基于PLC的中央空调控制系统设计.doc

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1、-#摘 要 中央空调现已广泛的应用在各大商场、办公大厦等场所中，传统控制系统中在控制较适宜的温度的同时，却消耗了大量的能量。如今，人们越来越重视中央空调的舒适性和节能性，本文重点研究了中央空调控制系统，为舒适的生活工作环境及有效节能提供了技术条件。本文主要介绍了中央空调的主要组成，分类以及工作原理；介绍了中央空调的控制技术的特点、 结构和类型；以某酒店的设计要求分析了中央空调的控制要求，给出了其设计流程图，编写了PLC 梯形图，设计中央空调的PLC 控制系统，并进行调试运行；再利用WinCC flexible，设计中央空调的监控系统。整个调试运行结果验证了，上位机WinCC flexible和

2、现场PLC 能实现互控，整个监控系统功能完善，操作简单。该系统采用西门子的S7300PLC作为主控制单元，利用传统 PID 控制算法，通过现场PLC控制水阀开度，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。最后通过西门子WinCC flexible显示器实现人机界面的设计，人机界面包括系统工作流程图、设备启/停控制、状态显示、趋势曲线及报警显示等完善功能。最后使用 WinCC工控组态软件进行了系统的组态。关键词：中央空调；PLC；WinCC flexible；AbstractCentral air conditioning has been widely used

3、 in major shopping malls, office buildings and other places, the traditional control system in the control of suitable temperature at the same time, it consumes a lot of energy. Nowadays, people pay more and more attention to central air conditioning comfort and energy efficiency, this paper focuses

4、 on the research of central air conditioning unit control system, for comfortable living and working environment and effective energy-saving provide technical conditions.This paper mainly introduces the main composition of central air-conditioning, classification and working principle. It introduces

5、 the control technology of central air conditioning the characteristics, structure and type. It analyzes the central air conditioning control requirements of someone hotel, gives the design flow chart, write PLC ladder diagram, the design of central air-conditioning and PLC control system, test and

6、operation. The central air-conditioning monitoring system is designed. The debug operation results verified, PC-WinCC and on-site PLC can realize mutual control, the whole monitoring system has perfect-function and simple-operation.The system adopts Siemens S7-300PLC as the main control unit, by usi

7、ng the traditional PID control algorithm, through the PLC control valve location, ensure the system according to the actual load adjusting flow, to achieve constant temperature control, but also can save a lot of energy. Siemens WinCC flexible display is realized through the man-machine interface de

8、sign, Based on PLC and WinCC flexible Configuration the air-conditioning monitoring system is developed whose functions cover a wide range from display of working states of the system control of equipment start-to-stop processes display of trend curve to data and alarm display. finally using the Win

9、CC configuration software for system configuration design.Key words： Central air conditioning；PLC；WinCC flexible目 录摘 要I1 绪论11.1 中央空调系统简介11.2 中央空调构成及工作原理21.3中央空调输送部分设备31.4中央空调发展41.5本课题意义及主要内容62 中央空调的控制技术82.1中央空调控制系统简介及特点82.2中央空调控制系统的结构82.3中央空调的控制技术102.4中央空调系统中监控系统123 中央空调监控系统的PLC设计143.1可编程序控制器PLC概述14

10、3.2 PLC的分类143.3 PLC的特点143.4 PLC的基本组成143.5 SIMATIC Manager的应用介绍163.6中央空调系统的PLC设计173.7中央空调系统的程序设计184 中央空调系统的监控设计274.1 WINCC FLEXIBLE简介274.2 人机界面设计274.3中央空调控制系统的监视与控制30结 论33致 谢34参考文献35附录1：梯形图程序36附录2：PLC TECHNIQUE521 绪论1.1 中央空调系统简介中央空调概念：空气调节（简称空调），就是把经过一定处理后的空气，以一定的方式送入室内，使室内的温度、相对湿度、清洁度和流动速度等控制在适当的范围内

11、以满足生活舒适和生产工艺需要的一种专门技术。中央空调系统是由一台主机（或一套制冷系统或供风系统）通过风道送风或冷热水源带动多个末端的方式，来达到室内空气调节的目的的空调系统。1.1.1中央空调的分类（1） 按负担室内热湿负荷所用的介质可分为：1）全空气式空调系统：中央空调系统由集中空气处理设备对空气进行处理（制冷或制热），处理后的空气送至房间，这种系统称为全空气式空调系统。全空气式空调系统以空气为输送介质，它利用室外主机集中产生冷热量，将从室内引回的回风（或回风和新风的混风）进行冷却/ 热处理后，再送人室内消除其空调冷热负荷。 全空气空调系统的优点是配置简单，初始投资较小，可以引入新风，能够提

12、高空气质量和人体舒适度。2）全水式空调系统：空调房间内的热（冷）湿负荷全部由水负担的空调系统，称为全水式空调系统。全水式空调系统的输送介质通常为水。它通过室外主机产生出空调冷/热水，由管路系统输送至室内的各末端装置，在末端装置处冷/热水与室内空气进行热量交换，产生出冷/热风，从而消除房间空调冷/热负荷。该系统的室内末端装置通常为风机盘管。目前风机盘管通过旁通阀调节经过盘管的水量（可以调节其风机转速），从而调节送人室内的冷热量，因此可以满足各个房间不同需求，其节能性也较好。一般用于房间较多并且使用时间不尽相同的场合，如酒店客房、KTV、小会议室、饭店包间等等。3）空气水式空调系统： 空调房间内的

