中央空调智能化控制系统设计.doc

常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 SJ005-1CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目： 中央空调智能化控制系统设计 二级学院： 电子信息与电气工程学院 专 业： 自动化 班级： 10自 二 学生姓名： 马 晋 学号： 10020619 指导教师： 高 敏 职称： 讲 师 评阅教师： 职称： 2014 年 6 月 摘要随着我国社会高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势智能化也往往是从设备自动化系统开始PLC控制系统取代了继电器电路的逻辑控制，不仅提高了控制系统的精度与速度，也增加了控制系统设计的灵活性，使硬件设计变成软件设计。

因此采用基于PLC的控制系统是中央空调智能化的一种趋势本文设计了由变频器、PLC、数模转换模块等组成的温差闭环控制在中央空调控制系统控制系统的参数显示与修改、工作方式切换、故障报警由触摸屏控制系统的运行与控制都可以由修改软件程序完成，简化了操作柜设计，使控制过程更加智能化关键字：中央空调 控制系统 PLC 智能化 AbstractAs China's highly information-oriented society continues to develop, the new high-tech technology continues to be applied to various aspects ,which makes intelligence become an inevitable trend of development. Also intelligence begins from equipment automation system. PLC control system to replace the logic control relay circuit, not only improve the accuracy and speed control systems, but also increases the flexibility of the control system design, hardware design into software design to make. Therefore, the use of PLC based central air conditioning control system is an intelligent trend. This paper designs temperature difference from the inverter, PLC, digital to analog conversion modules and other components of the closed-loop control in the central air-conditioning control system.The parameter display and modify of control system, work mode switching and fault alarm are all controlled by the touch screen.The operation and the control of system can be done by modifying software program,which simplifies the design of operation cabinet and make the control process more intelligent.Key words: Central air conditioning Control System PLC Intelligence 目录第一章 绪论 11.1课题背景 11.2 中央空调控制系统的发展 21.3 本研究课题的主要工作 21.4 本章小结 3第二章 中央空调控制系统原理与方案 42.1中央空调组成 42.2中央空调控制系统原理 52.3中央空调控制系统工艺要求 62.4 PLC控制系统总体设计方案 72.5 本章小结 7第三章 中央空调控制系统硬件设计 83.1变频器的选择 83.1.1 变频器主要的参数设置 83.2 PLC的选择 93.2.1 PLC主机设计设计要求 93.2.2三菱 FX2N系列介绍 103.2.3 模拟量IO模块的分配 103.2.4 PLC主接线图 113.3 传感器检测模块 123.3.1 FX2N-4AD-PT介绍 123.4 人机界面设计 133.4.1触摸屏简介 133.4.2触摸屏设计要求 143.4.3 触摸屏选择 153.4.4 触摸屏画面设计 153.5本章小结 17第四章 控制系统软件设计 184.1 PLC主机与触摸屏之间的通信设计 184.1.1 RS-485介绍 184.1.2 MODBUS RTU协议简介 184.1.3 PLC主机与触摸屏之间硬件连接 194.1.4 PLC主机与触摸屏之间软件设置 194.2流程图 244.2.1设备启动顺序 244.3 主程序分析与设计 254.3.1冷冻水出回水和冷却水进出水的温度检测及温差计算程序 254.3.2 FX2N-4DA  4通道的D/A转换模块程序分析 254.3.3手动调速PLC程序分析 264.3.4手动调速和自动调速的切换程序 264.3.5温差自动调速程序 274.3.6变频器的保护和故障复位控制 274.4本章小结 28第五章 调试 29总结 30致谢 31参考文献 32附录 331绪论 第一章 绪论1.1课题背景随着国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，为了保证温度恒定，中央空调系统已广泛应用于工业与民用建筑领域，例如酒店、宾馆、办公大厦、商场、工厂厂房等场所。

