PLC控制系统与智能化中央空调摘要:可编程控制器由于其在工业控制方面的应用意义日趋明显,并在发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用。它具有功能强大、施用可靠、维修简单等许多优点,并且在很多地方已经逐步取代了继电器电路的逻辑控制。与此同时,智能化中央空调也正被广泛地应用,在将其俩双双联合的情况下,不仅促进了科技的发展,也提高了人民生活程度。关键词:PLC控制系统智能化编程控制器1概说1.1弁言1.2系统及工艺简介1.3 PLC原理及应用2 PLC的系统结构2.1 PLC结构图2.2 PLC的选型及设置2.3软件设计3 PLC控制系统主要功能与特点3.1 PLC的控制系统与说明3.2系统特点4控制方法4.1 4.2 4.3 1.1弁言中央空调系统是现代大型建筑物不可缺乏的配套设施之一,电能的消耗非常大,约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计,而实际上在一年中,满负载下运行最多只有十多天,甚至十多个小时,险些绝大很长时间间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载,而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载,险些长期在100%负载下运行,造成了能量的极大浪费,也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。随着变频技术的一天比一天成熟,哄骗变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机联合,构成温差闭环自动控制系统,自动调节水泵的输出流量,达到节电目的提供了可靠的技术前提。随着我国经济的不断发展,社会形态高度信息化,新的高科技技术不断应用到方方面面中,使得智能化已经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。本文主要针对我们本次的毕业设计《智能化小型中央空调》阐述PLC控制设计与智能化中央空调(冷冻站)系统的关系1.2系统及工艺简介现介绍如下:我们本次的设计中有两套中央空调系统,由三台冷却水泵、三台冷冻水泵、一台冷却塔风机、两台冷水机组等主要设备组成两套制冷系统(因系统小,冷却塔功率大,实验室要求等,本系统较一般两套制冷系统不同的是两台冷水机组却只选择一个冷却塔,经计算审定,这并不影响其效果)其中冷水机组是由设备生产厂成套供应的。根据本次设计的实验室要求,我们选择了2*5匹全封闭式压缩机冷水机组。它一般是根据空气调节原理及规律等由微处置惩罚器自动控制。冷水机组由压缩机、冷凝器与蒸发器组成。压缩机把制冷剂压缩,压缩后的制冷机进入冷凝器,被冷却水冷却后,变成液体,析出的热量由冷却水带走,并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器蒸发吸收热量,使冷冻水降温,然后冷冻水进入冷风机盘管吸收空气中的热量。如此循环不已经,把室内的热量带出,达到降低环境温度的目的。因此,中央空调冷冻系统的工艺控制要求为:(1)测量冷冻水供回水温度及流量,从而计算空调实际的冷负荷,根据实际的冷负荷来决定冷水机组的开启台数,达到最佳节电状况。(2)各设备的步伐联动:启动:冷却塔风机--冷却水泵--冷冻水泵--冷水机组。遏制:冷水机组--冷冻水泵--冷却水泵--冷却塔风机。当其中一台冷却水泵/冷冻水泵出现故障时,备用冷却水泵/冷冻水泵会自动投入工作。(3)测量冷冻水系统供回水管的压差△P=P1-P2控制其旁通阀(TV)的启齿度,使其维持压差。(4)因我们本次设计的实验室的目的是为给同学们更形象生动的学习理解中央空调系统,所以设计过程中,我们还会思量到在合适并重要的位置处装上易于观察制冷剂或水流情况的门镜。1.3 PLC原理及应用中央空调冷冻系统的控制有3种控制方式:早期的继电器控制系统、直接数字式控制器DDC以及PLC(可编步伐控制器)控制系统。继电器控制系统由于故障率高,系统庞大,功耗高等明显的缺点已经逐渐被人们所裁减,直接数字式控制器DDC虽然在智能化方面有了很大的发展。但由于DDC其本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。相反,PLC控制系统以其运行可靠、施用与维护均很利便,抗干扰能力强,合适新型高速网络结构这些显著的优点使其逐步得到广泛的应用。可编程控制器是计算机家族中的一员。