基于PLC的中央空調(diào)水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化專業(yè)

1、 基于PLC的中央空調(diào)水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著人們生活質(zhì)量的普遍提高以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，中央空調(diào)也逐漸進(jìn)入了人們的視野，成為人們生活中重要的一部分，同時(shí)它所消耗的能量也引起了社會(huì)的關(guān)注，中央空調(diào)的節(jié)能問題成為了人們期待解決的關(guān)鍵問題。中央空調(diào)采用的變頻技術(shù)從一定程度上極大地減少了能量的損耗，采用變頻調(diào)速后，一方面成功的實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)，在另一方面也減弱了振動(dòng)和磨損，增長了電動(dòng)機(jī)的壽命。中央空調(diào)水泵變頻技術(shù)是中央空調(diào)節(jié)能降耗的一個(gè)有效途徑，而且也得到國家政策的支持，代表了今后空調(diào)行業(yè)節(jié)能技改的方向。這次所做的方案主要就是通過西門子S7-200系列的CPU226 作為控制元件來研

2、究并且設(shè)計(jì)中央空調(diào)水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)論文將會(huì)敘述變頻器和可編程控制器的工作原理，完成變頻器、可編程控制器等的選型和參數(shù)設(shè)置，重點(diǎn)完成PLC硬件電路圖和程序設(shè)計(jì)。中央空調(diào)水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性十分可觀，將會(huì)具有很好的前景和開闊的市場(chǎng)。該論文有圖43幅，表1個(gè)，參考文獻(xiàn)31篇。關(guān)鍵詞：中央空調(diào) 變頻調(diào)速 可編程控制器Central Air conditionings Water Pump Frequency Control of Motor Speed Control System Design Based on PLCAbstractWith the continuous pro

3、gress in science and technology and improvement of the quality of life, the central air conditioning has gradually entered the people's vision, which has become an important part of peoples life . At the same time ,the energy it consumes also caused concern in the community.The energy saving pro

4、blem of central air-conditioning has become the key problem that people expect to solve .Central air-conditioning system which is based on variable frequency technology in a certain extent greatly can reduce energy consumption., It adopts speed-adjusted system through frequency conversion ,which on

5、the one hand brings the success of the motor soft start,and on the other hand which also reduce the vibration and abrasion and prolongs the life of the motor. Central air-conditioning pump variable frequency technology is an effective way to save energy.Moreover，it has get the support of national po

6、licy and it has been on behalf of the future direction of energy-saving air-conditioning industry technical.This graduation design is mainly designed by Siemens S7-200 cpu226 which is used to control element for the research and design of central air conditioning water pump frequency control of moto

7、r speed control system. The design in this thesis will explains the principle ,model selection and parameter design of the converter and the programmable controller.The design will focus on the completion of PLC hardware circuit diagram and program design.The economy of the central air conditioning

8、water pump frequency conversion speed control system is very considerable which will have a very good prospect and open market.Key Words: Central Air Conditioning Variable Frequency Speed Control Programmable ControllerVI目 錄摘 要IAbstractII目 錄III1緒論11.1設(shè)計(jì)中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的意義11.2 變頻調(diào)速技術(shù)的簡單介紹11.3 本文的主要工作21.4 本

9、章小結(jié)32 中央空調(diào)系統(tǒng)方案42.1中央空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成42.2中央空調(diào)變頻控制系統(tǒng)的PID構(gòu)架42.3總體設(shè)計(jì)方案的確定52.4 本章小結(jié)63 設(shè)計(jì)中相關(guān)器件型號(hào)的選擇73.1可編程控制器型號(hào)的選擇73.2 I/O模塊型號(hào)的選擇103.3 溫度變送器型號(hào)的選擇113.4 變頻器的型號(hào)的選擇123.5 本章小結(jié)134 硬件部分設(shè)計(jì)144.1硬件系統(tǒng)的簡述144.2 PLC控制電路的模塊設(shè)計(jì)144.3 主電路模塊164.4熱電阻與EM231硬件連接圖174.5溫測(cè)模塊和水泵調(diào)節(jié)模塊174.6 本章小結(jié)185 系統(tǒng)軟件的梯形圖設(shè)計(jì)195.1 主程序設(shè)計(jì)195.2 PID控制的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)255.3 A/

10、D和D/A轉(zhuǎn)換模塊程序335.4中斷服務(wù)程序345.5本章小結(jié)36附錄1 電路圖38附錄2 梯形圖39附錄3 指令語句51附錄4 器件單64參考文獻(xiàn)65致 謝671緒論1.1設(shè)計(jì)中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的意義變頻調(diào)速在減少中央空調(diào)能耗達(dá)到節(jié)能的目的方面有著重要的作用，另一方面，它在我國提倡的的可持續(xù)發(fā)展上也做出了巨大的貢獻(xiàn) BG1002姚一鳴畢業(yè)設(shè)計(jì)D.大學(xué)生論文聯(lián)合比對(duì)庫,2014.4。在正常的情況下，中央空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量都是維持恒定不變的，而且，已經(jīng)安裝了空調(diào)的房間里面的濕度和透氣性會(huì)直接決定該房間的送風(fēng)量。不過，這種傳統(tǒng)的改變方式十分的消耗能量，現(xiàn)實(shí)意義存在一定的缺陷。現(xiàn)在經(jīng)過改進(jìn)后，當(dāng)空調(diào)

11、的負(fù)荷減少時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)通過頻率的變換來調(diào)節(jié)風(fēng)溫度也就是調(diào)節(jié)再熱量從而保持室內(nèi)溫度是恒定的1基于PLC的中央空調(diào)水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)-百度文庫J/OL.互聯(lián)網(wǎng)文檔資源,2012-9-22.。簡單來說，變頻空調(diào)就是在一般空調(diào)的基礎(chǔ)上增進(jìn)了變頻器也就是變頻系統(tǒng)。變頻器就是用來控制和調(diào)整壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)，讓它處于最佳的轉(zhuǎn)速狀態(tài)，從而能夠達(dá)到提高能效比（比常規(guī)的空調(diào)能夠節(jié)能20%30%）的目的。1.2 變頻調(diào)速技術(shù)的簡單介紹眾所周知，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)里面最主要的就是變頻器了。變頻器通常由功率主電路、控制電路和顯示及控制面板構(gòu)成 顧婧弘.西門子PLC組網(wǎng)的研究與實(shí)現(xiàn)D.見：內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士論文，