随着时间的推移，人们对中央空调控制系统运行效果的评价也改变了舒适节能才是最符合人们对中央空调系统提出新的要求，希望在能耗更低的情况下保持室内合适的温度、湿度统计数字显示，传统的中央空调控制系统耗电量极大，且存在巨大的能源浪费中央空调系统普遍存在着30％以上的无效能耗，有些中央空调系统的无效能耗甚至可以高达50％以上采用新技术降低系统能耗成为当务之急因为能源是发展国民经济的重要因素，我国近年来能源短缺的现实，节能减排才是重中之重建设节能型社会，促进经济可持续发展，是实现全面建设小康社会宏伟目标，构建和谐社会的重要基础保障[1]在传统的设计中，中央空调的制冷机组、冷冻水循环系统、冷却水循环系统、冷却塔风机系统、风机盘管系统等都是按照建筑物最大负荷制定的，且留有充足余量不管在什么时间，负荷的多少，各电机都长期处在工频状态下全速运行，虽然可满足最大的用户负荷，但不具备随用户负荷动态调节的功能，而在大多数时间里，用户负荷是较低的，这样就造成很大的能源浪费有个例子可以很好的说明这些，中央空调控制系统中的一些冷冻水泵电机和冷却水泵电机，常年在固定的最大流量下运转，但由于春夏、早晚和用户功率的变化，在大部分时间里，系统的真实热负载值与决定水泵电机流量和压力值的最大设计负载值相比，一年中实际负载率在50％以下的总小时数约占全部工作时间的60%以上。

冷冻水的设计温差约为5～7℃，冷却水设计温差约为4～5℃，在系统的流量固定情况下，全年大部分工作时间温差仅1～3℃，即在温差小、流量大的情况下运行，增加了管道中的的能量损失，浪费了水泵电机工作的输送能量也就是说，空调系统存在着至少30％以上的节能空间这至少30%的节能空间来源于很多方面：第一，负荷估算值偏大，系统消耗能量大大增加，最新制冷主机可根据负载的一些变化相应的加载和卸载，而水泵中的流量却不随制冷主机调节，必然存在大的能量消耗；此外，每年气象条件是呈周期性变化的，系统不能做出对应的调节，许多环节上都留有节能空间第二，空调主机选型容量加大，在冷负荷估算值加大后，空调主机制冷量也相应的加大第三，水系统中通过节流阀或调节阀来调节流量、压力，冷冻水系统和冷却水系统中消耗了水泵较大的输送能量在传统的运行方式下，只要启动水泵，就会在工频满负荷状态下运行第四，起停频繁对设备长期正常运行带来负面影响起动电流约为额定值5倍，电机在大电流运行下，频繁起停，接触器触点会产生电弧，会给电网造成一定冲击，起动冲击和停止时出现承重现象会对各种机械设备造成损伤为此，如果能通过冷冻水供回水温度、压差，冷却水泵的流量等工艺参数进行调整并对空调设备进行优化起停，使空调系统高效、节能运行，将产生非常明显的经济效果。

另外，根据交流电机的特性，要实现连续平滑的速度调节，最佳的方法就是采用变频器调速，采用变频器进行风机、水泵的节能改造，不仅避免了由于采用挡板或阀门造成的电能浪费，而且还会极大提高调节和控制的精度，从而方便地实现恒温空调系统使用智能化空调的目的主要是减少能源消耗，实现资源的综合应用与人类生活的舒适1.2 中央空调控制系统的发展中央空调系统作为现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一 ，其控制系统的选择十分重要中央空调控制系统的控制有3种控制方式：原始的继电器式控制系统、直接数字控制器以及基于PLC的控制系统继电器式控制系统因故障率高，系统复杂，功耗高等缺点已逐渐被人们淘汰，直接数字控制器虽在智能化方面有很大改善，但由于直接数字控制器本身抗干扰问题和分级式结构的局限性而限制其应用范围相反，基于PLC的控制系统由于其运行可靠、方便维护，较强的抗干扰能力等显著优点使其得到广泛应用所以现在越来越多的中央空调控制系统采用 PLC控制，因PLC程序修改容易，扩展能力强使得大量的基于PLC的中央空调控制系统迅速发展，并取代了传统的DDC控制系统 ，且可以通过PLC通讯接口连接上位监控系统，便于在控制室查看各节点工作状态，并且很方便的进行电能消耗 、运行时间的统计以及故障监视和分析 。

因此，采用基于PLC的智能化控制系统无论对于节约电力能源、提高运行效率，还是提高控制系统功能具有重要的作用1.3 本研究课题的主要工作本文在分析和综合了中央空调控制系统的特点、发展趋势以及中央空调控制任务的基础上，对中央空调冷冻水机组采用传统PID控制，对基于MODBUS通信协议的RS-485总线设计的控制系统进行了研究，并进行了人机界面设计，最终设计了基于PLC的中央空调控制系统研究工作的具体内容如下：1、对空调PLC控制系统的组成进行简单的介绍2、设计基于PLC的中央空调控制系统3、设计了基于RS-485网络的通信控制系统，用触摸屏。