于上个世纪中后叶被发明后,在机床、各种水流线的运送机械、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用,早期的可编程控制器被称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),即简称为PLC。PLC具有功能强大、施用可靠、维修简便等许多优点。对于传统的继电器电路来说,它难以实现庞大逻辑功能的和数字式控制,而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅设计繁琐,难以实现升级,并易发故障,维修庞大,现在已经被大中型设备的控制系统所抛弃。而PLC正被广泛的应用并且已经逐步取代了继电器电路的逻辑控制。随着科学技术不断的奔腾发展,PLC也不断得到完善和强大,同时它的功能也大大超过了逻辑控制的范围,如联网通信功能和自诊断功能等。因此今天这类装置被我们称作可编程控制器,不过我们照旧习惯简称这类装置为PLC。CPU运算和控制中心起"心脏"作用。纵:当从编程器输入的步伐存入到用户步伐存储器中,然后CPU根据系统所付与的功能(系统步伐存储器的解释编译步伐),把用户步伐传译成PLC内部所认可的用户编译步伐。横:输入状况和输入信息从输入接口输进,CPU将之存入工作准据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和步伐有机地联拼凑。把结果存入输出映象寄存器或工作准据存储器中,然后输出到输出接口、控制外部驱动器。组成:CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。存储用具有记忆功能的半导体电路。分为系统步伐存储器和用户存储器。系统步伐存储器用以存放系统步伐,包括管理步伐,监控步伐以及对用户步伐做编译处置惩罚的解释编译步伐。由只读存储器、ROM组成。厂家施用的,内容不可更改,断电不用失。用户存储器:分为用户步伐存储区和工作准据存储区。由随机存取存储器(RAM)组成。用户施用的。断电内容消散。常用高效的锂干电池作为后备电源,生存的年限一般为3~5年。输入/输出接口(1)输入接口:光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管:在光电耦合器的输入端加上变化的电旌旗灯号,发光二极管就产生与输入旌旗灯号变化规律不异的光旌旗灯号。光电三级管:在光旌旗灯号的照射下导通,导通程度与光旌旗灯号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内,输出旌旗灯号与输入旌旗灯号有线性关系。输入接口电路工作过程:当开关合上,二极管发光,然后三极管在光的照射下导通,向内部电路输入旌旗灯号。当开关断开,二极管不发光,三极管不导通。向内部电路输入旌旗灯号。也就是通过输入接口电路把外部的开关旌旗灯号转化成PLC内部所能接受的数字旌旗灯号。(2)输出接口PLC的继电器输出接口电路工作过程:当内部电路输出数字旌旗灯号1,有电流流过,继电器线圈有电流,然后常开触点闭合,提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字旌旗灯号0,则没有电流流过,继电器线圈没有电流,然后常开触点断开,断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种旌旗灯号使负载动作或不动作。三品类型:继电器输出:有触点、生存的年限短、频率低、交直流负载晶体管输出:无触点、生存的年限长、直流负载晶闸管输出:无触点、生存的年限长、交流负载编程器编程器分为两种,一种是手持编程器,利便。我们实验室施用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过NSTP-GR软件(或WINDOWS下软件)向PLC内部输入步伐。第二节PLC的基本工作原理一.PLC采用"顺序扫描,不断循环"的工作方式1.每次扫描过程。集中对输入旌旗灯号举行采样。集中对输出旌旗灯号举行刷新。2.输入刷新过程。当输入端口关闭时,步伐在举行执行阶段时,输入端有新状况,新状况不能被读入。只有步伐举行下一次扫描时,新状况才被读入。3.一个扫描周期分为输入采样,步伐执行,输出刷新。4.元件映象寄存器的内容是随着步伐的执行变化而变化的。5.扫描周期的长短由三条决定。(1)CPU执行指令的速度(2)指令本身占有的时间(3)指令条数6.由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的征象,即输入/输出响应延迟。