12、2014-6-6.。一般情況下，我們習(xí)慣性根據(jù)變換的方式來劃分變頻器的種類，具體如下：（1）交-交變頻器交-交變頻器是將輸入的交流電轉(zhuǎn)換成頻率能夠改變的目標(biāo)交流電，該類變頻器相比其他種類的變頻器略去了中間的間接環(huán)節(jié)，所以效率十分的高12。（2）交-直-交變頻器交-直-交變頻器是先將工頻交流電整流成直流電，再將直流電轉(zhuǎn)換成頻率和電壓都可以調(diào)節(jié)和控制的交流電，其又被稱為間接式變頻器。雖然這種變頻器多了一個(gè)中間直流環(huán)節(jié)，但是這種變頻器在進(jìn)行逆變過程的時(shí)候與其他類變頻器相比相當(dāng)容易控制，所以，在某些方面，交-直-交變頻器存在著明顯的優(yōu)勢(shì) 黃邢華.中央空調(diào)的PLC變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文D.大學(xué)生

13、論文聯(lián)合比對(duì)庫，2014.。 顧名思義，變頻器便是變頻，不過，由于異步電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)不同的時(shí)候，其在同樣的頻率下的速度也是不一樣的，也就是說調(diào)節(jié)的變化范圍也是不盡相同的，因此基于這種情況我們可以同時(shí)完成變頻和變極調(diào)速，這樣便能夠很大程度上提高它運(yùn)行的效率14。基于轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系公式，即： （1-1）式中：-轉(zhuǎn)速； -頻率； -電機(jī)磁極對(duì)數(shù)； -轉(zhuǎn)差率2。通過式(1-1)我們可以知道：在其他參數(shù)恒定不變的情況下，轉(zhuǎn)速和極對(duì)數(shù)是成反比的關(guān)系；在其他參數(shù)恒定不變的情況下，轉(zhuǎn)速和頻率呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系；在其他參數(shù)恒定不變的情況下，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率呈現(xiàn)斜率為負(fù)值的線性關(guān)系。如果先使得電機(jī)在50Hz的狀態(tài)下運(yùn)

14、行，之后通過改變頻率把頻率變成10Hz，那么電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速n將會(huì)改變，它會(huì)降為額定轉(zhuǎn)速也就是原來轉(zhuǎn)速的20%,即： （1-2） （1-3）因此，電機(jī)運(yùn)行在20Hz時(shí)的實(shí)際功率為： （1-4）則節(jié)約電能的差率為： （1-5）根據(jù)上面公式的計(jì)算結(jié)果我們可以知道，如果電機(jī)能夠以10Hz的頻率運(yùn)行工作，在理論上，電機(jī)消耗的功率僅僅占在以50Hz運(yùn)行時(shí)的0.8%左右12，此時(shí)，理論上的節(jié)約電能的差率將會(huì)高達(dá)99.2%，不過，實(shí)際上由于環(huán)境等客觀因素節(jié)約電能的差率會(huì)比理論值稍微低一點(diǎn)。總體來看，交流變頻調(diào)速能夠幫助人們省很大部分的電量，也有很可觀的經(jīng)濟(jì)效益。1.3 本文的主要工作本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是通過變

15、頻器和PLC技術(shù)來使得中央空調(diào)達(dá)到節(jié)約能量的效果,其中著重利用了閉環(huán)控制的PID運(yùn)算。系統(tǒng)方案采用測(cè)量模塊和溫度傳感器對(duì)冷凍水泵和冷凍水泵的水溫進(jìn)行測(cè)量以便進(jìn)行溫差的計(jì)算。如果計(jì)算出來的溫度小于0，表示室內(nèi)的溫度比較低，則應(yīng)該根據(jù)計(jì)算結(jié)果適當(dāng)?shù)販p小頻率來升高溫度中央空調(diào)系統(tǒng)_別墅低源熱泵空調(diào)EB/OL.互聯(lián)網(wǎng)文檔資源，2011-5-10.。如果計(jì)算出來的溫度差大于0，則應(yīng)該根據(jù)計(jì)算結(jié)果適當(dāng)?shù)卦龃箢l率從而增大轉(zhuǎn)速來降溫 深圳市四方電氣技術(shù)有限公司.中央空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能改造-方案應(yīng)用J/OL.中國工控網(wǎng)，2009-4-8.。綜上所述，本次設(shè)計(jì)主要通過溫度傳感器PT100來把溫度信號(hào)經(jīng)過變送器和A/

16、D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后傳送到PLC可編程控制器中進(jìn)行處理，然后通過可編程控制器以及變頻器來適當(dāng)?shù)馗淖冾l率從而改變電機(jī)的速度1。1.4 本章小結(jié)本章節(jié)主要重點(diǎn)介紹了中央空調(diào)水泵變頻調(diào)速的意義，并從變頻器的分類方面介紹了變頻調(diào)速技術(shù)，另外，本章節(jié)還明確了本次設(shè)計(jì)方案的主要工作，即通過冷卻水泵、冷凍水泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制利用PID運(yùn)算完成系統(tǒng)的變頻調(diào)速。2 中央空調(diào)系統(tǒng)方案2.1中央空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成具體的中央空調(diào)的組成框圖如圖2-1所示。 圖2-1 中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成從圖2-1中我們可以很直觀的看到，該構(gòu)成圖主要是由兩個(gè)閉環(huán)的循環(huán)系統(tǒng)組成的，左邊部分是冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，而右邊部分是冷卻塔循環(huán)系統(tǒng)，另外，者兩個(gè)循環(huán)系

17、統(tǒng)主要是由冷卻電機(jī)和冷凍電機(jī)作用的，這兩個(gè)電機(jī)在PLC的控制下通過變頻器的作用不斷的改變頻率從而來維持房間內(nèi)的溫度，系統(tǒng)中溫度的檢測(cè)主要是通過熱電阻來檢測(cè)。2.2中央空調(diào)變頻控制系統(tǒng)的PID構(gòu)架鑒于在現(xiàn)實(shí)生活中，在整個(gè)空間系統(tǒng)里，用戶的數(shù)量并不會(huì)維持不變，這就導(dǎo)致我們計(jì)算的理論壓差值會(huì)和現(xiàn)實(shí)情況下的值有差距，因此，中央空調(diào)變頻系統(tǒng)需要在原來循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加PID調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)的原理方框圖具體如圖2-2所示。圖2-2 系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理圖根據(jù)圖2-2可知，該調(diào)節(jié)方式是一個(gè)實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。差壓實(shí)測(cè)值經(jīng)過PID和設(shè)定值比較得出差壓值，差壓值通過負(fù)反饋經(jīng)由變送器又反饋給系統(tǒng)并和原來的差壓實(shí)測(cè)值

