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1、摘 要本温度控制器设计采用变频器、PLC、温度传感器等器件的有机结合，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能目的。该系统采用西门子的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，从而最大程度的解决能源浪费问题。本设计通过采用基于 USS 协议的RS-485总线通讯的网络，通过西门子 TD200文本显示器实现人机界面的设计，使用 MCGS 工控组态软件，对系统进行理论分析。通过分析该设计，验证了该设计的可靠性，可以解决中央空调温度控制器的能源浪费问题。关键词：中央空调
2、温度控制器，PLC，PID，变频器ABSTRACTThis design is developed based on the combination of frequency converter, PLC, temperature sensor. It makes up a temperature difference closed-loop automatic control system and automatically adjust the output flow of pump to achieve energy saving. The system adopts the Sieme
3、ns S7-200 PLC as the main control unit, using the traditional PID to control algorithm, using Siemens MM440 inverter to control of pump speed, to guarantee system adjust load flow according to actual situation. All of these will bring out constant temperature control, so as to solve the problem of e
4、nergy waste to a great extent.This design use RS - 485 bus communication networks which is based on USS protocol and using the Siemens TD200 to realize the human-computer interface design, and using the software made from MCGS, to carries on the theoretical analysis to the system. Verified the relia
5、bility of the design, the design can solve the problem of central air conditioning energy waste through the analysis of the design.KEY WORDS: The central air conditioning, PLC, PID, frequency converter目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 中央空调温度控制器的发展11.1.1 中央空调温度控制器现在状况11.1.2 中央空调温度控制发展趋势11.2 本设计的意义11.2.1 设计
6、的主要内容11.2.2 设计的意义2第2章 中央空调温度控制器系统介绍32.1 中央空调温度控制器结构32.1.1 中央空调温度控制器概述32.1.2 中央空调温度控制器结构32.2 中央空调温度控制器系统工作原理42.2.1 制冷原理42.2.2 工作原理42.2.3 中央空调温度控制器的控制原理42.3 中央空调温度控制器的评价52.4 本章小结5第3章 中央空调温度控制器控制系统的硬件设计63.1 变频器63.1.1 变频器的介绍63.1.2 变频调速的原理63.1.3 变频器的选择93.1.4 使用注意的问题103.2 电机的软启动原理及应用113.2.1 软启动的介绍113.2.2
7、软启动工作原理113.2.3 软启动的优点113.2.4 软启动与变频器的对比123.3 PLC选型123.3.1 PLC的工作原理123.3.2 西门子S7200介绍133.4 温度传感器143.5 温度变送器153.6 人机界面选型方案153.7 总体硬件设计163.8 本章小结18第4章 软件设计204.1 PID控制204.1.1 PID控制简介204.1.2 PID参数整定204.1.3 对中央空调温度控制器的PID控制214.2 应用软件STEP7214.3 plc编程224.3.1 程序流程图224.3.2 中央空调温度控制器控制系统的I/O分配表244.3.3 程序中使用的存储
8、器及其功能254.3.4 中央空调温度控制器温度控制系统程序254.4 设备通讯264.4.1 RS-485介绍264.4.2 USS协议软件与S7200间的通讯264.5 MCGS组态软件274.5.1 MCGS组态软件简介274.5.1 MCGS组态画面274.6 本章小结29第5章 结 论30致 谢31参考文献32附 录33第1章 绪论1.1 中央空调温度控制器的发展1.1.1 中央空调温度控制器现在状况中央空温度控制器调行业现在存在着巨大的竞争，这种竞争是产品革新所产生的，产品革新主要围绕低碳环保进行，低碳环保在这个时代有着很重大的意义。传统的中央空调温度控制器在这个时代已经没有竞争力
