基于PLC的中央空调控制系统毕业论文.doc
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1、 毕 业 论 文课题名称:基于PLC的中央空调控制系统 学生姓名: 学 号: 专 业: 电气自动化技术 班 级:电气自动化技术 指导老师: 2011 年 12 月 25 日摘 要中央空调系统是大型建筑物不可缺少的配套设施之一,其电能的消耗非常大。由变频器、PLC构成的控制系统应用在中央空调的冷却水泵和冷凝水泵的节能改造中,使冷却水泵和冷冻水泵能随空调负荷的变化而自动变速运行,达到显著节能效果。本文介绍了中央空调的主要组成,分类以及工作原理;介绍了中央空调的控制技术的特点、结构和类型; 分析了中央空调的控制要求,给出了其设计流程图,编写了PLC 梯形图,设计中央空调的PLC 控制系统,并进行调试
2、运行。随着变频技术的日益成熟,利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合,构成温差闭环自动控制系统,自动调节水泵的输出流量,达到节能目的提供了可靠的技术条件。关键词:中央空凋;变频器;PLCABSTRACTThe central air conditioning system is a large building,one of the indispensable facilities,its power consumption is very heavyBy the frequency converter,PLC control system composed o
3、f the central air conditioning cooling water pump and Condensate pump energy-saving,allowing the cooling water pump and Condensate pump can cope with changes in air conditioning load of the automatic transmission operation,to achieve significant energy savings. This paper mainly introduces the main
4、composition of central air-conditioning,classification and working principle.It introduces the control technology of central air conditioning the characteristics, structure and type. Itanalyzes the central air conditioning control requirements, gives the design flow chart, write PLC ladder diagram,
5、the design of central air-conditioning and PLC control system, test and operation.With the fast maturity of Frequency Conversion Technology, using organic combination of inverter, PLC, digital analog conversion module, temperature sensor and temperature module to thermoelectric closed-loop automatic
6、 control technology which can adjust output flow rate automatically to save energy. Key words:central air conditioning; convener;PLC;目 录摘要.ABSTRACT.前 言.第一章、绪论1.1中央空调系统简介.11.2、中央空调原理图及各结构的作用.51.3、空调控制系统国内外研究现状.81.4、中央空调控制系统设计中的一般控制方法和技术第二章、中央空调控制系统的设计2.1、基于PLC的控制系统设计方案.92.2、中央空调变频调速系统的控制依据.112.3、中央空调
7、使用PlC、变频器的总体方案设计.192.3.1、总体控制原理.192.3.2、冷冻水泵和冷却水泵控制原理.212.2.3、变频器变频调速.232.4、PLC,变频器的I/O分配及系统外部接线.36第三章、软件设计3.1、系统软件开发环境介绍.393.2、系统软件开发语言介绍.41 3.3、系统软件设计主流程图.443.4、按键模块程序设计.463.5、红外线接收部分程序设计.48 3.6、串口通讯部分程序设计.503.7、游戏界面程序设计(VB程序设计).52第四章、设计心得.56参考文献.58致谢.59附录 附录一 元器件清单.60附录二 系统硬件原理图.61附录三 系统硬件PCB图.62
8、附录四 硬件实物图 . .63附录五 游戏实物图 .64前 言在传统的中央空调系统中,冷冻水、冷却水循环用电约占系统用电的12“14,并且在冷冻主机低负荷运行中,其耗电更为明显,冷冻水、冷却水循环用电约达3040。因此对冷冻水、冷却水循环系统的能量自动控制是中央空调节能改造的重要组成部分。本文着重介绍PL C、变频器在冷却水泵节能循环方面的应用。中央空调采用变频调速技术,使电机在很宽范围内平滑调速,可将所有节流阀去掉,使管道畅通,可免去节流损耗。通过改变电机转速而改变水的流速,从而改变水的流量,达到制冷机的正常工作要求和平衡热负荷所需冷量要求,从而达到节能的目的。电机的变频调速系统是由PLC控
9、制器进行切换和控制的。中央空调系统在设计时是按实际最大制冷需求量来考虑的, 其冷却泵、冷冻泵按单台设备的最大工况来考虑,而在实际使用中有90多的时间, 冷却泵、冷冻泵都工作在非满载状态下。以往通常用阀门、自动阀调节冷却水、冷冻水的流量和速度达到调节环境温度的目的, 这不仅增大了系统节流损失, 而且由于对空调的调节是阶段性的,造成整个空调系统工作在波动状态。而在冷却泵、冷冻泵上加装变频器实现变频节能, 则是一劳永逸解决问题的办法。利用变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对系统的平稳调节, 使系统工作状态稳定, 并延长机组及网管的使用寿命。本文讨论利用PLC 自身可靠性高的优点实现对中央空调变
