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1、本人郑重声明：所呈交的毕业论文(设计)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二 年 月 日毕业论文（设计）使用授权声明本人完全了解鲁东大学关于收集、保存、使用毕业论文（设计）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存论文（设计）；同意学校在不以营利为目的的前提
2、下，建立目录检索与阅览服务系统，公布论文（设计）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者（签名）： 二 年 月 日目 录1引言11.1研究的背景及意义11.2 国内外的现状及发展趋势11.2.1在国内外的现状11.2.2国内外的发展趋势22中央空调自动控制系统概述32.1中央空调系统的构成及基本工作原理32.1.1中央空调系统的构成32.1.2中央空调系统的基本工作原理32.3中央空调空调自动控制的内容42.4中央空调空调自动控制的功能43中央空调系统常用设备的分析63.1水泵的分析63.1.1 水泵的工作特性63.1.2水泵节能的可行性与必要性93.2
3、风机的分析93.2.1风机的工作特性93.2.1风机节能的必要性及可行性113.3 制冷压缩机组的分析113.3.1活塞式制冷压缩机的工作原理113.3.2活塞式压缩机工作的优缺点124可编程控制器（PLC）144.1 PLC的概述144.2 PLC的组成144.2.1 PLC的硬件组成144.2.2 PLC的软件组成154.3 PLC的工作原理165 PLC控制下的中央空调系统185.1 PLC控制下变频调速系统的工作原理185.2系统设计的控制要求185.3系统的硬件设计195.4系统的软件设计205.4.1 PLC编程软件205.4.2程序流程图216 PLC控制下的变频节能236.1
4、PLC控制变频节能系统示意图236.2变频节能技术改造原理分析237总结26参考文献27致 谢28PLC在中央空调自动控制系统中的运用摘要：本文首先着眼于当前中央空调的发展的现状，通过对国内外中央空调现状调查分析，分析其发展空间及改进的措施可行性，进而引出PLC在中央空调自动控制运行应用的重要意义，在开始时，简对中央空调系统的组成、系统中风机、水泵、制冷压缩机等主要设备的工作特性进行简要的分析。再引入对PLC工作原理及特性的分析，进而阐述如何将PLC运用于中央空调自动控制系统中，实现对中央空调的自动控制，达到方便节能的效用。关键词：中央空调；PLC；节能PLC application in t
5、he central air conditioning automatic control system Abstract: This article first introduces the development status of central air conditioning, analyzes its feasibility, development space and the improvement measures, in turn, leads to the PLC application in the central air conditioning automatic c
6、ontrol operation significance, at the beginning, Jane on the composition of the central air conditioning system, system of main equipment such as fan, water pump, refrigeration compressor working characteristic carries on the brief analysis. And introduction of working principle and features of PLC
7、analysis, and expounds how to apply PLC central air conditioning automatic control system, the implementation of the central air conditioning automatic control, to achieve convenient and energy saving effect.Key words: The central air conditioning ;PLC ;Energy saving1引言1.1研究的背景及意义随着国民经济的发展和人民生活水平的日益
