冷冻水温差控制.docx

目录1绪论 11.1设计说明 11.2 设计思路 21.2.1系统原理图 21.2.2 PLC设计思路 22 MATLAB 仿真 42.1 MATLAB 简介 42.2 Simulink 42.2.1 启动 42.2.2 Simulink 仿真 42.3试凑法确定PID参数 52.4仿真结果图 63 PLC设计 83.1 S7-200 选型 83.1.1 CPU 选型 83.1.2 EM235 83.2 I/O 分配 93.3梯形图 103.3.1主程序 103.3.2调用程序 113.3.3中断程序 134组态界面设计 155总结 16参考文献 171绪论1.1设计说明随着变频技术的发展和变频器在水泵上的广泛应用，变流量 空调水系统成为工程师设计空调水系统的首选而且在实践应用中 已经取得了很好的节能效果冷冻水泵变频方式主要分为压差控 制和温差控制，本次课程设计主要是冷水机组中冷冻水定温差控 制系统设计，在分、集水处分别设置温度传感器，通过检测供回 水温差控制，得到结果后调节阀门开度，从而实现冷冻水的温差 控制本次课程设计师空调冷冻水温差控制系统的设计，核心控制 阀门的开度，方法为PID控制。

要实现PID控制，首先必须要用 MATLAB中的Simulink确定值，并且满足调节时间小于8S，超调 量低于5%,然后对PLC进行I/O分配，将值代入编写梯形图，从 而实现阀门开度的控制，最后进行的是组态王的设计，本人将主 要负责使用MATLAB中的Simulink进行仿真由于本人水平有限，设计中难免出现问题，还望老师能给出 宝贵的意见1・2设计思路1.2.1系统原理图如图1-1为冷水机组图，分为冷却水机组和冷冻水机组，冷却水机组不 予考虑，冷冻水机组循环为从集水器到制冷机，再到分水器在设计温差控 制系统的情况下，只需要设计两个温度传感器，一个泵和一个阀门即可满足 要求图1-1冷水机组监控图1.2.2 PLC设计思路PLC设计思路如图1-2所示，两个温度传感器分别检测供回水温度，并 与控制器温差控制值进行比较，用PID进行调节当设定值大于检测值时, 通过变频器减少频率，从而减小阀门的开度；当设定值小于检测值时，通过 变频器增大频率，从而增大阀门的开度因此采用定温差控制系统，最大温差为10摄氏度，设定温差为5摄氏 度2 MATLAB 仿真2.1 MATLAB 简介MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、 数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主 要包括MATLAB和Simulink两大部分。

有四大特点：高效的数值计算及符 号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；具有完备的图 形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；友好的用户界面及接近数学表 达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；功能丰富的应用工具箱（如信 号处理工具箱、通信工具箱等），为用户提供了大量方便实用的处理工具2・2 SimulinkSimulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、 仿真和综合分析的集成环境在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通 过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统Simulink具有适应面广、 结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上 优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计 同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink2.2.1启动1 ）在MATLAB命令窗口中输入simulink结果是在桌面上出现一个称为Simulink Library Browser的窗口，在这 个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称当然用户也可以通过MATLAB主窗口的快捷按钮来打开Simulink Library Browser 窗口。

2）在MATLAB命令窗口中输入simulink3结果是在桌面上出现一个用图标形式显示的 Library :simulink3的Simulink模块库窗口两种模块库窗口界面只是不同的显示形式，用户可以根据各人喜好进行 选用，一般说来第二种窗口直观、形象，易于初学者，但使用时会打开太多 的子窗口2.2.2 Simulink 仿真创建模型的步骤：首先根据需要从模块库添加所需的模块，然后将模块 进行连接，最后双击示波器模块，打开Scpoe窗口双击窗口菜单中的 Simulation>Start，执行仿真一个典型的SImulink模型包括以下三种类型的元素：信号源模块、被 模拟的系统模块和输出显示模块信号源为系统的输入，它包括常数信号源、函数发生器和用户自己在 MATLAB中创建的自定义信号系统模块作为中心模块是Simulink仿真建模所要解决的主要部分系统的输出由显示模块接受输出显示的形式包括图形显示、示波器显 示和输出到到文件或MATLAB工作空间中三种输出模块主要在Sinks库 中如图2-1为仿真连线图，传递函数为G(s) = [e0.8s1 + 2s图2-1仿真连线图2.3试凑法确定PID参数增大比例系数，一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小 静差。