18、再次進(jìn)行PID的調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)的基本算法是： （2-2） 式中：-調(diào)節(jié)器的輸出； -比例時(shí)間常數(shù)； -差壓設(shè)定值()和差壓實(shí)測(cè)值()的差； -差壓積分時(shí)間常數(shù)； -差壓微分時(shí)間常數(shù)2。另外，這個(gè)調(diào)節(jié)的算法將會(huì)在S7-200型號(hào)CPU226中進(jìn)行。2.3總體設(shè)計(jì)方案的確定這次設(shè)計(jì)整體上將會(huì)通過PLC來實(shí)現(xiàn)變頻的功能。由于設(shè)計(jì)是以PLC為基礎(chǔ)的，所以設(shè)計(jì)中的大部分操作都會(huì)在PLC中完成。不過，要想完成整個(gè)設(shè)計(jì)方案，方案中還必須對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換、溫測(cè)以及變頻等功能進(jìn)行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)。整個(gè)設(shè)計(jì)相輔相成，缺一不可。設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖具體如圖2-3中所示。圖2-3 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖2.4 本章小結(jié)本章節(jié)主要對(duì)中央系統(tǒng)的構(gòu)成和中央

19、空調(diào)變頻控制系統(tǒng)的構(gòu)架進(jìn)行了闡述，尤其是變頻控制系統(tǒng)中的PID運(yùn)算，并根據(jù)這兩個(gè)方面確定了總體的設(shè)計(jì)方案，即通過對(duì)冷凍泵和冷卻泵的溫度進(jìn)行檢測(cè)和溫差進(jìn)行運(yùn)算，最終根據(jù)運(yùn)算結(jié)果調(diào)節(jié)頻率來調(diào)節(jié)水泵。3 設(shè)計(jì)中相關(guān)器件型號(hào)的選擇3.1可編程控制器型號(hào)的選擇3.1.1可編程控制器的介紹可編程控制器，英文翻譯表示為“Programmable Logic Controller”，簡稱PLC2辦公樓中央空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能改造方案-百度文庫J/OL.互聯(lián)網(wǎng)文檔資源，2012-6-19.。可編程控制器是一種來源于繼電器控制技術(shù)的以IT技術(shù)為核心的通用自動(dòng)控制裝置，一般用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)1。通過對(duì)內(nèi)存中的程序進(jìn)行掃描從而

20、實(shí)現(xiàn)把從輸入電路的過程中得到的信息轉(zhuǎn)換成我們所需要的有用的信息的過程，可編程控制器可以根據(jù)輸出電路的具體情況來控制負(fù)載4。可編程控制器在剛剛開始發(fā)展的時(shí)候，就因?yàn)樗目煽俊㈧`活和體積小的特點(diǎn)為人們所接受，并常常被人們用來取代繼電器的操作。隨著人們對(duì)可編程控制器的不斷研究和創(chuàng)新，可編程控制器成功的在微電子技術(shù)和IT技術(shù)的基礎(chǔ)上融入了單片機(jī)的自動(dòng)化特點(diǎn)，這意味著可編程控制器邁出了跨越性的一步2。（1） PLC的硬件組成部分 構(gòu)成PLC的硬件部分主要是中央處理單元也就是人們通常所稱的CPU模塊、存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O）電路、電源以及編程器等幾個(gè)部分2，具體如圖3-1所示。圖3-1 PLC的結(jié)構(gòu)框

21、圖 從圖3-1中可以看到，中央處理單元處于整個(gè)結(jié)構(gòu)的中心，是整個(gè)框圖中最重要的部分，另外，CPU與其他部分相輔相成，供電正常的情況下，CPU起控制的作用，輸入電路和輸出電路則在CPU的控制下輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，同時(shí)，CPU由根據(jù)編程器以及內(nèi)存中編程的信息對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試并儲(chǔ)存起來。（2）PLC的工作原理PLC常用的工作方式是循環(huán)掃描在給可編程控制器輸入程序的時(shí)候，用戶存儲(chǔ)器將會(huì)協(xié)助其來儲(chǔ)存輸入的程序，而且因?yàn)樗腃PU根本沒有辦法同時(shí)執(zhí)行幾個(gè)甚至是多個(gè)的操作，所以它的操作時(shí)分時(shí)的，也就是說在它每一個(gè)時(shí)刻只執(zhí)行一個(gè)操作2。CPU掃描程序的速度特別地快以至于人們下意識(shí)認(rèn)為它們是同時(shí)進(jìn)行的。這就是CP

22、U對(duì)程序的掃描，即按照分時(shí)原則和順序執(zhí)行程序的各種操作的過程。執(zhí)行掃描的時(shí)間即完成系統(tǒng)自檢管理、輸入、執(zhí)行用戶程序、輸出和通訊階段的時(shí)間就被稱為掃描周期。PLC基本的功能PLC有著各種各樣的指令語句，用戶可以根據(jù)自己所需要的情況來對(duì)不同的語句進(jìn)行定義，而且PLC的接口也是多種多樣的，因此，它具有以下的基本功能4：(a) 進(jìn)行邏輯處理的功能；(b) 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算的功能；(c) 能夠正確設(shè)置定時(shí)的功能；(d) 能夠高速運(yùn)行的功能；(e) 調(diào)用中斷處理的功能，也就是PLC能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型的內(nèi)外中斷；(f) 存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的功能；(g) 自我檢測(cè)和自我診斷的功能。也就是說，可編程控制器幾乎可以做到所

23、有普通小型計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)的功能。功能的多樣性使得可編程控制器被廣泛應(yīng)用增加里可能性。同時(shí)，可編程控制器的普及也成功地把自動(dòng)化行業(yè)帶入了一個(gè)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、進(jìn)行信息化通訊和智能操作控制的時(shí)代2。3.1.2 PLC型號(hào)的確定PLC的工程設(shè)計(jì)的選型是很重要的，安排和設(shè)計(jì)相關(guān)的控制系統(tǒng)需要選擇性能較高的可編程控制器。具體型號(hào)的確定將會(huì)根據(jù)以下幾個(gè)方面：（1）輸入輸出口點(diǎn)數(shù)的預(yù)估本次設(shè)計(jì)的PLC的CPU226需要的輸入點(diǎn)有6個(gè)，需要的輸出點(diǎn)有10個(gè)。出于需要預(yù)留一定的可擴(kuò)展余量的考慮，我們估算時(shí)往往會(huì)把余量的十分之一到五分之一的量也計(jì)入估算的范圍內(nèi)4，盡管如此，我們?nèi)匀恍枰獙?duì)估算的點(diǎn)數(shù)進(jìn)行園整，以防止出