8、提高，各种大型建筑在我们国家越来越普遍，其中一般都安有中央空调系统，用于保持整栋大厦温度恒定。如今，人们对中央空调系统提出的要求就是舒适和节能，要求在能耗更低的情况下保持室内合适的温度、湿度，让居住者感觉最舒适。新建的中央空调系统在按照舒适节能的目标设计，而越来越多的使用多年的中央空调控制系统在进行改造来实现节能、舒适的目的。据统计，中央空调的用电量占各类大型建筑总用电量的60%以上，其中，仅水泵的耗电量约占到空调系统耗电量的20%40%，存在巨大的能源浪费，而世界正在提倡节能减排，因此采用新技术降低系统能耗和减轻空调系统向外界所释放的能量就成为当务之急。在传统的设计中，中央空调的制冷/制热机
9、组、冷冻水/冷温水泵、冷却水泵、冷却塔风机的容量基本是按照建筑物最大制冷/制热负荷的需求来选定的，且留有充足余量。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，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系统功率的特性，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。近年来节能降耗被国家摆到空前重要的位置。而国家供电紧张形势依然没有根本缓解，电价不断上调，造成中央空调系统运行费用上升，因此如何控制空调系统的电能费用己经成为越来越多的中央空调系统经营管理者所关注的题。因此采用变频调速技术节约低负荷时主机系统和水泵、风机系统的电能消耗，还对空调系统
10、所释放的能量进行回收利用，具有极其重要的经济和社会意义，寻找一种节能效果明显，性能稳定可靠的控制系统成为当务之急，因而PLC在中央空调自动控制系统中的运用越来越受到业内认识的关注。1.2 国内外的现状及发展趋势1.2.1在国内外的现状 中央空调在正常运行时，需要根据室内外的工作环境温度、使用空调的空间大小和设定的温度、冷却水温度的变化量等变量的变化，不断调整自身的运行状况，从而实现既能保证空调的舒适性又能尽量降低能耗的双重目标。故此，中央空调的控制系统对于一个空调的性能起了至关重要的作用。大部分中央空调的冷水机组基本都是由人工设定的钟控装置控制，系统定时启动和定时关闭，每天长时间全开或者全关，
11、轮流运行，这样对电网频繁的冲击，不仅恒温效果不佳，让人感到不舒适，同时也浪费了大量的电能，工程设计人员进行空调系统节能控制方面的研究，在目前应用的系统中往往偏重于设备的运行控制管理办法，具体的控制方法上，基本采用PID控制，具有一定的鲁棒性，因为得到了广泛的应用。1.2.2国内外的发展趋势变频节能空调近几年来成为我国空调市场上的新宠，拥有变频调速系统的中央空调能够通过温度反馈改变电机的转速使制冷量和环境达到一个平衡，具有更节能、更舒适、更环保的特点。变频空调在日本的市场占有率已超过90%以上，在欧美等发达国家的市场占有率也超过50%。2009冷年以来，变频空调在我国国内市场的发展更是日新月异，
12、销售增速达56.24,销量已占空调总销量的17.33。据有关专家预测,2010冷冻年度变频空调市场份额有望达25。据统计，我国电动机装机总容量约4亿多KW，其用电量占当年全国发电量的60%70%，而风机、水泵设备装机总功率达1.6亿KW，年耗电量3200KWh，约占当年全国电力消耗总量的1/3。而应用变频器节电率一般在20%60%，投资回收期13年，经济效益相当可观。所以大力推广应用变频调速技术不仅是当前推进企业节能降耗、提高产品质量重要手段，而且也是实现经济增长方式转变的必然要求。2中央空调自动控制系统概述2.1中央空调系统的构成及基本工作原理2.1.1中央空调系统的构成中央空调系统主要由制
13、冷机组、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和冷却塔组成。如图2.1所示。注：T为环境温度，即室外温度图2.1 中央空调系统的组成2.1.2中央空调系统的基本工作原理制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中，由风机吹送达到降温的目的。经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量成气态，冷却泵将冷却水送到冷却塔上由水塔风机对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大气中去。 1.冷冻水循环系统该部分由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成。从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道（出水），进入室内
