头闭合Y2接通开始报警，同时定时器T1开始计时3秒后接通，T1接通后断开M26的同时M29接通且通过复位RST将D1复位，M26的常开触头恢复常开，系统停止运行。按下停止按钮X4，M29接通，通过复位指令RST将D1复位，且断开M26，系统停止运行。结束语在中央空调制冷系统用PLC控制可以有效地保证其工作稳定、可靠，便于维护，且性能价格比高。 同时以PLC为核心的高可靠的监控系统实现了对空调两台压缩机之间的协调控制，具有先进、可靠、经济、灵活等显著特点。参考文献： 1.仲崇生主编 电气控制及PLC 2008.8 2.王永华主编 现代电气及可编程控制技术 北京航空航天大学. 2002.5 3.毛臣健主编 可编程控制器应用技术及项目训练 2009.1 4.胡学林主编 可编程控制器应用技术 高等教育出版社 2000.5 5.宋柏生主编 PLC编程实用指南 2007.2 6.孙 平主编 可编程控制器原理及应用 2002.5 7.洪志郁编著 例说PLC 2006.6