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1、机电控制与可编程程序控制器技术课程设计任务书课题名称：plc在中央空调上的应用学校：专业：姓名：学号：1 绪 论1.1 选题背景及研究意义随着国民经济的发展和人民生活水平的同益提高，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。如今，人们对中央空调系统提出新的要求就是舒适节能，要求在能耗更低的情况下保持室内合适的温度、湿度，让使用者感觉最舒适。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以实现节能、舒适的目的。据统计，中央空调的用电量占各类大厦总用电量的60以上，其中，仅水泵的耗电量约
2、占到空调系统耗电量的2040，存在巨大的能源浪费。传统的设计中，中央空调的制冷机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统、盘管风机系统等的容量基本是按照建筑物最大制冷、制热负荷或新风交换量需求选定的，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，如何控制空调系统的电能费用己经成为越来越多空调的经
3、营管理者所关注的问题。故采用变频调速技术节约低负荷时主压缩机系统和水泵的电能消耗，具有极其重要的经济意义。1.2 PLC控制国内外发展现状1.2.1 PLC的发展历程 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable ,是世界上公认的第一
4、台PLC. 限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为
5、Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年
6、增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长
7、足的发展。 21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统D
8、CS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。 1.2.2 PLC控制国外发展现状分析目前，世界上有200多家PLC厂商，400多种的PLC产品，PLC产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品。一个是欧洲产品，一个是日本产品。1.欧美PLC主要生产厂家及产品性能：（1）美国通用电气公司GE-系列PLC,GE公司的代表产品是：小型机：GE-1,GE-1/J,GE-1/P中型机：GE-大型机：GE-（2）德国西门子（SI
9、EMENS）公司S系列PLC德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金，化工，印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的P LC产品包括LOGO,S7-200,S7-300,S7-400,工业网络，HIM人机界面，工业软件等。超小型：SIMATIC S7-200 PLC中型：SIMATIC S7-300 PLC工业通讯网络（SIMATIC NET）人机界面（HIM）硬件SIMATIC S7 工业软件：编程工具，基于PC的控制软件，人机界面软件2.日本PLC主要生产厂家及产品性能：（1）日本三菱公司PLC小型：F1/F2/FX系列大中型：A系列
10、，QnA，Q系列（2）日本立石（OMRON）公司PLCSYSMAC C系列PLC整体式结构的微型PLC机是以C20P为代表的机型OMRON中型机以C20H系列最为典型（3）日本松下公司PLC松下公司的PLC产品中，FPO为微型机，FP1为整体是小型机，FP3为中型机，FP5/FP10S（FP10的改进型），FP20为大型机，其中FP20是最新产品。1.2.3 国内近几年PLC控制的发展由于计算机网络技术和集成电路的迅速发展，PLC向小型化、微型化和高速化发展。在应用中，PLC可与上位机联网，也可下挂PLC，组成分布式控制系统。PLC已广泛应用于冶金、电力、石油、化工、建材、机械、轻工、食品、市
11、政、交通和军工等行业。 据美国FROST&SULLIVA公司的报告，全球PLC从1993年的39亿美元上升到2000年的76亿美元，由占工控机市场的46%上升到50%。 1995年国内市场销售PLC约为6.6万套，其中国产1.6万套，约为4800万人民币，进口约5万套，约有7000万美元；1996年国内市场销售约为9万套，其中进口8万套，总计约合人民币15亿元。专家估计，2000年PLC的国内市场销售达到15-20万套，约25-35亿元，其中进口占90%左右。上述数据表明：我国PLC市场几乎被国外产品占领，国内PLC产品的市场占有率不足10%。（以上PLC统计数据包括小型PLC） 据专家估计，
12、国内PLC产品的年增长率为12%，以满足石油、化工、电力、市政等行业技改的需要，到2005年全国PLC需求量将达到25万套左右，约人民币35-45亿元。 PLC产品的主要生产厂家 目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多个品种。主要的国外生产厂家包括Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE、富士、日立、光洋等等。据电子部98年调查结果表明，国内应用Siemens产品的用户占20.8%，Modicon占14%左右，A-B14%左右，OMRON14%占14左右，三菱8.3%，GE6.25%，富士4.2%；其他（日立、光洋等）4%。 目前，我国的PLC生产有一定的发展
13、，小型PLC的有些品种已批量生产，中型PLC已有产品，大型PLC也开始研制，合资企业得到发展，有的产品不仅供应国内市场，而且还有出口。国内PLC形成产品化生产的企业约30多家，年产量超过1000台的不到10家。主要有苏州机床电器厂、上海香岛机电制造有限公司、机械部北京机械工业自动化所、江苏嘉华实业有限公司、苏州电子计算机厂、杭州机床电器厂、辽宁无线电二厂等。国内产品的市场占有率不到10%。 从以上数据可知，国内PLC产品仍以国外产品为主，并以Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的产品为主。 技术发展趋势 开放式的设计和网络成为主流；PLC技术正与PC技术融合；系统控制
14、向分散发展；容错系统；小型化、智能化。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。目前中国PLC市场主要厂商为Siemens、Mitsubishi、Omron、Rockwell、Schneider、GE-Fanuc等国际大公司，欧美公司在大、中型
15、PLC领域占有绝对优势，日本公司在小型PLC领域占据十分重要的位置，韩国和中国台湾的公司在小型PLC领域也有一定市场份额，中国大陆PLC厂商的市场份额几乎可以忽略。 大型PLC的目标用户在选用PLC时一般不会把价格作为首要考虑因素，而是更关注产品性能、质量和品牌，对价格不是十分敏感，故日本产品很难进入该领域。韩国和中国台湾的产品从一开始就是模仿日本产品，基本沿袭日本产品的技术路线，其在中国的市场策略、行业影响基本是步日本厂商的后尘，只不过比日本产品滞后一段时间。 对中、小型PLC的目标用户而言，市场上主要厂商的PLC产品均能满足其要求，所以在产品选型时价格是十分重要的因素。因此，日本产品在该领
16、域占有绝对优势。Siemens在推出新一代小型PLC产品S7200后其价格与日本产品相差不大，最近几年其小型PLC的市场增长迅速，已经与日本主要产品（Mitsubishi和Omron）在小型PLC领域取得了类似的市场地位。近年来，由于具有明显的价格优势，中国台湾的部分PLC厂商在小型PLC领域发展势头十分强劲，抢占了原来日本产品的一部分低端市场。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。1.3 本文的主要研究内容PLC在中央空调中的应用可以从2个方面考虑，一方面是中央空调系统原理分析及控制要求；另一方面是可编程控制器(PLC)系统的设计。各章节的主要内容如下：第一章绪论：阐述了PLC的发展和研究现状；提出了论文的研究