14、进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器（回水）。室内风机用于将空气吹过冷冻水管道，降低空气温度，加速室内热交换。2.冷却水循环部分 该部分由冷却泵、冷却水管道、冷却水塔及冷凝器等组成。冷冻水循环系统进行室内热交换的同时，必将带走室内大量的热能。该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水，使冷却水温度升高。冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔（出水），使之与大气进行热交换，降低温度后再送回主机冷凝器（回水）。 3.主机主机部分由压缩机、蒸发器、冷凝器及冷媒（制冷剂）等组成，其工作循环过程如下：首先低压气态冷媒被压缩机加压进入冷凝器并逐渐冷凝成高压液体。在冷凝过程中冷媒会释放出大量热能，这部分热能
15、被冷凝器中的冷却水吸收并送到室外的冷却塔上，最终释放到大气中去。随后冷凝器中的高压液态冷媒在流经蒸发器前的节流降压装置时，因为压力的突变而气化，形成气液混合物进入蒸发器。冷媒在蒸发器中不断气化，同时会吸收冷冻水中的热量使其达到较低温度。最后，蒸发器中气化后的冷媒又变成了低压气体，重新进入了压缩机，如此循环往复。2.3中央空调空调自动控制的内容中央空调系统由空气加热、冷却、加湿、去湿、空气净化、风量调节设备以及空调用冷、热源等设备组成。这些设备的容量一般都是设计容量，但在日常运行中的实际负荷在大部分时间里是部分负荷，不会达到设计容量。所以，为了舒适和节能，必须对上述设备进行控制，使其实际输出量与
16、实际负荷相适应。在中央空调系统中，被控参数主要有空气的温度、湿度、压力(压差)以及空气清新度、气流方向等，在冷热源方面主要是冷、热水温度、蒸汽压力，有时还需要测量、控制供回水千管的压力差，测量供回水温度以及回水流量等在对这些参数进行控制的同时，还要对主要参数进行指示、记录、打印，并能监测各机电设备的运行状态及事故状态和报警。 根据中央空调各方面的设备，其自控系统可以包括如下的自控系统，新风机组控制系统、空调机组控制系统、冷冻站控制系统、热交换站控制系统及有关给排水控制系统等。2.4中央空调空调自动控制的功能1、创造了舒适宜人的生活与工作环境通过中央空调自动控制系统，对室内空气的温度、相对湿度、
17、清新度等加以自动控制，保持空气的最佳品质，使人们生活、工作在这种环境中，心情舒畅，从而能大大提高工作效率。对工艺性空调而言，可提供生产工艺所需要的空气的温度、湿度、洁净度的条件，从而保证产品的质量。2、节约能源在建筑物的电器设备中，中央空调的能耗是很大的，因此，对这类电器设备需要进行节能控制。现在好的中央空调自控系统都已经从个别环节的控制进入到了综合能量的控制，形成基于微机控制的能量管理系统，达到最优化控制，其节能效果非常明显。3、创造了安全可靠的运行条件自动控制的监测与安全系统，使中央空调系统正常工作，在发现故障时能及时报警并进行事故处理。由于中央空调自动控制带来诸多功能和优越性，因而使其具
18、备了很高的收益回报率，这是现在投资者与设计者所共识的。另据有关资料191表明，采用了自动控制系统之后，整个中央空调系统的投资偿还期很短。而这也正是当前业主决策者几乎都要投资于中央空调的自动控制的主要原因。 3中央空调系统常用设备的分析3.1水泵的分析水泵是空调系统中常用的设备，是自动控制系统中主要的控制对象和控制部件。对水泵控制是否有效、可靠和灵活是自动控制系统成败的重要一环。3.1.1 水泵的工作特性在中央空调自动控制系统中，为了满足负荷变化和节能的需要，往往采取变流量的调节方法，水泵在变流量的情况下的工作特性与定流量下有很大的不同，要想很好的控制水泵达到变流量的要求，应很好的了解水泵的特性
19、曲线、管路的特性曲线以及联合工作特性曲线。（一） 单台水泵的工作特性 1.水泵的性能曲线水泵的流量扬程曲线一般有平坦型、陡降型、驼峰型三种，如图3.1所示。常用单级单吸离心泵的性能曲线如图3.2所示。图3.1 三种不同的G-H曲线图3.2 单级单吸离心泵的性能曲线流量、扬程、轴功率和转速的关系为： (3-1) (3-2) (3-3)式中 G、H、N叶轮转速为n时的流量、扬程和功率；G1、H1、N1叶轮转速为n1时的流量、扬程和功率2. 管路的特性曲线与工作点水泵工作时总是与一定的管路连在一起的，水泵的工作状态与管路的特性直接相关。管路的流量特性： H=H1+hw H=hw （闭式系统） hw=
20、KW2 式中 H对应于某一流量下需提供的扬程； H1 静压头；Hw 整个管路摩擦阻力损失和局部阻力损失之和；K 反映管网阻力特性的系数；A 工作点。图3.3 管路特性曲线（二） 多台水泵并联合工作时的工作特性图3.4 两台泵并联时的工作特性图3.5 五台泵并联时的工作特性这说明，一台泵单独工作流量大于并联工作时每台泵的流量。两台泵并联工作时，其流量不能比单台泵工作时成倍增加，这在多台泵并联时更明显。3.1.2水泵节能的可行性与必要性由于设计时，中央空调系统必须按天气最热、负荷最大时设计，并且留10-20% 设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大的富余，所以节能的