二.PLC与继电器控制系统、微机区别1.PLC与继电器控制系统区别前者工作方式是"串行",后者工作方式是"并行"。前者用"软件",后者用"硬件"。2.PLC与微机区别前者工作方式是"循环扫描"。后者工作方式是"待命或间断"PLC编程方式PLC最凸起的优点采用"软继电器"代替"硬继电器"。用"软件编程逻辑"代替"硬件布线逻辑"。PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言,等等。尤其前两者为常用。梯形图语言特点:1.每个梯形图由多个梯级组成。2.梯形图中左右双方的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为"1"时,有假想的过电。3.继电器线圈只能出现一次,而它的常开、常闭触点可以出现无数次。4.每梯级的运算结果,立即被后面的梯级所哄骗。5.输入继电器受外部旌旗灯号控制。只出现触点,不出现线圈。主要技术机能用户步伐存储容量:是衡量可存储用户应用步伐多少的指标。通常以字或K字为单位。16位二进制数为一个字,每1024个字为1K字。PLC以字为单位存储指令和数据。一般的逻辑操作指令每条占1个字。定时/计数,移位指令占2个字。数据操作指令占2~4个字。每五节PLC的分类按结构分类:1.群体式:是把PLC各组成部分安装在一起或少数几块印刷电路板上,并连同电源一起装在机壳内形成一个单一的群体,称之为主机或基本单元、小型、超小型PLC采用这类结构。模块式:是把PLC各基本组成做成独立的模块。中型、大型PLC采用这类方式。易于维修。2 PLC的系统结构2.1 PLC结构图PLC本色上是一种被专用于工业控制的计算机,其硬件结构和微机是基本一致的。如图2.1.1所示:

图2.1.1 PLC硬件的基本结构PLC主要是模块式的,包罗CPU模块、I/O模块等,PLC一端接传感器,另一端接执行器,从传感器得到的数据经PLC读、运算等处置惩罚下达给执行器,执行器动作。PLC相当于继电器的作用,其好处是可靠性高,自动化程度高、可举行网络化等。(1)单序列单序列由一系列相继激活的步组成,每步的后面仅接有一个转换,每个转换的后面只有一个步,如图5-22a所示。

图5-22单序列与选择序列a)单序列b)选择序列开始c)选择序列结束(2)选择序列选择序列的开始称为分支,如图5-22b所示,转换符号只能标在程度连线之下。如果步2是活动的,并且转换前提e=1,则发生由步5步6的进展;如果步5是活动的,并且f=1,则发生由步5步9的进展。在某一时刻一般只允许选择一个序列。选择序列的结束称为合并,如图5-22c所示。如果步5是活动步,并且转换前提m=1,则发生由步5步12的进展;如果步8是活动步,并且n=1,则发生由步8步12的进展。(3)并行序列并行序列的开始称为分支,如图5-23a所示,当转换前提的实现导致几个序列同时激活时,这些序列称为并行序列。当步4是活动步,并且转换前提a=一、3、7、9这三步同时变为活动步,同时步4变为不活动步。为了强调转换的同步实现,程度连线用双线表示。步3、7、9被同时激活后,每个序列中活动步的进展将是独立的。在表示同步的程度双线之上,只允许有一个转换符号。并行序列的结束称为合并,如图5-23b所示,在表示同步的程度双线之下,只允许有一个转换符号。当直接连在双线上的所有前级步都处于活动状况,并且转换前提b=1时,才会发生步3、六、9到步10的进展,即步3、六、9同时变为不活动步,而步10变为活动步。并行序列表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况。(4)子步如见图5-24所示,某一步可以包罗一系列子步和转换,通常这些序列表示整个系统的一个完整的子功能。子步的施用使系统的设计者在总体设计时容易抓住系统的主要矛盾,用越发简练的方式表示系统的群体功能和概貌,而不是一开始就陷入某些细节之中。设计者可以从最简单的对整个系统的全面描述开始,然后画出更具体的功能表图,子步中还可以包罗更具体的子步,这使设计方法的逻辑性很强,可以减少设计中的错误,缩短总体设计和查错所需要的时间。PLC主要是模块式的,包罗CPU模块、I/O模块等,PLC一端接传感器,另一端接执行器,从传感器得到的数据经PLC读、运算等处置惩罚下达给执行器,执行器动作。PLC相当于继电器的作用,其好处是可靠性高,自动化程度高、可举行网络化等。在中央空调系统设计中,冷冻泵、冷却泵的装机容量是取系统最大负荷再增加10%-20%余量作为设计系数。根据计算中央空调系统中,冷冻水、冷却水循环用电约占夏日酒店总用电的25%-30%,冷却塔的用电占8%-10%。