中央空调自动监控控制软件

1中央空调自动监控控制软件2目录1引言...............................................................................................................................................31.1背景.........................................................................................................................................31.2系统特点.................................................................................................................................32系统硬件设计...............................................................................................................................42.1系统总体方案.........................................................................................................................42.2核心硬件设计说明.................................................................................................................53系统软件设计...............................................................................................................................83.1软件总体设计方案.................................................................................................................83.2压缩机三分钟保护功能的实现............................................................................................93.3系统介绍.................................................................................................错误!未定义书签。4参考书籍.....................................................................................................................................1131引言1.1背景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%。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，几乎绝大部分时间负载都在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，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。中央空调自动监控控制软件V1.0(简称空调监控软件V1.0)主要利用PLC的控制功能，通过执行装载在PLC内部的预先设定的控制程序并执行上位机实时的命令语句，调节空调系统中的阀门开度、控制水泵启停、监控并采集空调系统中温度传感器、湿度传感器、压力传感器、水流开关等现场仪器仪表的数据，转换为组态王可用的数据格式传送给组态王软件。组态王接收PLC采集的现场数据并实时的在组态画面中动态实时显示，此外，组态王可接收组态画面中的有操作人员输入的命令并下传给下位机PLC，实现对空调系统的自动监控控制。1.2系统特点设计基于PLC的中央空调自动监控系统；采用PLC模拟量输入单元采集中央空调水泵水温数据，PLC通过RS-485与工控机通信；编写PLC程序，控制中央空调系统硬件设备，实现中央空调系统的无人值守监控；在工控机上采用组态王开发人机界面，实现水温数据的实时显示，监测并控制中央空调系统运行状况。42系统硬件设计2.1中央空调监控原理如下图,制冷机组由冷凝器、压缩机、膨胀阀、蒸发器等装置组成。压缩机将制冷剂压缩后送入冷凝器中，冷凝剂被冷却水冷却后变成液体，而释放的热量被冷却水带走，在冷却塔中由冷却风机将热量散发出去。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器，在蒸发器中蒸发，是冷冻水降温，供制冷源送空调使用。监控的主要内容有：（1）制冷机组的检测与控制5（2）冷却水系统的检测与控制（3）冷冻水系统的检测与控制（4）冷水机组的连锁控制。制冷设备启停是按预先设置的程序实现的。即首先冷却水、冷冻水系统先工作，冷水机组才启动。启动顺序：冷却塔风机、电动阀→冷却水电动阀→冷却水泵→冷冻水电动阀→冷冻水泵→冷水机组。停止顺序：冷水机组→冷冻水泵→冷冻水电动阀→冷却水泵→冷却电动阀→冷却塔风机、电动阀。2.2PLC芯片设计中央空调自动监控控制软件V1.0设计的PLC主要由CPU226模块(24DI/16DO)、模拟量输入EM231模块(4AI)和模拟量输出EM232模块(2AO)三部分组成。