21、潜力就较大，其中，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调节，存在很大的浪费。 水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。为了解决这些问题需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。 3.2 风机的分析通常情况下，在中央空调系统中，根据风机的作用原理可分为离心式、轴流式和贯流式三种。工程上大量使用的是离心式风机和轴流式风机。3.2.1风机的工作特性 即使在转速相同时风机所输送的风量也可能各不相同，风机的工作特性除了与本身
22、的特性有关还与系统有关。系统阻力小时，要求的风机的风压就小，输送的气量就大；反之，系统的阻力越大时，要求的风压就大，输送的气体量就小。如图3.6、3.7所示 当风机的转速发生变化时，风机的流量、压力（全压或静压）、功率之间存在以下关系： (3-4) (3-5) （3-5）式中 Q，P，N叶轮转速为n时的流量、扬程和功率 Q1，P1，N1叶轮转速为n1时的流量、扬程和功率图3.6 风机的特性曲线图3.7 风机无因次特性曲线当系统中要求的风量很大，一台风机的风量又不够时，可以在系统中并联设置两台或多台风机。并联风机的总特性曲线是在各种压力下额风量叠加而得。3.2.1风机节能的必要性及可行性 原来中
23、央空调系统中风机的转速恒定，由挡板来控制风量，造成风量的大小与电机输出功率不成比例，造成大量的能量浪费。再者由于生产负荷在变化，而风门的调节也在不断变化，若风量不稳定，变造成风压的变化，影响到工作效率，造成粉尘的分离效果，影响生产质量。 电机启动采用降低起动方式。在启动过程中起动冲击高压额不定期电流的4 - 5倍，对电网冲击很大。而且操作复杂，维护量大，设备故障率高，维护费用高，造成停产损失大。 对风机系统采取自动变频控制，当风量小于额定风量时，改变电机转速，其功率明显下降，具有显著的节能效果。实现范围无级调速，由于转起动，可使电机连续平滑稳定变速。风机的工作效率将大为提高。3.3 制冷压缩机
24、组的分析在中央空调系统中运用的制冷压缩机的种类较多，本文只选用活塞式制冷压缩机进行分析。3.3.1活塞式制冷压缩机的工作原理当活塞式压缩机的曲轴旋转时，通过连杆的传动，活塞便做往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。活塞式压缩机的活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时，气体即沿着进气管，推开进气阀而进入气缸，直到工作容积变到最大时为止，进气阀关闭；活塞式压缩机的活塞反向运动时，气缸内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。当活塞式压缩机的活塞再次反向运动
25、时，上述过程重复出现。总之，活塞式压缩机的曲轴旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。图3.8 制冷压缩机系统的原理图3.3.2活塞式压缩机工作的优缺点1、 活塞式压缩机的优点 (1) 不论流量大小，都能得到所需要的压力，排气压力范围广，最高压力可达320MPa（工业应用），甚至700MPa，（实验室中）； (2) 单机能力为在500m3/min以下的任意流量； (3) 在一般的压力范围内，对材料的要求低，多采用普通的钢铁材料，加工较容易，造价也较低廉； (4) 热效率较高，一般大、中型机组绝热效率可达0.70.85左右； (5) 气量调节时，适应性强
26、，即排气范围较广，且不受压力高低影响，能适应较广阔的压力范围和制冷量要求； (6) 气体的重度和特性对压缩机的工作性能影响不大，同一台压缩机可以用于不同的气体； (7) 驱动机比较简单，大都采用电动机，一般不调速，可维修性强； (8) 活塞压缩机技术上较为成熟，生产使用上积累了丰富的经验； 2、活塞式压缩机的缺点 （1）结构复杂笨重，易损件多，占地面积大，投资较高，维修工作量大，使用周期较短，但经过努力可以达到8000小时以上 （2）转速不高，机器体积大而重，单机排气量一般小于500m3/min （3）机器运转中有振动 （4）排气不连续，气流有脉动，容易引起管道振动，严重时往往因气流脉动、共振