因此,实施对冷冻水和冷却水循环系统以及冷却塔的能量自动控制是中央空调系统节电改造及自动控制的重要组成部分2.2 PLC的选型及设置为了满足以上所介绍的空调工艺要求,整个控制系统需要可编步伐控制器的输入、输出点分别是112点和32点,其中模拟量输入、输出为6点和4点。根据PLC的I/O原理施用原则,即留出一定的I/O点以做扩展时施用,以及系统设计中实际所需的I/O点数。选用华光电子工业有限公司的SU-5/B型。主机:SU-5/B;输入模块:U-25N、U-01AD;输出模块:U-05T、U-01DA。这类机型的I/O点数为256点,有RS-422通讯端口,其编程指令有143条,并配有相应的编程软件S-62P,不仅可以通经手办理持编程器对其编程。而且可以通过PC机对其举行编程输入。该软件还能在PLC运行时监控其运行状况。2.3软件设计制冷系统的启动/遏制是用于制冷系统的手动启动/遏制控制。也可以通过温度设定,依据冷负荷的需要自动开启制冷系统。每台设备均设有自动、手动、备用三种运行状况,自动用于联锁集中控制;手动用于调试或检查修理;备用状况用于热备用。三台水泵二工一备。其中备用泵循环轮换,提高设备的保养率。各台设备按工艺要求顺序自动启动/遏制时,采用每台设备启动后经15s左右延时,再启动下一台设备。一是思量水泵稳定运行有个过程,二是制止数台电动机同时启动,冲击变压器,影响供电质量。为提高中央空调系统的经济性、可靠性及可维护性,需采用控制产品对中央空调系统的各个设备举行控制。早期的中央空调控制器多为就地式专用控制器和DDC控制器,它们具有控制功能简单、不易联网及信息集成度不高等缺点。随着计算机技术、控制技术和网络技术的发展,现在的中央空调系统都倾向于采用先进、实用、可靠的可编程控制器(PLC)来举行控制。3 PLC控制系统主要功能与特点3.1 PLC控制系统功能说明如空气处置惩罚机PLC控制原理简图所示:1.当启动空气处置惩罚机时,PLC发出控制指令。首先开户回风门和新风门到设定位置,然后启动输风机器,同时通过控制变频器,从而调节风机的转速。2.露点温度与系统设定值相比较后,用PID方式调节冷水电动阀,控制冷水流量,使送风温度达到设定值。3.输风机器转速的快慢是由回风温度与系统设定值相比较后,用PID方式控制变频器,从而调节风机的转速,达到调节回风温度的目的。4.当过滤网先后压差超出设定值时,PLC发出过滤堵塞报警旌旗灯号。工作流程:开机:开启冷水及冷却水泵,由PLC控制冷水及冷却水泵的启停,由冷水及冷却水泵的接触器向制冷机发出联锁旌旗灯号,开启制冷机,由变频器、温度传感器、温度模块组成的温差闭环控制电路对水泵举行调速以控制工作流量,同时PLC控制冷却塔根据温度传感器旌旗灯号自动选择开启台数。停机:关闭制冷机,冷水及冷却水泵以及冷却塔延时十分钟后自动关闭。保护:由压力传感器控制冷水及冷却水的缺水保护,压力偏低时自动开启补水泵补水。5.当空气处置惩罚机遏制运行后,新风门、回风门和冷水电动阀回复到全关位置,并关停冷水环泵。上位机监控系统主要完成对工艺参数的检测、各机组的协调控制以及数据的处置惩罚、分析等任务,下位PLC主要完成数据采集、现场设备的控制及连锁等功能。除此以外,PLC系统还就象下功能◆数据显示功能显示机组的运行参数,包括冷水出口温度、冷水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、蒸汽压力、蒸汽阀门开度,以及溶液泵、冷剂泵等所有屏蔽泵的运行状况和各种故障报警的具体信息。◆历史数据的存储及检索功能对重要的数据举行在线存储,数据的存储时间最长为10年。可以通过历史生产进度报表或历史趋势曲线的方式检索历史数据。◆控制功能根据设定的参数,并思量经验运行数据,PLC应用反馈数据(如室内温度等)举行PID调节,以保证运行参数满足系统要求。控制系统有三种运行方式:就地手动、软手动和自动。就地手动就是通过就地手动操作设备对机组举行控制,软手动是通过PLC对机组举行手动控制,自动则是根据编好的控制步伐自动控制相关设备的启、停及调节量。采用步伐控制方式,杜绝冷剂污染,有效便捷地实现冷水、冷却水的变频控制。通过有效合理地开、停控制,达到启动速度快、停机时间短的目的,即能节流能耗,还能制止结晶,从而提高中央空调系统的安全性和经济性。◆连锁与保护功能各机组相关设备的启、停具有一定的连锁关系和时间顺序,该功能由PLC的连锁步伐完成。同时,为保证机组的可靠运行,对相关参数采纳了一定的保护措施,如冷水、冷却水与机组的连锁控制、冷却水系统与冷却塔的连锁控制等。