PLC功能强、速度快、扩展灵活，具有模块化、紧凑的结构。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域，包括电力设施、民用设施、机械、机床等领域,具有极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、操作便捷、内置丰富的集成功能、实时特性，强劲的通讯能力、丰富的扩展模块。使其无论是在独立运行中，或相连成网络都能实现复杂控制功能。所以它具有极高的性价比。CPU模块不断地采集输入信号，通过执行用户程序，去刷新系统的输出。输入和输出模块，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。通过一台安装有STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机、一根连接计算机和PLC的PC/PPI通讯6电缆，即可对S7-200进行用户编程。为了满足以上所介绍的空调控制工艺要求，整个控制系统需要的I/O点分别是18点和15点。为了便于今后系统的改造或者升级留出一定的I/O点以做扩展时使用。根据以上具体要求，我们选用西门子的S7-200PLC作为核心控制器。其中主机：CPU226为24输入/16输出共40个数字量I/O点；模拟量扩展模块：4道模拟量输入点；数字量扩展模块：2道数字量输出点；共计28道输入点，实际用18道，10道备用；18道输出点，实际用15道，3道备用。有RS－485通讯端口，并配有STEP7编程软件，可以通过PC机对其进行编程输入。该软件还能在PLC运行时监控其运行状况。再有结合人机界面直接操作，配置结构如图所示。此外该控制器独到之处还有强大的指令集令包括位逻辑指令、计数器、定时器、复杂数学运算指令、通讯指令以及和智能模块配合的指令等；丰富强大的通讯功能，包括以太网通讯在内等。2.3输入输出点地址分配表模块号输入端子号输出端子号地址号信号名称说明CPU2261I0.01号启动按钮2I0.11号停止按钮3I0.22号启动按钮4I0.32号停止按钮5I0.43号启动按钮6I0.53号停止按钮7I0.6紧急停车按钮8I0.7总启动按钮79I1.0控制温度+1按钮10I1.1控制温度-1按钮11I1.21号电机故障按钮12I1.32号电机故障按钮1Q0.0变频器给电继电器2Q0.11号泵工频启动继电器3Q0.21号泵变频运行继电器4Q0.32号泵工频启动继电器5Q0.42号泵变频运行继电器6Q0.53号泵工频启动继电器7Q0.63号泵变频运行继电器8Q0.72号变频器给电继电器9Q1.0冷冻泵变频运行EM2311AIW01号热电阻PT1002AIW22号热电阻PT100EM2321AQW01号变频器电压2AQW22号变频器电压83系统软件设计3.1软件总体设计方案中央空调自动监控控制软件V1.0中，PLC程序设计的主要任务是接受外部开关信号(按钮、继电器)的输入，判断当前的系统状态以及输出信号去控制接触器、继电器等器件，以完成相应的控制任务。PLC程序设计共有四个模块：（1）控制按钮模块主要处理各电机和电磁阀的启停控制。（2）报警处理模块主要处理变频器的故障报警和报警信息。（3）变频器给定模块将处理变频器的工作模式，调用变频器设定模块。（4）变频器设定模块，是接受由模拟量输入模块(EM231)接受速度传感器转换而来的信号，与频率给定值进行比较后再作为输入信号经D/A转换成模拟9量给变频器PLC主程序设计，当PLC的主程序开始运行之后，就处于反复的循环执行之中，每一次循环被称为一次扫描：即对主程序的语句逐条扫描执行。主程序主要完成初始化、遥信自处理、通信处理三方面的工作。只有第一次扫描才执行初始化程序，然后进行遥信自处理程序，若有通信要求，则进行通信处理，否则结束主程序，完成一次扫描工作。PLC程序的运行方式为循环扫描式，因此将主要功能模块设计成主程序，如上图，在每一扫描周期内该主程序均被执行，而压缩机启停顺序生成模块则设计成子程序供调用。3.2组态设备工作原理空调压缩机控制系统软件V1.0实现组态王与现场的I/O设备直接进行通讯。如图所示I/0设备的输入提供现场的信息,例如产品的位置、机器的转速、炉温等等。I/O设备的输出通常用于对现场的控制,例如启动电动机、改变转速、控制阀门和指示灯等等。有些I/O设备(例如PLC),其本身的程序完成对现场的控制,程序根据输入决定各输出的值。输入输出的数值存放在I/O设备的寄存器中,寄存器通过其地址进行引用。大多数I/O设备提供与其他设备或计算机进行通一讯的通讯端口或数据通道,组态王通过这些通讯通道读写I/0设备的寄存器,采集到的数据可用于进一步的监控。不需要读写I/O设备的寄存器,组态王提供了一种数据定义方法,定义了I/O变量后,可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示。103.3监控页面介绍冷水机组启停启动时自动模式：拨动启动开关至开启位置，冷却塔风机启动后，延时1s启动电动阀，再延时1s启动冷却水电动阀……直至启动冷水机组。手动模式：按启动顺序逐个启动设备。停止时自动模式：拨动启动开关至关闭位置，冷水机组停止后，延时1s停止冷冻水泵，再延时1s停止冷冻水电动阀……直至停止冷却塔风机。手动模式：按停止顺序逐个停止设备。风系统启停启动时自动模式：拨动启动开关至开启位置，在冷水机组冷却塔启动的同时，各通道风门阀开启，延时1s后，与冷水机组的冷却塔电动阀一起启动各通道风机。手动模式：手动启动各通道风门阀后在启动各通道风机。停止时自动模式：拨动启动开关至关闭位置，在冷水机组冷水机组停止的同时，各通道风机停止，延时1s后，与冷水机组的冷冻水泵一起停止各通道风门。114参考书籍[1]王可崇等主编.建筑设备自动化系统.北京.人民交通出版社.2011[2]何波主编.电气控制与PLC应用.北京.中国电力出版社.[3]潘新民，王燕芳主编.微型计算机控制技术.北京.人民交通出版社[4]马小军主编.建筑电气控制技术.北京.机械工业出版社[5]《