27、而造成管网或机件的损坏 （5）流量调节采用补助容积或旁路阀，虽然简单、方便、可靠，但功率损失大，在部分载荷操作时效率降低 （6）用油润滑的压缩机，气体中带油需要脱除 （7）大型工厂采用多台压缩机组时，操作人员多或工作强度较4可编程控制器（PLC）4.1 PLC的概述 可编程控制器，英文称Programmable Logic Controller，简称PLC。可编程控制器是用于工业现场的电控制器，它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。可编程控制器通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。如果说初期
28、发展起来的可编程控制器主要是以它的高可靠性、灵活性和小型化来代替传统的继电接触控制，那么当今的可编程控制器则吸取了微电子技术和计算机技术的最新成果，得到了更新的发展。从单机自动化到整条生产线的自动化，乃至整个工厂的生产自动化；从柔性制造系统、工业机器人到大型分散控制系统，可编程控制器均承担着主要角色。4.2 PLC的组成可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持，实际上可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机。4.2.1 PLC的硬件组成 可编程控制器（PLC)的硬件部分由中央处理器单元（CPU模块）、存
29、储器、输入/输出（I/O）模块、电源模块、通信模块、编程器等部分组成，如图4-1所示。 1、中央处理器单元（CPU) 可编程控制器中常用的 CPU 主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。 通用微处理器有 8080、8086、80286、80386 等；单片机有 8031、8096 等；位片式微处理器的 AM2900、AM2903 等。FX2 可编程控制器使用的微处理器是 16 位的 8096 单片机。2、 存储器 可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。 系统存储器：存放系统管理程序，用只读存储器实现。 用户存储器：存放用户编制的控制程序，一般用 RAM 实现
30、或固化到只读存储器中。3、 输入输出接口 作用：连接用户输入输出设备和 PLC 控制器，将各输入信号转换成 PLC 标准电平供PLC 处理，再将处理好的输出信号转换成用户设备所要求的信号驱动外部负载。 对输入输出接口的要求： 良好的抗干扰能力； 对各类输入输出信号 （开关量、 模拟量、直流量、交流量）的匹配能力。 PLC 输入输出接口的类型：模拟量输入输出接口、开关量输入输出接口（直流、交流及交直流）。用户应根据输入输出信号的类型选择合适的输入输出接口。 4、 电源PLC 的供电电源一般是市电，也有用直流 24V 电源供电的。图4.1 可编程控制器的硬件结构框图4.2.2 PLC的软件组成在可
31、编程控制器中，PLC 的软件分为两大部分：1. 系统监控程序：用于控制可编程控制器本身的运行。主要由管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块，系统调用。 2. 用户程序：它是由可编程控制器的使用者编制的，用于控制被控装置的运行。 4.3 PLC的工作原理(一）基本工作模式：PLC 有运行模式和停止模式。 1. 运行模式 分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段。2. 停止模式 当处于停止工作模式时，PLC 只进行内部处理和通信服务等内容。 图4.2 PLC基本工作模式（二） PLC 工作过程： (1)内部处理阶段： 在此阶段，PLC 检查 CPU 模块的硬件是否正常，复位监
32、视定时器，以及完成一些其它内部工作。 (2)通信服务阶段 在此阶段，PLC 与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当 PLC 处于停状态时，只进行内容处理和通信操作等内容。 (3)输入处理阶段 输入处理也叫输入采样。在此阶段顺序读取所有输入端子的通断状态，并将所读取的信息存到输入映象寄存器中，此时，输入映像寄存器被刷新。 (4)程序处理阶段 按先上后下，先左后右的步序，对梯形图程序进行逐句扫描并根据采样到输入映像寄存器中的结果进行逻辑运算，运算结果再存入有关映像寄存器中。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。 (5)输出刷新阶段 程序处理完
33、毕后，将所有输出映象寄存器中各点的状态，转存到输出锁存器中，再通过输出端驱动外部负载。（三） PLC 工作方式与特点： 集中采样、集中输出、周期性循环扫描， “串行”工作方式 1扫描周期：PLC 的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。 PLC 运行正常时，扫描周期的长短与 CPU 的运算速度有关，与 I/O 点的情况有关，与用户应用程序的长短及编程情况等均有关。通常用 PLC 执行 1K 指令所需时间来说明其扫描速度 ( 一般 110ms/K) 。 2 输出滞后：指从 PLC 的外部输入信号发生变化至它所控制的外部输出信号发生变化的时间间隔。一