3.2系统特点◆灵活性本控制系统选用可哄骗公司的小型一体化PLC代替传统空调主机控制系统中的单片机,较大程度地提高了系统配置及控制的灵活性,能更好地满足不同用户的不同需求。同时,明显缩短了步伐开发周期。◆高可靠性PLC控制核心能够在很坏的环境中长期可靠、无故障运行,并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强,能适应较宽的温度变化范围,平均无故障时间间隔(MTBF)大于15年。◆强大的功能现代的PLC的编程语言顺从易学、易懂、易用的标准。除了具备传统PLC助记符和梯形图编程功能外,还具有结构化语言和顺序功能图编程功能。PLC提供各种功能模块,包括各种通讯功能选择、通讯参数设置,以及可以具体到某年、某月、某日、某个时刻的多种定时器和超长定时器等,利便了各种功能的实现,有利于缩短开发周期和节流步伐容量。◆优良的开放性上位软件Focsoft3.1撑持DDE、OPC、ODBC、SQL,并提供富厚的API编程接口,利便接入其它系统。4控制方法4.1对于冷冻水系统,其出水温度取决于蒸发器的设定值,而回水温度取决于蒸发器接收的热量,中央空调冷冻水出水温度与冷冻水的回水温度设计最大温差为:5℃(比如:出水7℃,回水12℃),现采用在蒸发器出水管和回水管上装有检测其温度的变送器、PID温差调节器和变频器组成闭环控制系统,通过冷冻水温差(如:△T=5℃)控制,即可使冷冻水泵的转速相应于热负载的变化而变化。冷水机组系统PLC电路控制简图4.2对于冷冻水系统,由于低温冷冻水的温度取决于冷却塔的工作情况,我们只需控制高温冷冻水(冷凝器出水)的温度,即可控制温差。现采用温差变送器、PID调节器和变频器组成闭环控制系统,冷凝器出水的温度控制在T2(如:37℃),使冷却水泵的转速相应于热负载的变化而变化。4.3在管道中取压力旌旗灯号采样和温差变送器,通过PID调节器举行优化计算,通过PLC控制变频器,以此控制3台水泵机电的运行,系统启动开始工作,当第1台机电运行至工频状况时,如管网压力不够,变频器控制第2台机电开始工作,若工作到工频状况时管网管压仍不够时,变频器自动切换至第3泵使其变频运行,第一、2台机电工频运行,直至管网所需管压。当外部需求降低,管网管压提高时,第3台运行遏制,变频器自动切换至第2泵,使其工作在变频状况下若还达不到要求,再切换至第1机电,如此周而复始,始终让系统工作在最优、最佳、最省的工作状况。5系统的设计和应用总结由于整个实验室正在逐步筹划和设置装备摆设的过程中,许多设计还处于探讨之中,浩繁功能还未付诸实施。现在本文就系统改造实现情况作简单介绍:本文的系统调试应分为两步,设备电气控制系统调试和中心网络系统调试。我们就已经完成的设备电气控制系统设计、调试及施用情况作一下说明:针对实验室的要求:要求电气系统运行稳定,感温精确度高,维护利便生存的年限长,并能联网举行管理。除此以外在实际施用中系统的故障报警部分设计还不够完善,许多功能还未开发。本文经过对设备状况和同学们对中央空调学习认识的调查研究,本文认为可采用三菱公司的A系列PLC作为设备的控制系统核心。它不仅具备平凡PLC可编程控制器的各种优点,而且能够哄骗以太网网络模块(B2/B5)组建MELSECNET网络,最终达到建成先进的分布式控制系统,既实现各种设备之间的联网,实现长途控制和管理。当然系统基本达到了设计的要求,它不仅具备基本逻辑控制功能,还具有联网通信功能和管理功能等。另外相对与老的控制系统,它工作稳定、故障率低,并能举行系统自动报警,操作及维护十分简便,维修综合成本(待机时间等)大大降低。6结束语在智能化中央空调冷冻系统中,采用PLC控制系统是切合实际可行的,中央空调冷冻系统用PLC控制可以有效地保证其工作稳定、可靠,易于维护,且机能价格比高。同时以PLC为核心的高可靠的监控系统实现了对空调主机的控制及两台主机之间的协调控制,具有先进、可靠、经济、灵活等显著特点在科技日新月异的今天,积极推广高科技的应用,使其转化为生产力,是我们工程技术人员应尽的社会形态责任。对落后的设备生产工艺举行技术改进,不仅可以提高生产质量、生产效率,创造可观的经济效益。对节电、环保等社会形态效益同样有着重要的意义。参考文献1.《中央空调工程设计与施工》,吴继红、李佐周编著,高等教育出版社2.《制冷空调自动控制》,张子慧等编著,科学出版社1 3.三菱公司,三菱微型可编程控制器编程手册,2000 4.《可编程控制器原理及应用》,顾战松、陈铁年编著,国防工业出版社,1996 5.肖海亮等编著,实现微机和PLC在以太网中的通信,电气自动化,2001.5 6.宋伯生编著,可编程控制器配置、编程、联网,中国气象出版社,1995.5