24、現(xiàn)特殊情況。（2）內(nèi)存大小的預(yù)估其實(shí)，在設(shè)計(jì)階段，我們根本無法估計(jì)需要多大容量的存儲(chǔ)器，畢竟我們無法準(zhǔn)確得知所設(shè)計(jì)的程序的大小，只有調(diào)試完程序，我們才會(huì)知道程序的大小，進(jìn)而才能估算出需要多大容量的PLC。不過目前還沒有指定的公式來對(duì)它進(jìn)行估算。通常情況下，我們選擇按照以下的方式來估算： （3-1）式中：N-內(nèi)存的大小； k-系數(shù)，取值范圍是0.10.2； -可擴(kuò)展的余量； -輸入輸出的的點(diǎn)數(shù)。（3）型號(hào)的確定現(xiàn)在，不管是國內(nèi)還是國外的市場(chǎng)上到處都是不同類型不同特點(diǎn)的可編程控制器，這就需要我們擦亮眼睛從自己課題設(shè)計(jì)的具體角度出發(fā)來選擇PLC的機(jī)型。出于對(duì)設(shè)計(jì)整體的考慮，本次方案最終確定使用西門子

25、公司研發(fā)制造的S7-200系列的CPU226的可編程控制器。S7-200的PLC的具體特征和優(yōu)勢(shì)如下：(a) 極高的可靠性；(b) 極豐富的指令集；(c) 易于掌握；(d) 便捷的操作；(e) 豐富的內(nèi)置集成功能；(f) 實(shí)時(shí)特性；(g) 強(qiáng)勁的通訊能力；(h) 豐富的擴(kuò)展模塊。CPU226本機(jī)的具體特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為：它的集成的I/O點(diǎn)數(shù)很多，足夠分配使用，它有24個(gè)輸入以及16個(gè)輸出2，2個(gè)輸入/1個(gè)輸出一共3個(gè)模擬量I/O點(diǎn)，它能夠連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，數(shù)字量I/O點(diǎn)最大能夠擴(kuò)展到248路或模擬量I/O點(diǎn)最大能夠擴(kuò)展到35路。CPU226本機(jī)的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間是13K字節(jié)，它具有能獨(dú)立達(dá)到3

26、0KHz高速計(jì)數(shù)器6個(gè)、具有100KHz的高速脈沖輸出2個(gè)和RS-485通訊/編程口2個(gè)，另外它還具備PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊的能力。除了這些，本機(jī)還在之前的基礎(chǔ)上新增加了很多種不同的功能，比如模擬量I/O內(nèi)置、位控特性等等?？偟膩碚f，它是一款具有控制能力很強(qiáng)大的新型CPU。3.2 I/O模塊型號(hào)的選擇3.2.1 A/D模塊輸入型號(hào)的選擇生活中存在各種各樣的模擬量，這也在某種程度上促進(jìn)了模擬量在控制過程的應(yīng)用。A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入的信號(hào)并不是直接輸入的，而是要經(jīng)過傳感器的作用后改變的電平信號(hào)2。輸入的電平信號(hào)必須符合IEC的標(biāo)準(zhǔn)，它既可以是電流信號(hào)也可以是電壓信號(hào)，只要在標(biāo)準(zhǔn)

27、范圍內(nèi)即可。輸入的模擬量信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換后提供給主控模塊以處理數(shù)據(jù)和控制系統(tǒng)，這是模擬量輸入模塊的最基本功能4。在本次設(shè)計(jì)中，方案需要把該模塊和溫測(cè)模塊連接，設(shè)計(jì)要求將溫度測(cè)試模塊檢測(cè)到的溫度模擬量信號(hào)通過A/D模塊轉(zhuǎn)換后變成可以進(jìn)行控制的數(shù)字量信號(hào)。因此，本次設(shè)計(jì)最終確定該模塊使用西門子公司的EM231模塊。具體來說，結(jié)合本次設(shè)計(jì)的具體要求，方案確定EM231選擇單極性020mA的電流輸入類型，它的分辨率為5uA，開關(guān)SW1開啟，開關(guān)SW2開啟，而開關(guān)SW3將關(guān)閉。A/D轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)和電流信號(hào)的輸入/輸出關(guān)系的坐標(biāo)圖具體如圖3-2所示。 圖3-2 A/D轉(zhuǎn)換電壓信號(hào)和電流信號(hào)的輸入/輸出關(guān)系圖

28、3.2.2 D/A模塊輸出型號(hào)的選擇D/A轉(zhuǎn)換模塊是模擬量信號(hào)輸出的模塊，該模塊主要是把數(shù)字量的信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量的信號(hào)。該模塊是用來和冷卻電機(jī)以及冷凍電機(jī)的變頻器相連的，在通入直流電24V后可以進(jìn)行溫度檢測(cè)。結(jié)合本次設(shè)計(jì)，方案最終選擇西門子公司的EM232模塊。EM232模塊可以一次性完成幾個(gè)操作，速率很高。 D/A模塊的輸入/輸出的具體關(guān)系如圖3-3所示。 圖3-3 D/A轉(zhuǎn)換模塊電壓、電流的輸入/輸出關(guān)系從圖3-3中，我們可以看出來，無論是電壓關(guān)系還是電流關(guān)系，D/A模塊都呈現(xiàn)一個(gè)線性關(guān)系，不過，也存在一些不同，電壓關(guān)系是正比例關(guān)系，而電流關(guān)系則是有一個(gè)初值，而且盡管電流隨直線變化，但它的

29、值仍然都大于初始值+4mA。3.3 溫度變送器型號(hào)的選擇一般情況下，我們都會(huì)選擇主要元件構(gòu)成是熱電阻的溫度變送器。熱敏電阻的材質(zhì)通常為半導(dǎo)體或者是金屬氧化物。由于每個(gè)熱敏電阻存在不同的特性，熱面電阻又被分為三種不同的情況：隨著溫度的升高阻值降低的負(fù)溫度系數(shù)（又被稱為NTC）、隨著溫度升高阻值降低但是存在臨界狀態(tài)的臨界溫度系數(shù)（又被稱為CTR）、隨著溫度的升高阻值也增大的正溫度系數(shù)（又被稱為PTC） 上海大學(xué)，王兆義，楊新志.小型可編程控制器實(shí)用技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006. 23-28.。NTC、CTR和PTC的溫度和阻值的變化關(guān)系曲線如圖3-4所示: 圖3-4 3種系數(shù)的阻值和溫度

