基于plc的中央空调温度控制系统设计论文
青岛理工大学毕业设计（论文）摘 要中央空调已经广泛应用于商用与民用建筑中，用于保持整栋建筑温度恒定。传统的设计中，无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，所以会造成极大的的能源浪费。本设计采用变频器、PLC、温度传感器等器件的有机结合，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。该系统采用西门子的S7200PLC作为主控制单元，利用传统 PID 控制算法，通过西门子 MM440 变频器控制水泵运转速度，保证系统根据实际负荷的情况调整流量，实现恒温控制，从而最大程度的解决能源浪费问题。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。本设计通过采用基于 USS 协议的RS-485总线通讯的网络，通过西门子 TD200文本显示器实现人机界面的设计，使用 MCGS 工控组态软件，对系统进行理论分析。通过分析该设计，验证了该设计的可靠性，可以解决中央空调的能源浪费问题。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。关键词：中央空调，PLC，PID，变频器ABSTRACTThe central air conditioning has been widely used in commercial and civil buildings, which are used to maintain constant temperature of the building. In traditional design, regardless of the season, day and night, and how the user load changes, the motor is fixed to run at full speed for a long time in the condition of power frequency. It will cause great waste of energy.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。This design is developed based on the combination of frequency converter, PLC, temperature sensor. It makes up a temperature difference closed-loop automatic control system and automatically adjust the output flow of pump to achieve energy saving. The system adopts the Siemens S7-200 PLC as the main control unit, using the traditional PID to control algorithm, using Siemens MM440 inverter to control of pump speed, to guarantee system adjust load flow according to actual situation. All of these will bring out constant temperature control, so as to solve the problem of energy waste to a great extent.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。This design use RS - 485 bus communication networks which is based on USS protocol and using the Siemens TD200 to realize the human-computer interface design, and using the software made from MCGS, to carries on the theoretical analysis to the system. Verified the reliability of the design, the design can solve the problem of central air conditioning energy waste through the analysis of the design.彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。KEY WORDS: The central air conditioning, PLC, PID, frequency converter目 录謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。摘 要I厦礴恳蹒骈時盡继價骚。ABSTRACTII茕桢广鳓鯡选块网羈泪。第1章 绪论1鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。1.1 中央空调的发展1籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。1.1.1 中央空调现在状况1預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。1.1.2 中央空调发展趋势1渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。1.2 本设计的意义1铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。1.2.1 设计的主要内容1擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。1.2.2 设计的意义2贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。第2章 中央空调系统介绍3坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。2.1 中央空调结构3蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。2.1.1 中央空调概述3買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。2.1.2 中央空调结构3綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。2.2 中央空调系统工作原理4驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。2.2.1 制冷原理4猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。2.2.2 工作原理4锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。2.2.3 中央空调的控制原理4構氽頑黉碩饨荠龈话骛。2.3 中央空调的评价5輒峄陽檉簖疖網儂號泶。2.4 本章小结5尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。第3章 中央空调控制系统的硬件设计6识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。3.1 变频器6凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。3.1.1 变频器的介绍6恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。3.1.2 变频调速的原理6鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。3.1.3 变频器的选择9硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。3.1.4 使用注意的问题10阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。3.2 电机的软启动原理及应用11氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。3.2.1 软启动的介绍11釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。