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1、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S7200PLC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
2、调；控制Design of automatic control system for central air conditioning system based on PLCAbstractThe central air conditioning system is one of the necessary supporting facilities of modern large-scale buildings. The consumption of electric energy is very large, which accounts for about 50% of the tota
3、l energy consumption. The frozen host usually in the central air-conditioning system load can automatically according to the change of temperature and load regulation, refrigeration pump and cooling pump matched with the frozen host can automatically adjust the load, almost run 100% under load opera
4、tion, resulting in a great waste of energy, but also worsen the operation environment and operation quality of Central air conditioning. This paper first introduces the structure and working principle of central air conditioning, then use SIEMENS S7 200PLC as the main control unit, using the traditi
5、onal PID control algorithm, through the SIEMENS MM440 inverter control pumpspeed ensure system according to the actual situation to adjust load flow, realize constant temperature control, but also can save a lot of energy.Key words：PLC; central air conditioning; control目 录摘要I1绪论11.1课题的研究背景11.2 国内外中央
6、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124.2 PLC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221绪论1.1课题的研究背景随着国民经济的发展和人
7、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
8、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
9、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，虽然空调末端提供的冷量可以实现以实
10、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的空调负载进行设置的，也就是说，一年大多数时间，水菜流量量程比正常所需要大一些，导致扬程偏高，从而出现我们常见的中央空调水系统的小温差大流量的情况，这时冷冻水粟一般都是每年保持定流量运行，使得冷冻水系统中大多数的功率消耗都是无效的。根据现在不完全统计数据显示，全国现存建筑中已经安装中央空调系统的有约7万栋，如果全部均釆用节能自控技术，估计可以节约用电量500亿千瓦。1.2 国内外中央空调控制系统的研究现状中央空调在世界上已经有几百年历
11、史了，在中国也有20多年的应用时间，由于对于能源结构的优化与节能减排都已成为各国关注的热点，大量学者也做出了相应的研究工作。由于随着季节变动，中央空调系统的负荷变化较大，因此大型空调系统运行的节能包含多个方面：如低负荷率条件下的冷水机组进行压缩机变频调节可以有效的提高制冷压缩机性能和能效比。由于压缩机低速限制，低负荷条件下运行会导致压缩机频繁启停，压缩机变频运行调节范围窄，压缩机性能和效率显著下降，动态切换策略是一个级联的整合控制结构，通过直观的切换策略以及动态补偿，动态调整压缩机启停阈值以及电子膨胀阀的开度，理论分析表明，当动态补偿器的输出矩阵选择正确，可以有效地提高压缩能效比。空调系统冷负
12、荷与湿负荷的解藕独立控制在一定程度上能够降低空调系统能耗。国外学者 T.T.Chow 等人通过使用遗传算法的方式对吸收式冷机系统的工作状态进行了建模预测分析，并从全局角度出发提出了全局节能最优化参数方案；Wang Y 等人从工程实际应用角度对冷盘管进行数学建模，对整个空调系统进行了模拟和分析；Ahmedo通过分析冷冻水流量中现场控制器的分布于参数，给出了详尽的冷冻水控制方案和在实际工程中的实施应用；Lu L 等人在分析实际空调系统理想的节能潜力的基础上，为空调系统优化设计与运行提供理论，指导建立了冷却和除湿独立控制系统的数学模型，据理想独立除湿系统与实际系统之间的差异，例如热处理方法，换热温差
13、和能源动力运输等。空调末端设备的热惰性是变风量运行控制调节品质不高的关键原因，一种通过提高送风温度的鲁棒预测控制策略被应用于空气处理机组的控制，控制策略使用不确定时滞系统增益，加上时间延迟模型来描述各种天气条件下的空气处理过程的时间延迟和系统增益的不确定性，基于LMI 的鲁棒模型预测控制算法被应用于设计空气处理机组鲁棒控制器同传统的PID控制相比，可以保证良好的鲁棒性，对于各种气候条件都具有良好的适应性，但根据仿真计算结果，基于鲁棒控制的控制策略与传统控制策略相比，其调节品质改善并不显著。天花板辐射冷却面板、风机盘管与 100新风量的混合运行模式可以得到显着的节能减排效果，比传统的VAV控制系
14、统节能率高大约17.3%，但系统前期投资也更大，需要进行技术经济性比较。2中央空调控制的原理2.1中央空调系统的结构和原理中央空调系统是一种大型的对建筑物进行集中空气调节并进行管理的设备，一般由空气处理设备、送（回）风机、送（回）风通道、空气分配装置及冷、热源等组成。根据需要，它们能组成不同形式的系统。在工程实际中，应从建筑物的用途和性质，热湿负荷特点、空调机房面积和位置、初投资和运行维修费用等许多方面去考虑，选择合理的空调系统。气态制冷工质（如氟利昂）经压缩机压缩成高温高压气体后进入冷凝器，与水（空气）进行等压热交换，变成低温高压液态。液态工质经干燥过滤器去除水份、杂质，进入膨胀阀节流减压，
15、成为低温低压液态工质，在蒸发器内气化。液体气化过程要吸收气化潜热，而且液体压力不同，其饱和温度（沸点）也不同，压力越低，饱和温度越低。例如，1kg的水，在绝对压力为0.00087MPa，饱和温度为5，气化时需要吸收2488.7KJ热量；1kg的氨，在1个标准大气压力（0.10133MPa）下，气化时需要吸收1369.59KJ热量，温度可抵达-33.33。因此，只要创造一定的低压条件，就可以利用液体的气化获取所要求的低温。依此原理，气化过程吸取冷冻水的热量，使冷冻水温度降低（一般降为7）。制冷工质在蒸发器内吸取热量，温度升高变成过热蒸气，进入压缩机重复循环过程。2.2中央空调电机的软启动原理及应
16、用电压由零慢慢提升到额定电压，使电机启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。这就是软启动。电机的软启动可以通过软启动器或者变频器来实现。软起动器是一种集软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为SoftStarter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源