30、的關(guān)系PTC和CTR類型的熱敏電阻通常會(huì)被用來構(gòu)成溫度器件，這些器件往往在特定的溫度下電阻值需要急劇變化，但是，NTC適合的范圍相對(duì)比較寬，而PTC類型的熱敏電阻對(duì)溫度比較敏感，運(yùn)用范圍窄。通過對(duì)比，本次設(shè)計(jì)方案選用PTC下的體積小而且精度高的PT100溫度變送器，型號(hào)：RS3011。其中Pt100熱電阻的測(cè)量溫度范圍是：-50450。PT100溫度變送器的主要特性：（1）輸入溫度：-20+400 (本次設(shè)計(jì)選擇0+50的范圍）；（2）輸出的電流信號(hào)范圍：電流420mA；（3）精度的等級(jí)：達(dá)到0.2級(jí)，精度很高；（4）內(nèi)含線性化和長線補(bǔ)償功能12；（5）隔離耐壓：2500VDC(0.5mA,6

31、0S)12；（6）DIN35導(dǎo)軌安裝9；（7）性能非常地穩(wěn)定可靠9。3.4 變頻器的型號(hào)的選擇通常時(shí)候，我們都是根據(jù)需要變頻的電機(jī)的容量的大小來進(jìn)行變頻器的選擇的，當(dāng)頻率發(fā)生改變的時(shí)候，該變頻的電機(jī)的速度也會(huì)發(fā)生變化 梁金榮.論文D.大學(xué)生論文聯(lián)合對(duì)比庫，2013.。除此之外，在選擇變頻器的型號(hào)時(shí)，我們還需要把變頻器正常運(yùn)行時(shí)額定電流值放在考慮范圍內(nèi)，需要確保該值高于電機(jī)的額定值。變頻器的選擇視具體情況而定 邢小杰.中央空調(diào)變頻調(diào)速控制及保護(hù)系統(tǒng)的研究D.沈陽工業(yè)大學(xué)碩士論文，2006.。一般情況下，我們選擇根據(jù)電機(jī)的負(fù)載是連續(xù)的而且不變的情況來計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要的變頻器的容量 劉瑩.HOLL

32、IAS-LEC G3 PLC在樓宇空調(diào)中的應(yīng)用J.2010.(容量單位為k VA)，該方法的具體的計(jì)算公式為： （3-1）式中：負(fù)載所需的電機(jī)軸的輸出功率，單位是W； 電機(jī)的工作效率； 電機(jī)的功率因數(shù)； k 電流的波形的修正系數(shù)，進(jìn)行脈寬調(diào)制時(shí)k取1.05； 滿足設(shè)計(jì)要求的變頻器的需要的額定容量的大小。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)方案中采用的單臺(tái)水泵的輸出功率為3.7kW,對(duì)波形進(jìn)行脈寬調(diào)制，=3.7kW，=0.8512，=0.7512，把值代入上式中計(jì)算可得： 1.05×3.7/0.85×0.75=6.094kW根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知變頻器的容量必須要保證在6.094kW以上才能滿足系統(tǒng)方案的

33、設(shè)計(jì)要求，因此，方案最終確定變頻器選擇三菱公司的FR-A540系列，該系列的容量范圍是0.4kW55kW，完全能夠滿足設(shè)計(jì)的需要。另外，出于對(duì)安全性能等的考慮，設(shè)計(jì)采用一臺(tái)變頻器值控制一臺(tái)水泵的方案10，所以，本次方案設(shè)計(jì)最終決定選用該系列下的的FR-A540-7.5K-CH型號(hào)的變頻器。該型號(hào)下的變頻器的具體參數(shù)如下： （1） 適配電機(jī)的功率是7.5KW（AC380V，50Hz）；（2） 主要提供低壓；（3） 其內(nèi)部配置了1A+1B的濾波器進(jìn)行濾波作用；（4） 額定電流為9A；（5） 其通過PWM調(diào)制的方式來對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；（6）它的控制方式是磁通矢量控制方式2，這種方式調(diào)速5-50Hz

34、；（7）采用了ASIC回路，成功解決了電機(jī)在運(yùn)行速度比較低的時(shí)候旋轉(zhuǎn)可能出現(xiàn)的問題1；（8）能夠進(jìn)行擴(kuò)展，符合世界通信的標(biāo)準(zhǔn)2。這種型號(hào)的變頻器與其他型號(hào)的變頻器相比不僅在性能和價(jià)格方面都具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，而且在控制和通訊方面也很突出1。3.5 本章小結(jié)本章節(jié)主要任務(wù)是進(jìn)行器件的選擇，有可編程控制器、模擬量輸入與輸出模塊以及溫度變送器和變頻器的型號(hào)的選擇與確定，并且本章節(jié)還對(duì)方案中所選擇的相關(guān)型號(hào)的器件進(jìn)行了簡單的介紹。4 硬件部分設(shè)計(jì)4.1硬件系統(tǒng)的簡述 通過溫度變送器模塊將測(cè)溫元件的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mA 的可讀取的電流信號(hào)AIW0與設(shè)置的溫度進(jìn)行比較，再進(jìn)行PID運(yùn)算，然后，得出運(yùn)算

35、結(jié)果，通過這個(gè)運(yùn)算結(jié)果調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，水泵是通過變頻器控制的，因此，調(diào)節(jié)變頻器頻率就可以了，另外，程序有做系統(tǒng)運(yùn)行指示、變頻器報(bào)警以及故障復(fù)位等狀態(tài)。4.2 PLC控制電路的模塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案中的I/O分布具體如表4-1所示。 表4-1 I/O分布表模塊名地址號(hào)實(shí)現(xiàn)功能的描述器件CPU226I0.0冷卻電機(jī)變頻器發(fā)生故障時(shí)復(fù)位按鈕I0.1冷凍電機(jī)變頻器發(fā)生故障時(shí)復(fù)位按鈕I0.2系統(tǒng)啟動(dòng)工作按鈕I0.3系統(tǒng)停止運(yùn)行按鈕I0.4冷卻電機(jī)變頻器的復(fù)位按鈕I0.5冷凍電機(jī)變頻器的復(fù)位按鈕Q0.0冷卻電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻功能的啟動(dòng)繼電器Q0.1冷凍電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻功能的啟動(dòng)繼電器Q0.2冷卻電機(jī)變頻實(shí)現(xiàn)的復(fù)位輸出繼電器