34、般为几十100ms。 引起输出滞后的因素：输入模块的滤波时间、输出模块的滞后时间、扫描方式引起的滞后。 3. 由于 PLC 是集中采样，在程序处理阶段即使输入发生了变化，输入映象寄存器中的内容也不会变化，要到下一周期的输入采样阶段才会改变。 4. 由于 PLC 是串行工作，所以 PLC 的运行结果与梯形图程序的顺序有关。 这与继电器控制系统“并行”工作有质的区别。避免了触点的临界竞争，减少繁琐的联锁电路.5 PLC控制下的中央空调系统PLC控制程序由一个主程序、若干子程序构成，程序的编制在计算机上完成，编译后通过PC/PPI电缆把程序下载到PLC。控制任务的完成，是通过在RUN模式下主机循环扫
35、描并连须执行用户程序来实现的。5.1 PLC控制下变频调速系统的工作原理PLC控制下变频调速系统的工作原理，可编程控制器PLC是变频调速控制系统的关键部件。其作用的协调各机组与变频器柜之间的电气连接，通过接触其与变频器柜的继电器和接触器进行逻辑切换来实现系统的控制方案。PLC的输入信号有机组选择信号、运行方式选择信号、冷却塔和主机开/关信号、冷冻泵和冷却泵的起/停信号等。输入信号经程序运算，发出相应的动作信号，经微型继电器及相应的常闭、常开触头分别控制变频器及中央空调系统的运行，以及声、光报警器件的动作。PLC软件程序设计采用梯形图语言编程，直观易懂。通常情况下，变频调速系统主要由变频器、可编
36、程控制器、主接触器、水泵机组及温度检测装置组成闭环自动控制系统。每台电机都可以运转在工频和变频两种状态下，这由PLC系统根据需要进行切换控制。可编程控制器用I/O扩展接口分别接入A/D和D/A模块。A/D模块通过PLC将温度模拟量转换为数字量，D/A模块将PLC输出的开关量转换为模拟量，以控制变频器升速过程及江苏过程。需要注意的是，在水泵进行工频和变频电网的切换过程尽可能快，各接触器间互锁和动作时间要设置好。 使用可编程控制器取代继电接触器控制系统，电气系统故障大为减少。有完善的故障处理功能及电源顺停（或大幅降压）后自动再启动功能。5.2系统设计的控制要求(1)设手动自动两种运行方式，并根据要
37、求设定相应的压力、温度检测点，并以开关量形式控制各回路的工作状况切换(运行停机)，达到制冷量自动切换的目的。(2)要求在计算机和控制柜上均能实现手动自动两种运行方式的控制，在计算机上实时显示各检测点的状态参数及系统各设备的运行状态。(3)压缩机依次启动并保持时间间隔，压缩机有吸、排气压力保护，温度保护，过载保护。(4)为保证系统的安全可靠运行，压缩机与水系统应设有联锁控制，即冷却塔、水泵不运行，水回路断水，冷冻水出口温度过低等，压缩机均不能运行。(5)机组采用真空停机方式。(6)能实现远程控制。5.3系统的硬件设计1）根据中央空调系统的控制特点和节能要求，设计的主要控制对象为6台压缩机组和两台
38、水泵的变频控制，另外还有相关的保护装置。压缩机和水泵都采用变频器控制，以降低能耗和提高控制精度，各种触点和逻辑控制则选用现在广泛使用的可编程控制器（PLC），系统框图如下：图5.1 中央空调系统框图系统设置了超温延时报警，因此，当冷凝器进水温度高于警报功能中设定的温度上限值时，计时功能启动，延迟一段时间后，如水温仍偏高，温控器发出报警信号，输入PLC，相应保护环节动作。2）PLC控制硬件连接图PLC的硬件接线图如图5.2所示：图5.2 PLC的硬件接线图5.4系统的软件设计5.4.1 PLC编程软件 一个完整的用户程序都应有主程序和子程序及中断处理程序，具体要求如下：主程序应以MEND（主程序
39、结束）指令作为结尾(1）如果使用子程序，那么子程序必须跟在主程序的后面。子程序的结束符为RET程序应有不重复的序号（SBRn），以便主程序调用。(2）如果使用中断处理程序，那么中断处理程序也应该跟在主程序后面。每个中断程序应该用RETI指令作为结束指令，并且应该有不同的序号（INTn），这样PLC可以在响应中断时调用相应的中断处理程序。(3）属于一个主程序的各个子程序和中断处理程序的位置没有严格规定，可以随意组合。PLC控制程序由一个主程序、若干子程序构成，程序的编制在计算机上完成，编译后通过PC/PPI电缆把程序下载到PLC。控制任务的完成，是通过在RUN模式下主机循环扫描并连须执行用户程序