9、，这个行业要想在这个时代生存下去或者有进一步的发展，必须要开发新市场。最近几年，中央空调温度控制器企业在变频多联机市场和单元机市场以及离心机市场等领域进行创新，引发了在中央空调温度控制器领域的进一步的发展。在中央空调温度控制器领域，如何进一步节能，如何更好的满足人们的需求，就会在这个领域会有很大的发展，成为这个行业的领跑者。1.1.2 中央空调温度控制器发展趋势中央空调温度控制器变频节能是未来的发展目标，它是提高人们生活质量的首要的发展方向。“以人为本”是社会发展的基础，对于这个行业也是一样的。变频技术就是根据人们的需要而产生的，技术的发展是人类需求和技术发展的内在动力，所以，中央空调温度控制
10、器的变频节能就是要根据人们的需求，满足社会的发展而开展技术研究、开发和应用。中央空调温度控制器变频技术的发展基础是低碳节能和保护环境。人们生活水平的提高经常是以牺牲环境为代价的，我们对此都有深刻的体会，低碳节能成为经济发展的要求，中央空调温度控制器变频节能的未来发展要服从这个大局。提高中央空调温度控制器系统的自动化水平，降低能源浪费，必须要提高中央空调温度控制器压缩机系统和末段系统的运行的安全性和经济性。持续发展是中央空调温度控制器变频节能技术发展的目标，变频技术同人居环境的和谐发展是建立在节约型社会的技术上，中央空调温度控制器的发展要对环境的影响尽量减少，使人们与环境和平共处，真正的实现中央
11、空调温度控制器行业的可持续发展。1.2 本设计的意义1.2.1 设计的主要内容本文首先对中央空调温度控制器的发展进行了概述，论述了变频节能的重要性。本设计采用传统PID控制，构成温差闭环自动控制系统，通过变频器，实现自动调节水泵的输出流量达到节能目的。本设计采用S7-200可编程控制器作为主控制单元，对基于USS通信协议的RS-485总线控制系统进行了研究，并且进行了组态设计，最终设计并验证了中央空调温度控制器变频节能控制系统。研究工作的具体内容如下：(1)中央空调温度控制器结构和工作原理的分析。(2)中央空调温度控制器系统变频控制分析。(3)PLC的介绍及应用。(4)PID控制理论分析。(5
12、)设计了基于RS-485网络的控制系统。(6)组态设计。(7)文中对冷冻水机组的控制系统进行了硬件和软件的设计，采用西门子TD200文本显示屏作为人机界面，西门子S7-200 PLC作为主控制器，用一台变频器结合工频供电的方式灵活驱动冷冻水机组的三台水泵。1.2.2 设计的意义本次控制系统的设计能有效地控制中央空调温度控制器的主机和系统工作效率，达到降低能耗的目的。中央空调温度控制器进行节能技术改造后，一年的平均节电率大约会在30%以上，设计采用一台变频器控制三台水泵，每台水泵都可以软启动，大大的降低了对中央空调温度控制器和电网的冲击。设计中引入了软启动,不会影响启动时的制冷效果，因为软启动的
13、时间只有几秒。此外，空调冷水系统采用温差闭环控制和自动调节，这可大大的改善空调的舒适性。节能系统还具有过流保护功能,提高系统的安全可靠性。第2章 中央空调温度控制器系统介绍2.1 中央空调温度控制器结构2.1.1 中央空调温度控制器概述常见的中央空调温度控制器主要分为单冷型管路系统和热泵型管路系统。单冷型管路系统是只在夏季工作，即制冷产生热量；热泵型管路系统既能产热又能制冷。二者的主要区别只是热泵型管路系统多了电动四通阀的装置，来调节中央空调温度控制器制冷剂的循环方向。本文设计是单冷型管路系统。中央空调温度控制器系统由空气调节系统和冷热源系统组成。冷热源系统是中央空调温度控制器系统至关重要的部
14、分，其结构、运行方式、种类等直接影响了中央空调温度控制器在运行中的合理性、高效性、经济性。2.1.2 中央空调温度控制器结构中央空调温度控制器系统主要由主机、制冷剂循环系统、风机盘管系统及控制系统组成。主机由压缩机、冷凝器和蒸发器组成；风机盘管系统为房间输送冷气；制冷剂循环系统由冷冻循环系统、冷却循环系统组成。最典型的中央空调温度控制器系统的结构。如图2.1所示。制冷剂循环系统是能量的主要传递者。所以，中央空调温度控制器控制系统重要组成部分是对制冷剂循环系统的控制。图2.1 中央空调温度控制器结构2.2 中央空调温度控制器系统工作原理2.2.1 制冷原理气态制冷剂经压缩机成为高温高压液体后进入
15、冷凝器，与水或空气进行等压热交换，变成低温高压液态。液态制冷剂经干燥过滤器除去水份等杂质，进入膨胀阀节流减压，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。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1。2.2.2 工作原理工程中常用的是蒸汽压缩式制冷循环。它是由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器组成。通过制冷循环制冷工质不断吸收周围空气或物体的热量，从而使室温内温度的降低，从而达到制冷的目的。工作原理流程图如图2.2所示.图2.2 中央空调温度控制器流程图2.2.3 中央空调温度控制器的控制原理 每个房间都会有独立的温度控制器，用户可根据自己的需要来设定室内的温度。温度传感器能