36、Q0.3冷凍電機(jī)變頻實(shí)現(xiàn)的復(fù)位輸出繼電器Q0.4冷卻電機(jī)發(fā)生故障時(shí)報(bào)警（亮）指示燈Q0.5冷凍電機(jī)發(fā)生故障時(shí)報(bào)警（亮）指示燈Q0.6第一臺(tái)冷卻泵實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行繼電器Q0.7第一臺(tái)冷卻泵實(shí)現(xiàn)工頻運(yùn)行繼電器Q1.0冷凍泵實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行繼電器Q1.1冷凍泵實(shí)現(xiàn)工頻運(yùn)行繼電器方案的控制電路模塊由西門子S7-200系列的CPU226構(gòu)成，具體模塊電路如圖4-1所示： 圖4-1 PLC控制電路模塊從圖4-1中可以看到，給PLC通入24V的直流電源后將PLC的梯形圖程序下載到CPU226中后，該控制電路模塊可以進(jìn)行控制，例如：當(dāng)按下開關(guān)按鈕SB3后，系統(tǒng)將會(huì)運(yùn)行；當(dāng)冷卻電機(jī)的變頻器發(fā)生故障時(shí)，標(biāo)號(hào)為LED1的指

37、示燈會(huì)亮，此時(shí)按下SB1就可以將該故障變頻器進(jìn)行復(fù)位。4.3 主電路模塊 系統(tǒng)的主電路如圖4-2所示： 圖4-2 PLC主電路圖由圖4-2可見，主電路中有2個(gè)冷卻電機(jī)和1個(gè)冷凍電機(jī)，冷卻電機(jī)對(duì)應(yīng)冷卻泵，而冷凍電機(jī)則對(duì)應(yīng)冷凍泵。當(dāng)KM1常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，1#冷卻電機(jī)將會(huì)在工頻下運(yùn)行，當(dāng)KM2常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，1#冷卻電機(jī)則在變頻器的作用下變頻運(yùn)行；當(dāng)KM1和KM3都閉合時(shí)，2#冷卻電機(jī)工頻運(yùn)行，當(dāng)只有KM3常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，2#冷卻電機(jī)將會(huì)變頻運(yùn)行；當(dāng)KM4常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，冷凍電機(jī)將會(huì)變頻運(yùn)行。另外，通過KA1和KA3可以完成變頻器的啟動(dòng)，KA2和KA4則是復(fù)位功能。4.4熱電阻與EM231硬件連接圖

38、 PT100熱電阻變換器與EM231模塊的硬件連接圖如圖4-3所示: 圖4-3 熱電阻與EM231硬件連接圖從圖4-3中可以看到，EM231模塊和PT100熱電阻變換器以及Pt100熱電阻相連接，該連接電路成功的實(shí)現(xiàn)了輸入模塊的輸入轉(zhuǎn)換的作用，即將電阻值轉(zhuǎn)換成了電流信號(hào)。另外，PT100溫度變送器的具體連線方式也在上圖中可以看到。4.5溫測(cè)模塊和水泵調(diào)節(jié)模塊系統(tǒng)的溫度檢測(cè)模塊和水泵調(diào)節(jié)模塊電路圖如圖4-4所示： 圖4-4 溫度檢測(cè)模塊和水泵調(diào)節(jié)模塊電路圖如圖4-4所示，溫度檢測(cè)模塊和水泵調(diào)節(jié)的模塊主要是由EM232構(gòu)成，通過EM232和冷卻變頻器和冷凍變頻器的連接來調(diào)節(jié)水泵的頻率，從而能夠調(diào)節(jié)

39、水泵。4.6 本章小結(jié)本章節(jié)主要進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件部分的設(shè)計(jì)，硬件電路部分分為以下幾個(gè)模塊：PLC主電路模塊、控制回路模塊、熱電阻與EM231硬件連接模塊以及溫測(cè)模塊和水泵調(diào)節(jié)模塊。除了模塊的介紹，本章節(jié)還對(duì)I/O接口的分布進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。5 系統(tǒng)軟件的梯形圖設(shè)計(jì)本次系統(tǒng)軟件梯形圖設(shè)計(jì)主要是由初始化程序、主程序、PID調(diào)節(jié)程序以及中斷服務(wù)程序四個(gè)部分組成21121?；赑LC的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的軟件工作原理：PLC是變頻調(diào)速控制設(shè)計(jì)中的重要配置，系統(tǒng)中PLC主要是用來下載程序并進(jìn)行CPU的控制，通過把PLC和EM231還有EM232模塊相連，很大程度上減少了外部連線，給用戶帶來了極大的方便

40、10。另外，PLC運(yùn)行的時(shí)候，溫度輸入信號(hào)是由EM231提供的，而輸出信號(hào)是由EM232輸出的。并且在整個(gè)設(shè)計(jì)的程序中，PID調(diào)節(jié)的程序擔(dān)任著很重要的角色，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)PID調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的調(diào)節(jié)控制，從而對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過程序的編寫，本次設(shè)計(jì)還將加入了報(bào)警的功能。PLC軟件程序的編寫采用了容易使人理解的梯形圖語言編程方案。通常的情況下，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)是一種閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它主要是由變頻器實(shí)現(xiàn)的 何志勇.論P(yáng)LC在中央空調(diào)自控及節(jié)能領(lǐng)域中應(yīng)用J.建筑工程應(yīng)用與設(shè)計(jì)，2014（19）,1146.。因此，程序的中關(guān)于變頻調(diào)節(jié)的程序是非常重要的。在梯形圖設(shè)計(jì)中，中斷服務(wù)程序也是必不可少