40、来实现的。5.4.2程序流程图根据控制要求，对压缩机的控制方式可分为自动和手动两种当系统工作于自动状态时，控制系统根据冷媒水的温度反馈信号，使用变频器通过对压缩机电源频率的改变来对冷媒水的温度进行自动控制，使其达到空调系统所需要的温度。当冷媒水的温度降至9，系统将自动停机。此后以4分钟为单位延时，并不断检测冷媒水温度，待冷媒水的温度升至11.8时，系统将自动开机。当系统工作于手动状态时，压缩机电源的频率不能根据冷媒水的温度自动进行变化，它的频率将由控制箱门上的给定电位器设定和调节。当冷媒水的温度降至7时，系统将自动停机，此后以4分钟为单位延时，并不断检测冷媒水温度，待冷媒水的温度升至11.8时
41、系统将自动关机。根据控制要求编写的控制压缩机主程序流程图如图5.3所示，图5.4 压缩机变频控制主程序流程6 PLC控制下的变频节能中央空调系统的负荷是随天气状况逐渐变化的，在中央空调系统运行的大部分时间内都是工作在部分负荷状态下，但相对与变化的负荷，空调系统水泵、风机的选型都是根据系统的最大负荷来选择的，同时水泵、风机配用电机的功率往往大于其所需要实际功率。但空调系统处于部分负荷时，水泵、风机还一直运行在工频满负荷状态，这就造成了电能浪费。采用PLC控制下的变频控制中央空调控制系统，具有非常重要的意义，提高系统的运行效率，具有较好的节电效果。6.1 PLC控制变频节能系统示意图在PLC控制系
42、统中，PLC主机通过数模转换转换所输入和输出的信息变量，使得冷冻水变频器、冷却水变频器、冷却大变频器、风机变频器、风机变频器进行控制，达到控制温度的目的。图6.1 变频节能系统示意图6.2变频节能技术改造原理分析1、制冷主机：制冷主机通过压缩机让制冷剂迅速冷冻循环水的温度快速降低（一般经过制冷主机制冷后的水温在7左右），这是中央空调冷源提供的地方，通过制冷主机冷冻的冷媒水由冷冻水泵送入空调房间。2、对冷冻泵进行变频控制原理说明如下：PLC控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；现采用在蒸发器的出水管和回水管上装有检测温度的变送器。再与PID温度
43、调节器、PLC和变频器组成闭环控制系统，通过冷冻水的温差来控制， 然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的转速，调节出水的流量，控制热交换的速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度和流量，加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能；3、冷冻水系统 它的水温取决于蒸发器的设定值，回水温度取决于蒸发器接收的热量，中央空调冷冻水出的温度与冷冻水的回水温度设计最大温差为5C(出水为8C，回水为13C)。现采用在蒸发器的出水管和回水管上装有检测温度的变送器。再与PI
44、D温度调节器、PLC和变频器组成闭环控制系统，通过冷冻水的温差来控制，使冷冻水泵机组的转速相应于热负载的变化而变化， 图6.2 冷冻水泵控制方案图4、冷却水泵制冷剂在冷水机组里循环，经过压缩机是温度升高，这时用水将温度降下来，这部分水称为冷却水，冷却水通过冷冷却水泵把制冷主机所产生的热量带走，再经过冷却塔把热量释放到空气中，然后回到冷水机组，这样构成一个冷却水循环系统，在这个系统上的泵是冷却水泵。要清楚，空调系统通过三个循环把室内的热量传到室外：冷冻水循环，制冷剂循环，冷却水循环。降低水的温度取决于冷却塔的工作状态，我们只需控制高温冷却水的温度(冷凝器出水口)即可控制温差。现采用温度变送器，P
45、ID调节器，PLC变频器组成的闭环控制系统，冷凝器出水温度控制在T2，(例如38)，由于冷冻机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温，再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的。冷却水进水出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走的热量大，应提高冷却泵的转速，加大冷却水的循环量；温差小，则说明，冷冻机负荷小，需带走的热量小，可降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。图6.3 冷却水泵控制方案图5、冷却塔冷却塔是利用水和空气的接触，通过蒸发作用来散去制冷主机所产生的废热的一种设备。通过冷却水泵将温度较高的水送上冷却塔，通过冷却塔喷头，让水自上而下流动，一方面，通过自然空气带走水中热量；另一方面，通过冷却风机带动空气加速运动，通过空气带走热量的同时加快蒸发，让水温降低。温度降低后的冷却水再次循环进入制冷主机，带走制冷主机产生的废热，如此循环。控制通过检测冷却塔水温度对冷却塔风机进行变频调速闭环控制，使冷却塔水温度恒定在设定温度，可以有效地节省风机的电能额外损耗，能达到最佳节电效果。6、机盘管风机盘管空调系统是将由风机和盘管组成的机组直接放在房间内，工作时盘管内根据需要流动热水或冷水，风机把室