3.2.2 软启动工作原理11怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。3.2.3 软启动的优点11谚辞調担鈧谄动禪泻類。3.2.4 软启动与变频器的对比12嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。3.3 PLC选型12熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。3.3.1 PLC的工作原理12鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。3.3.2 西门子S7200介绍13纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。3.4 温度传感器14颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。3.5 温度变送器15濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。3.6 人机界面选型方案15銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。3.7 总体硬件设计16挤貼綬电麥结鈺贖哓类。3.8 本章小结18赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。第4章 软件设计20塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。4.1 PID控制20裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。4.1.1 PID控制简介20仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。4.1.2 PID参数整定20绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。4.1.3 对中央空调的PID控制21骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。4.2 应用软件STEP721瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。4.3 plc编程22鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。4.3.1 程序流程图22栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。4.3.2 中央空调控制系统的I/O分配表24辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。4.3.3 程序中使用的存储器及其功能25峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。4.3.4 中央空调温度控制系统程序25詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。4.4 设备通讯26则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。4.4.1 RS-485介绍26胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。4.4.2 USS协议软件与S7200间的通讯26鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。4.5 MCGS组态软件27稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。4.5.1 MCGS组态软件简介27陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。4.5.1 MCGS组态画面27沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。4.6 本章小结29钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。第5章 结 论30懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。致 谢31謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。参考文献32呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。附 录33莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。39第1章 绪论1.1 中央空调的发展1.1.1 中央空调现在状况中央空调行业现在存在着巨大的竞争，这种竞争是产品革新所产生的，产品革新主要围绕低碳环保进行，低碳环保在这个时代有着很重大的意义。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。传统的中央空调在这个时代已经没有竞争力，这个行业要想在这个时代生存下去或者有进一步的发展，必须要开发新市场。最近几年，中央空调企业在变频多联机市场和单元机市场以及离心机市场等领域进行创新，引发了在中央空调领域的进一步的发展。在中央空调领域，如何进一步节能，如何更好的满足人们的需求，就会在这个领域会有很大的发展，成为这个行业的领跑者。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。1.1.2 中央空调发展趋势中央空调变频节能是未来的发展目标，它是提高人们生活质量的首要的发展方向。“以人为本”是社会发展的基础，对于这个行业也是一样的。变频技术就是根据人们的需要而产生的，技术的发展是人类需求和技术发展的内在动力，所以，中央空调的变频节能就是要根据人们的需求，满足社会的发展而开展技术研究、开发和应用。風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。中央空调变频技术的发展基础是低碳节能和保护环境。人们生活水平的提高经常是以牺牲环境为代价的，我们对此都有深刻的体会，低碳节能成为经济发展的要求，中央空调变频节能的未来发展要服从这个大局。提高中央空调系统的自动化水平，降低能源浪费，必须要提高中央空调压缩机系统和末段系统的运行的安全性和经济性。灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。持续发展是中央空调变频节能技术发展的目标，变频技术同人居环境的和谐发展是建立在节约型社会的技术上，中央空调的发展要对环境的影响尽量减少，使人们与环境和平共处，真正的实现中央空调行业的可持续发展。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。1.2 本设计的意义1.2.1 设计的主要内容本文首先对中央空调的发展进行了概述，论述了变频节能的重要性。本设计采用传统PID控制，构成温差闭环自动控制系统，通过变频器，实现自动调节水泵的输出流量达到节能目的。本设计采用S7-200可编程控制器作为主控制单元，对基于USS通信协议的RS-485总线控制系统进行了研究，并且进行了组态设计，最终设计并验证了中央空调变频节能控制系统。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。研究工作的具体内容如下：(1)中央空调结构和工作原理的分析。(2)中央空调系统变频控制分析。(3)PLC的介绍及应用。(4)PID控制理论分析。(5)设计了基于RS-485网络的控制系统。(6)组态设计。(7)文中对冷冻水机组的控制系统进行了硬件和软件的设计，采用西门子TD200文本显示屏作为人机界面，西门子S7-200 PLC作为主控制器，用一台变频器结合工频供电的方式灵活驱动冷冻水机组的三台水泵。趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。1.2.2 设计的意义本次控制系统的设计能有效地控制中央空调的主机和系统工作效率，达到降低能耗的目的。中央空调进行节能技术改造后，一年的平均节电率大约会在30%以上，设计采用一台变频器控制三台水泵，每台水泵都可以软启动，大大的降低了对中央空调和电网的冲击。设计中引入了软启动,不会影响启动时的制冷效果，因为软启动的时间只有几秒。此外，空调冷水系统采用温差闭环控制和自动调节，这可大大的改善空调的舒适性。节能系统还具有过流保护功能,提高