41、的。另外，定時(shí)中斷INT0的中斷時(shí)間是200毫秒。5.1 主程序設(shè)計(jì)在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，PLC程序設(shè)計(jì)的最主要的也是最基本的要求就是完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最基本的頻率控制和調(diào)節(jié)的功能。分模塊來說，PLC程序設(shè)計(jì)共分為四個(gè)部分：（1） 控制部分 該模塊部分硬件主要是由開關(guān)按鈕組成，程序中則是通過控制語句來體現(xiàn)； （2） 指示燈燈光報(bào)警部分 這個(gè)部分的硬件是2個(gè)LED燈，在程序中通過互鎖等指令語句來使其在故障的時(shí)候能夠亮； （3） 變頻器給定部分 該模塊部分主要是進(jìn)行變頻器的給定，并且該部分能夠進(jìn)行工作模式的處理； （4） 變頻器設(shè)定模塊 該模塊部分主要是進(jìn)行對(duì)變頻器相關(guān)參數(shù)的設(shè)定并在信號(hào)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入PLC主

42、程序的設(shè)計(jì)。 PLC在通電運(yùn)行后，系統(tǒng)將會(huì)對(duì)下載的程序進(jìn)行掃描，掃描程序的過程是不斷循環(huán)的。并且，每次循環(huán)就是一次掃描，而每次掃描的時(shí)間就被稱為掃描周期10。掃描周期中，系統(tǒng)的程序?qū)?huì)完成輸入、輸出、自檢、通訊和中斷這五個(gè)部分 陳洪然.大型酒店空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制研究D.大連海事大學(xué)碩士論文，2013-9-1.。設(shè)計(jì)的主程序的梯形圖程序如圖5-1到圖5-12 。程序運(yùn)行時(shí)要對(duì)整個(gè)程序的溫測(cè)模塊初始化，避免出現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)存留之前的溫測(cè)參數(shù)而影響運(yùn)行結(jié)果。該程序當(dāng)SM0.1=on時(shí)，程序運(yùn)行：水泵進(jìn)行初始化運(yùn)行，另外系統(tǒng)程序?qū)⒎謩e把一個(gè)32位的實(shí)數(shù)通過不同的IN輸入傳送到所指的雙字長的各自的存儲(chǔ)單元中，即

43、MOVR 5.0，VD212得溫度增益、MOVR 0.2，VD216得溫度采樣、MOVR 2.5，VD220得溫度積分、MOVR 0.0，VD224溫度微分等。同時(shí)，溫差的測(cè)量也會(huì)隨著實(shí)數(shù)值得輸入而改變。具體程序見圖51和圖5-2：圖5-1 上電初始化程序 圖5-2 上電初始化程序 當(dāng)溫度測(cè)試后經(jīng)PID運(yùn)算的結(jié)果大于0，即M10.0為on時(shí)，變頻器啟動(dòng)，水泵開始運(yùn)行，具體程序見圖5-3。圖5-3 變頻器啟動(dòng)程序系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，在M10.0沒有接通的狀態(tài)下，掃描器分別將32000.0、0v的信號(hào)傳送給AC0和AQW2，如果M10.0接通了，程序?qū)?huì)發(fā)生跳轉(zhuǎn)，頻率會(huì)變化并且輸出，具體見圖5-4。圖5-

44、4 變頻器頻率輸出程序關(guān)于系統(tǒng)的啟停模塊程序，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，即I0.2為on的狀態(tài)時(shí)，并且冷凍水泵和冷卻水泵變頻沒有規(guī)章時(shí)，系統(tǒng)開始運(yùn)行工作；如果要系統(tǒng)停止，則可以按下停止按鈕I0.3；另外，當(dāng)冷卻水泵或冷凍水泵存在故障時(shí)，即I0.0和I0.1由接通變?yōu)閿嚅_時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)停止運(yùn)行。具體程序見圖5-5。圖5-5 啟動(dòng)停止程序當(dāng)M5.0為on時(shí)，1#冷卻泵啟動(dòng)，具體程序見圖5-6。 圖5-6 1#冷卻泵啟動(dòng)程序當(dāng)M6.0是on的狀態(tài)時(shí)，2#冷卻泵將會(huì)啟動(dòng)，具體程序見圖5-7。圖5-7 2#冷卻泵啟動(dòng)程序系統(tǒng)初始啟動(dòng)時(shí)，出于對(duì)冷卻泵運(yùn)行性能的保護(hù)，要確保冷卻泵能正常運(yùn)行在2050Hz之間，這就需要對(duì)

45、冷卻泵進(jìn)行復(fù)位操作，具體程序見圖5-8。 圖5-8 冷卻泵復(fù)位程序當(dāng)系統(tǒng)停止的時(shí)候，冷卻泵的變頻器同樣需要復(fù)位，具體程序見圖5-9。圖5-9 冷卻泵變頻器復(fù)位程序當(dāng)冷卻泵變頻器發(fā)生故障時(shí)，I0.0會(huì)處于接通狀態(tài)，Q0.4將會(huì)有輸出信號(hào)，冷卻泵變頻器會(huì)發(fā)出故障報(bào)警，具體見圖5-10。圖5-10 冷卻泵變頻報(bào)警程序當(dāng)冷凍泵變頻器發(fā)生故障時(shí)，I0.1會(huì)處于接通狀態(tài)，Q0.5將會(huì)有輸出信號(hào)，冷凍泵變頻器會(huì)發(fā)出故障報(bào)警，具體見圖5-11。圖5-11 冷凍泵變頻報(bào)警程序當(dāng)冷凍泵變頻器發(fā)生故障時(shí)，Q0.4會(huì)處于接通狀態(tài)，系統(tǒng)付為按鈕I0.4按下后，冷凍泵變頻器會(huì)發(fā)出故障報(bào)警，具體見圖5-12。圖5-12 冷

46、卻泵變頻故障復(fù)位程序當(dāng)冷凍泵變頻器發(fā)生故障時(shí)，Q0.5會(huì)處于接通狀態(tài)，系統(tǒng)復(fù)位按鈕I0.4按下后，冷凍泵變頻器會(huì)復(fù)位操作，具體見圖5-13。 圖5-13 冷凍泵變頻故障復(fù)位程序5.2 PID控制的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)PID控制在自動(dòng)控制的發(fā)展過程中是汗青上最為悠長、生命力最為頑強(qiáng)的基本控制方法。PID控制方式存在著被用戶需要的特性，具體如下：（1）它的算法相對(duì)比較容易，用戶很容易就能通過簡單的硬件和軟件的方式來實(shí)現(xiàn)2；（2）它具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，各種行業(yè)都需要用到1011 王校華.活性白灰回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線中PLC控制系統(tǒng)D.重慶大學(xué)碩士論文，2006-3-15. 羅建軍.淺析水廠變頻恒壓供水的PID控制問題