10、频调速系统的高精度控制的一种方案。同时, 通过触摸屏和PLC 结合使用, 利用触摸屏强大的人机交互功能,对中央空调系统的运行状况进行实时监控。通过变频控制调节,中央空调系统的水、风系统耗电水平可降低30%60%,主机系统可节电10%以上,总体系统节电可达40%左右。因此中央空调用户应用变频节能控制系统不仅有着良好的直接经济收益,还能达到节约能源消耗,有利于环境保护的社会效益。第一章 绪 论1.1 中央空调系统简介中央空调概念: 空气调节(简称空调) , 就是把经过一定处理后的空气, 以一定的方式送入室内, 使室内空气的温度、相对湿度、清洁度和流动速度等控制在适当的范围内以满足生活舒适和生产工艺
11、需要的一种专门技术。中央空调系统是由一台主机(或一套制冷系统或供风系统)通过风道送风或冷热水源带动多个末端方式来达到室内空气调节的目的的空调系统。1.2、 中央空调原理图及各结构的作用 中央空调结构原理图如图,中央空调系统主要由以下几部份组成: (1)冷冻机组 1.这是中央空调的“制冷源”,通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”,降温为“冷冻水”。 2冷却水塔用于为冷冻机组提供“冷却水”; 3“外部热交换”系统由两个循环水系统组成; (1)冷冻水循环系统 由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道,在各房间内进行热交换,带走房间热量,使房间内的温度下降
12、。 从冷冻机组流出、进入房间的冷冻水简称为“出水”:流经所有的房间后回到冷冻机组的冷冻水简称为“回水”。 (2)冷却水循环系统 由冷冻泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换,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,使之在冷却塔与大气进行热交换,然后在将降了温的冷却水,送回到冷却机组。如此不断循环,带走了冷冻机组释放的热量。 流进冷冻机组的冷却水简称为“进水”;从冷冻机组流回冷却塔的冷却水简称为“回水”。 4冷却风机有两种: (1)室内风机 安装于所有需要降温的房间内,用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间,加速房间内的
13、热交换。 (2)冷却塔风机 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。 可以看出,中央空调系统是工作过程室一个不断地进行热交换的能量转换过程。在这里,冷冻水和冷却水循环系统是能量的主要传递者。因此,对冷冻水和冷却水循环系统的控制便是中央空调控制系统的重要组成部份。1.3、空调控制系统国内外研究现状伴随着计算机控制技术的发展, 世界上HVAC 系统的控制从五十年代就开始采用气动仪表控制系统, 六十年代改进为电动单元组合仪表,七十年代采用小型专用微型计算机进行集中式控制, 直到1984 年, 美国哈特福德市第一栋采用微型计算机集散式控制系统大厦的出现, 标志着智能建筑时代的开
14、始。集散式(即集中管理、分散控制) 自控系统, 目前技术趋于成熟, 主要技术特征是采用了DDC ( Direct Digital Control ) 。作为控制系统中的主要单元控制器,目前国内外主要采用的是常规PLC 的PID 控制, 因其控制简单, 实用, 成本低、技术成熟, 易于实现, 参数调整方便, 并且具有一定的鲁棒性, 在空气调节中的应用比较广泛。1982 年Shavit 和Brandt 等对由控制阀门和执行器实现温度和湿度控制的不同特性做了研究。1984 年Shavit 和Brandt 对PID 控制的废气温度控制系统的单位阶跃响应做了仿真研究。1995 年Kalman 等人将PI
15、D 控制用于压缩机和蒸发器的电极速度调节, 以实现制冷去湿, 并建立了系统的数学模型以及PID 算法的三个参数的解析整定方法, 同时给出了系统的两种控制策略。实际上, 现在大多数空调都是采用PID 控制。虽然PID 控制在空气调节中广泛使用, 但是由于PID 算法只有在系统模型参数不随时间变化的情况下才取得理想效果。当一个己经调整好参数的PID控制器被应用于另外一个具有不同模型参数的系统时, 系统的性能就会变差,甚至不稳定。再加上空调系统高度:11二线性以及温湿度之间的强梢合关系,研究者们又转向了其他高级控制方法, 如最优控制、自适应控制、模糊控制及神经网络控制。智能控制与传统的PID 控制相
16、比, 它不完全或不依赖于被控对象的精确数学模型, 同时具有自寻优特点。并且在整个控制过程中, 计算机在线获取信息和实时处理并给出控制决策。通过不断的优化参数和寻找控制器的最佳结构形式。以获取整体最优控制性能。由于空调系统是一个大滞后、多干扰、大惯性的系统, 获取它的精确模型很困难, 所以智能控制器成为中央空调系统中研究的热点。1985 年日本 三菱童工 就开发出了以温度恒定为目标的模糊变频空调控制器。香港的Albert.R.So 等人于1 994 年开发出空调机组的热舒适性模糊逻辑控制器。同年, 香港的S.Huang 和美国的Nelso 对基于规则的模糊逻辑控制在空调系统的应用做了实验研究,
17、给出了建立和校正模糊控制规则的策略,并分析了控制器的多阶继电器特性。1999 年Kasahara 等设计了自适应PID 控制器, 此控制器可以应用于被控模型不太精确的场所。Ghi aus 则证明了热交换过程这一非线性过程可以用模糊控制来较好的实现, 并且可以克服PID 控制过程出现的超调。国内学者对智能控制在空调中的应用研究成果也有很多。吴爱国等研究了参数自寻优模糊控制器在中央空调温度控制系统中的应用, 该控制器在综合输入的的比例因子和输出的比例因子对系统中央空调控制系统的影响后,采用了在输入的比例因子后加入加权因子的方法,优化了控制效果,同时很多文献也给出了广义预测控制、神经网络控制在空调系
18、统中的应用。采用空调负荷预测作为优化控制的手段,张韬等对自回归平均法在空调系统中的应用进行了分析和研究, 并在此基础上就如何提高预测算法的准确性和实用性提出了一些想法, 该方法可以实现空调系统的在线识别和预测,但其预测结果的精度还不太理想, 所以还有待改进。综上可知, 智能控制是今后控制界发展的必然趋势, 随着计算机技术和智能控制理论的发展, 智能控制必将在空调系统中得到广泛的应用。1.4、中央空调控制系统设计中的一般控制方法和技术控制方法1模糊控制模糊控制是近年来发展最快的一项控制技术,已成功地应用于各种各样的控制系统中。因为引入了人类的逻辑思维方式,使得模糊控制器具有一定的自适应控制能力,
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