基于plc的中央空调自动控制系统设计.

北京航空航天大学毕业设计(论文)第I页I基于plc的中央空调自动控制系统设计摘要中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。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，几乎长期在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。本文首先介绍了中央空调的结构和工作原理，然后采用西门子的S7—200PLC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，同时又可以节约大量能源。关键词：PLC；中央空调；控制北京航空航天大学毕业设计(论文)第II页IIDesignofautomaticcontrolsystemforcentralairconditioningsystembasedonPLCAbstractThecentralairconditioningsystemisoneofthenecessarysupportingfacilitiesofmodernlarge-scalebuildings.Theconsumptionofelectricenergyisverylarge,whichaccountsforabout50%ofthetotalenergyconsumption.Thefrozenhostusuallyinthecentralair-conditioningsystemloadcanautomaticallyaccordingtothechangeoftemperatureandloadregulation,refrigerationpumpandcoolingpumpmatchedwiththefrozenhostcanautomaticallyadjusttheload,almostrun100%underloadoperation,resultinginagreatwasteofenergy,butalsoworsentheoperationenvironmentandoperationqualityofCentralairconditioning.Thispaperfirstintroducesthestructureandworkingprincipleofcentralairconditioning,thenuseSIEMENSS7200PLCasthemaincontrolunit,usingthetraditionalPIDcontrolalgorithm,throughtheSIEMENSMM440invertercontrolpumpspeedensuresystemaccordingtotheactualsituationtoadjustloadflow,realizeconstanttemperaturecontrol,butalsocansavealotofenergy.Keywords：PLC;centralairconditioning;control北京航空航天大学毕业设计(论文)第III页III目录摘要................................................................................................................................I1绪论............................................................................................................................11.1课题的研究背景.............................................................................................11.2国内外中央空调控制系统的研究现状........................................................22中央空调控制的原理................................................................................................42.1中央空调系统的结构和原理.........................................................................42.2中央空调电机的软启动原理及应用.............................................................43中央空调控制系统的硬件设计................................................................................63.1变频器的原理................................................................................................63.2西门子MM440变频器性能介绍.................................................................63.2.1主要特征.............................................................................................73.2.2控制性能的特点.................................................................................73.3PLC选型..........................................................................................................73.4人机界面设计.................................................................................................83.5系统硬件设计.................................................................................................94控制系统软件设计..................................................................................................124.1PLC的初始设定............................................................................................124.2PLC主程序流程图.......................................................................................144.3程序设计.......................................................................................................144.3.1中央空调控制系统的I/O分配表.....................................................144.3.2程序中使用的存储器及功能...........................................................16结论.............................................................................................................................17参考文献.....................................................................................................................18致谢.........................................................................................................................20附录PLC软件源程序...............................................................................................22北京航空航天大学毕业设计(论文)第1页1绪论1.1课题的研究背景随着国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，中央空调系统己广泛应用于工业与民用建筑域，如宾馆、酒店、写字楼、商场、厂房等场所，用于保持整栋大厦温度恒定。已经成为人们生活中的必不可少的工具。目前，全球能源紧张，节能问题自然成为全世界关注的首要问题。从资源总量来看，虽然我国属于资源大国，但长期不合理开发及粗放型的利用，使我国资源正在迅速减少，甚至已经枯竭，所以节能己成为我国一个迫在眉睫的问题。随着社会的进步发展，现代城市化的不断推进，人们对高品质建筑生活环境的要求也越来越高，所以中央空调系统被广泛应用在大型和超大型公共建筑中。这虽然满足了人们对建筑空间的品质要求提供高品质的环境空间的品质要求，但也大大增加了用电能耗。在建筑能耗中，一些西方发达国家中央空调能耗占总能耗的60%-70%，而我国建筑总能耗中，中央空调能耗也达到50%-60%。中央空调系统能源消耗在办公楼、酒店、医院、商场的中占总能耗的比例分别为48%、46%、30%、40%而且呈现显著上升趋势，占据了大部分的能源消耗，所以我们必须把中央空调节能研究作为重要的着手点，从而达到节能降耗的目的。当前很多国家已开始制定节能的行动，把建筑是否节能作为评价建筑是否合格的重要内容以及考察建筑物质量优劣的标准，因此，积极开发新能源及高科技节能控制技术的合理应用是节约能源，减少空调能耗的最主要途径，这对节约能源，维护良好的生态环境，推动自然资源的可持续的发展，促进经济增长有着重要意义。随着季节的变化，户外气候和环境条件，太阳光照强度的变化，以及人员流量的变动，实际使用中空调负载的也会不断变化。在传统运行模式下，中央空调系统的制冷机组已拥有比较健全的能能量调节机制，根据负荷的变化，系统可自动调整制冷机组的运行功率，以达到节能的目的。但当前大多数中央空调系统的冷冻水循环系统中还是运用对水菜台数的加减控制来完成对负荷的适应，使得系统的功率消耗能耗不能根据建筑物内实际冷量需求来对应调节，更达不到使得制冷量与实际需求量在变化中的最优匹配以及动态调节，从而使剩余扬程消散在空调末端的控制阀门上，造成能量的浪费。同时在空调部分负荷时，虽然空调末端北京航空航天大学毕业设计(论文)第2页提供的冷量可以实现以实际需求冷量输出，但冷冻水系统中冷冻水粟的输出功率却没有相对应的减少，即仍是全功率运行。而大多数中央空调系统中，冷水主机、冷冻水栗以及风机的量程范围都是根据全年最大