47、J.技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（2）.。正是因?yàn)镻ID的這兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，PID控制至今在控制方式中仍然是比較受歡迎的方式之一11 余德艷.變頻恒壓供水系統(tǒng)在尚嵇供水站中的應(yīng)用D.貴州大學(xué)碩士論文，2007-10-1.。溫度在日常的生活中是一個(gè)雖然平常卻又很重要的物理量，人們?cè)诤芏喾矫娑紩?huì)利用到溫度這個(gè)模擬量，這就要求我們對(duì)溫度的測(cè)量以及控制需要掌握的十分嫻熟 吳曹峰.論文D.大學(xué)生論文聯(lián)合比對(duì)庫，2013-5-16. 劉斌.論文D.大學(xué)生論文聯(lián)合比對(duì)庫，2014-5-21.，很長的一段時(shí)間以來，無論是國內(nèi)還是國外的為科技奮斗的工作人員都對(duì)溫度進(jìn)行了不斷地研究并制造出了許多不同種類的控制溫度的器件，比如生

48、活中很普及的性能比較完善的PID調(diào)節(jié)器以及智能化控制的PID調(diào)節(jié)器等等 朱葉菲.論文D.大學(xué)生論文聯(lián)合比對(duì)庫，2013-5-17. 劉峰.論文D.大學(xué)生論文聯(lián)合比對(duì)庫，2013-5-20. 鄭家浩.中央空調(diào)的PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)D.大學(xué)生論文聯(lián)合比對(duì)庫，2013-5-18.。普通規(guī)范下的PID控制系統(tǒng)的簡單的原理框圖如圖5-14所示，該部分的系統(tǒng)主要是由比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)和被控對(duì)象構(gòu)成的的閉環(huán)控制系統(tǒng)組成的14。 圖5-14 常規(guī)PID控制框圖PID控制的積分表達(dá)式為： （5-1）或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式： （5-2）式中 ： 比例系數(shù)； 積分時(shí)間常數(shù)； 微分時(shí)間常數(shù)211。根據(jù)Zieger與N

49、ichols兩人所提出的整定PID調(diào)節(jié)器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式可得14： （5-3） （5-4） （5-5） 式中：為系統(tǒng)開始振蕩時(shí)的K值； 為振蕩頻率2。利用MATLAB程序我們可以分別得出被控對(duì)象的PID整定參數(shù)：、。西門子公司S7-200系列的可編程控制器都有配套的編程軟件：STEP7-Micro/WIN32，這個(gè)軟件除了能夠在PC機(jī)上運(yùn)行，還可以給用戶程序的開發(fā)、編輯和監(jiān)控供以良好的編程環(huán)境。STEP7-Micro/WIN32除了提供PID指令的向?qū)В€指導(dǎo)用戶怎么樣對(duì)一個(gè)閉環(huán)控制過程的PID算法進(jìn)行定義以及如何通過編程軟件把算法自動(dòng)插入到主程序里11420 王鮮芳，杜志勇.PLC的PID指令在

50、變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用J.給水排水,2005（3）,101-104.。PID的組態(tài)設(shè)計(jì)包括以下的內(nèi)容：(l)將設(shè)計(jì)需要的回路編號(hào)確定下來11；(2)選擇儲(chǔ)存和放置參數(shù)控制表的最佳位置并對(duì)閉環(huán)控制的參數(shù)進(jìn)行選擇；(3)確定PID回路的輸入和輸出控制的參數(shù)1115 吳洋.基于PLC的含油污水站設(shè)計(jì)與研究D.見：東北石油大學(xué)碩士論文，2010-5-15.；(4)指定用于計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域 吳偉山.中央空調(diào)冷凍泵機(jī)組控制系統(tǒng)D.見：大學(xué)生論文聯(lián)合比對(duì)庫，2013-5-20.；(5)對(duì)初始化子過程以及中斷的名稱進(jìn)行規(guī)定 范潔瑩.基于PLC的四管道空調(diào)機(jī)組的控制D.見：大學(xué)生論文聯(lián)合比對(duì)庫，2013

51、.；(6)確定算法的稱號(hào)10141622 孫凱.論文D.見：大學(xué)生論文聯(lián)合比對(duì)庫，2013-5-17.。5.2.1 冷卻水系統(tǒng)的控制及PID調(diào)節(jié)程序冷卻水系統(tǒng)是一個(gè)不斷循環(huán)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過不停地進(jìn)行熱量的交換來使得冷卻水管道內(nèi)水的溫度降低在之前設(shè)定的溫度值范圍內(nèi)，也就是說，冷卻泵變頻器必須根據(jù)設(shè)定的下限頻率進(jìn)行控制2。若溫差大，即表示該部分頻率在下限頻率之下，也就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速比較慢，該部分應(yīng)該通過PID調(diào)節(jié)控制變頻器輸出使溫度下降和頻率升高，從而確保電機(jī)的轉(zhuǎn)速增大；反之，則下調(diào)頻率11 孫文志.中央空調(diào)的變頻調(diào)速方案及節(jié)能機(jī)理J.見：遼寧師專學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005（4）,69-

52、71.。如果溫差大于設(shè)定值，那么系統(tǒng)將會(huì)對(duì)頻率進(jìn)行無極上調(diào)；反之，系統(tǒng)則會(huì)選擇無極下調(diào)115 劉桂恒,劉委.變頻調(diào)速技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用淺析J.見：科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（24）,119.。冷卻水的閉環(huán)控制系統(tǒng)款圖具體見圖5-15，冷卻水系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)的流程圖具體見圖5-15。圖5-15 冷卻水的閉環(huán)控制系統(tǒng)具體框圖正如圖5-15中所見，溫度設(shè)定值通過溫度調(diào)節(jié)器、變頻器、電機(jī)、冷卻水泵一依次傳輸，冷卻水泵、蒸發(fā)器和冷卻塔之間構(gòu)成了一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，而從冷卻水泵和蒸發(fā)器輸出的部分熱量則通過閉環(huán)系統(tǒng)反饋到溫度調(diào)節(jié)器中調(diào)節(jié)。圖5-16 冷卻水PID調(diào)節(jié)程序流程圖正如圖5-16中所見，當(dāng)冷卻水系統(tǒng)通過PID運(yùn)算后的過程變量大于設(shè)定值時(shí)，電機(jī)才會(huì)正常運(yùn)行，才會(huì)有PID控制值輸出；當(dāng)運(yùn)算后的過程變量大于或等于設(shè)定值以及電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，將會(huì)由備用電機(jī)工作代替運(yùn)行。冷卻水系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)的具