但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变 坏增大积分时间有利于减小超调，减小振荡，使系统更加稳定，但系统 静差的消除将随之减慢增大微分时间亦有利于加快系统响应，使超调量减 小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应 在凑试时，可参考以上参数对控制过程的影响趋势，对参数实行先比例， 后积分，再微分的整定步骤首先只整定比例部分即将比例系数由小变大，并观察相应的系统响应， 直到得到反应快，超调小的响应曲线如果系统没有静差或静差已小到允许 范围内，并且响应曲线已属满意，那么只须用比例调节器即可，最优比例系 数可由此确定如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则须加入积分 环节整定时首先置积分时间为一较大值，并将经第一步整定得到的比例 系数略为缩小（如缩小为原值的0.8倍），然后减小积分时间，使在保持系统 良好动态性能的情况下，静差得到消除在此过程中，可根据响应曲线的好 坏反复改变比例系数与积分时间，以期得到满意的控制过程与整定参数若使用比例积分调节器消除了静差，但动态过程经反复调整仍不能满 意，则可加人微分环节，构成比例积分微分调节器在整定时，可先置微分 时间为0。

在第二步整定的基础上，增大，同时相应地改变比例系数和积分 时间，逐步试凑，以获得满意的调节效果和控制参数调节后PID参数如 图 2-2 所示P=1.3、1=0.57、D=-0.1图2-2 PID参数确定图2.4仿真结果图仿真结果如图2-3所示，通过计算，调整时间为3.6S，超调量为4.1%,负荷调整时间8S以内，超调量5%以内的要求图2-3仿真结果图3 PLC设计3.1 S7-20O 选型3.1.1 CPU 选型S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元 其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示 器等S7-200系列的基本单元如表3-1所示表3-1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元型号输入点输出点可带扩展模块数S7-200CPU221640S7-200CPU222862个扩展模块S7-200CPU22414107个扩展模块S7-200CPU224XP24167个扩展模块S7-200CPU22624167个扩展模块根据原理图的输入输出点数可知，此次CPU选择的是CPU2243.1.2 EM235本次课程设计所用的模拟块是EM235, EM235的电路图如图3-1所示, 它具有四个模拟输入量和一个模拟输出量。

座位通用的模拟量转换单元， EM235能适用许多规格的输入、输出量需求 从输入来看，无论传感器输出是电压量，还是电流量都可以接入，如图3-2，电压量有单极性、双极 性两类规格及毫伏到伏多个电压变化等模拟输出既可以使电流量，也可以 使电压量，为通用电量变化范围，能满足各类执行器件的需要4路输入模 拟量地址分别是AIWO、AIW2、AIW4、AIW6； 1路输出模拟量是AQWOREM235调节僞移图3-1 EM235电路图j fL\ A* A- RB & B- «C C* C- RU O* U-]电由址壊胖 (D(2©n 李用的鞘人當XX-^-4X门匚门nnn图3-2 EM235接线图3・2 I/O分配I/O地址分配如表3-2所示表3-2 I/O点分配表输入点对应信号输出点对应信号I0.0水泵的起动按钮Q0.0水泵I0.1水泵的停止按钮EM235分配点如表3-3表3-3 EM235分配点输入点对应信号输出点对应信号AIWO供水温度AOW0阀门开度AIW2回水温度3.3梯形图3.3.1主程序图3-3主程序梯形图主程序梯形图如图3-3,由泵的启停和子程序的调用2部分组成，语句 表由PLC编程软件导出，如下：LD SM0.1CALL SBR0LD I0.0O M0.0AN I0.1= Q0.03.3.2调用程序MOV_R——EN ENO-0.1 - IN OUT—-VD124MOV_B——EN ENO200- IN OUT—-SMB34INT_O:INTO-10-ATCHEN ENOINTE\/NTSymbolAddressCommentINT OINTOINTERRUPT FIULITINE COMMENTS—ENI)图3-4调用程序图3-4为调用程序，由于设定温差为5摄氏度，最大温差为10摄氏度, 设定值占最大值的50%,因此将0.5给VD104，值给VD112、值给VD120、 值给VD124,调节时间值给VD116,周期200ms给SMB34,语句表如下: LD SM0.1MOVR 0.5, VD104MOVR 1.37, VD112MOVR 3.6, VD116MOVR 0.57, VD120MOVR -0.1, VD124MOVB 200, SMB34ATCH INT0, 10ENI3.3.3中断程序图3-5中断程序图图3-5为中断程序图，是将检测的模拟量AIWO、AIW2进行PID输入 参数的标准化处理、PID输出值向实际值的转换过程，之后输出AQWO,语 句表如下：LD SM0.0MOVD 0, ACOITD AIWO, ACOITD AIW2, AC1-R AC1, ACODTR ACO, ACO /R 32OOO.O, ACOMOVR ACO, VD1OO LD IO.OPID V。