13、热湿负荷由水和空气共同负担的空调系统，称为空气水式空调系统。其典型的装置是风机盘管加新风系统。空气水式空调系统是由风机盘管或诱导器对空调房间内的空气进行热湿处理，而空调房间所需要的空气由集中式空调系统处理后，再由送风管送入各空调房间内。（2）按空气处理设备的情况分类 1）集中式中央空调系统：集中式空调系统是指在同一建筑内对空气进行净化、冷却（或加热）、加湿（或除湿）等处理，然后进行输送和分配的空调系统。 集中式空调系统的特点是空气处理设备和送、回风机等集中在空调机房内， 通过送回风管道与被调节空气场所相连，对空气进行集中处理和分配；集中式中央空调系统有集中的冷源和热源，称为冷冻站和热交换站；其

14、处理空气量大，运行安全可靠，便于维修和管理，但机房占地面积较大。2）半集中式空调系统：半集中式空调系统又称为混合式空调系统，它是建立在集中式空调系统的基础上，除有集中空调系统的空气处理设备处理部分空气外，还有分散在被调节房间的空气处理设备，对其室内空气进行就地处理，或对来自集中处理设备的空气再进行补充处理，如诱导器系统、风机盘管系统等。这种空调适用于空气调节房间较多，而且各个房间空气参数要求单独调节的建筑物中。1.2 中央空调构成及工作原理 中央空调系统的基本组成形式可分为三大组成部分：冷热源系统、输送系统（水泵系统及管道）和空调末端机组设备。1.2.1中央空调的冷热源系统(1)中央空调制冷系

15、统空调用制冷技术属于普通制冷范围，主要是采用液体汽化制冷法。（主要是利用液体汽化过程要吸收比潜热，而且液体压力不同，其沸点也不同，压力越低，沸点越低。）根据热量从高温物体向低温物体转移的不同方式，可分为：蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷。生活中常用的是蒸汽压缩制冷，蒸汽压缩制冷大致可分为两类：风冷式和水冷式。风冷式：风冷式冷水机组利用壳管蒸发器使水与冷媒进行热交换，冷媒系统在吸收水中的热负荷，使水降温产生冷水后通过压缩机的作用使热量带到翅片式冷凝器，再由散热风扇散失到外界的空气中（风冷却）。水冷式：水冷式冷水机组利用壳管蒸发器使水与冷媒进行热交换，冷媒系统在吸收水中的热负荷，使水降温产生冷水后通过压

16、缩机的作用将热量带至壳管式冷凝器，由冷媒与水进行热交换使水吸收热量后通过水管将热量带出外部的冷却塔散失（水冷却）。冷水机组的主要由制冷压缩机（吸收器发生器）、冷凝器、蒸发器和节流部件四个基本部件组成，它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断循环流动，发生状态变化与外界进行热量交换。空调制冷系统工作原理：开始时由压缩机吸入蒸发制冷后的低温低压制冷剂气体，然后压缩成高温高压气体送冷凝器；高压高温气体经冷凝器冷却后使气体冷凝变为常温高压液体；当常温高压液体流入热力膨胀阀，经节流成低温低压的湿蒸汽，流入壳管蒸发器，吸收蒸发器内的冷冻水的热量使水温度下降；蒸发后的制冷剂再吸回到压缩

17、机中，又重复下一个制冷循环。 (2) 中央空调制热原理 中央空调制热，其实就是通过四通阀，将制冷剂的流向进行转换，使得原来的蒸发器变为冷凝器，原来的冷凝器变为蒸发器。其原理和制冷还是一样的。四通换向阀主要由四通气动换向阀（主阀）、电磁换向阀（控制阀）及毛细管组成，。主阀内由滑块、活塞组成活动阀芯，主阀阀体两端有通孔可使两端的毛细管与阀体内空间相连通，滑块两端分别固定有活塞，活塞两边的空间可通过活塞上的排气孔相通。控制阀由阀体和电磁线圈组成。阀体内有针型阀芯。主阀与控制阀之间有三根（或四根）毛细管相连，形成四通换向阀的整体。主机主要有四大部件，它们分别是压缩机、冷凝器、蒸发器和节流部件。 压缩机

18、是整个空调系统的核心，也是系统动力的源泉。整个空调的动力，全部由压缩机来提供，压缩机就相当于把一个实物由低势位搬到高势位地方去，在空调中它的目的就是把低温低压的气体通过压缩机压缩成高温高压的气体，最后气体在换热器中和其他的介质进行换热。所以说压缩机的好坏会直接影响到整个空调的效果。冷凝器的作用是将压缩机排出的高温高压的制冷剂蒸汽冷却成液体或气液混合物。制冷剂在冷凝器种放出的热量由冷却介质（水或空气）带走。冷凝器中的传热过程包括：制冷剂（氨或氟利昂）的冷凝放热，通过金属壁，垢层的导热过程以及冷却剂（水或空气）的吸热过程。冷凝器按其冷却介质不同，可分为水冷式、空气冷却式、蒸发式三大类。蒸发器的作用

19、是利用液态低温制冷剂在低压下易蒸发，转变为蒸气并吸收被冷却介质的热量，达到制冷目的。蒸发器内的传热过程包括：制冷剂侧的沸腾换热；载冷剂（水或空气）侧的对流换热以及通过金属壁与垢层的导热。蒸发器按冷却介质的不同，分为冷却液体载冷剂、冷却空气或其他气体的两大类型。节流部件是制冷系统不可缺少的四大部件之一。它的作用是使冷凝器出来的高压液体节流降压，使液态制冷剂在低压下汽化吸热。所以，它是维持冷凝器中为高压、蒸发器为低压的重要部件。节流部件按形式，可分为毛细管和节流阀，前者用在较小的制冷设备中，如电冰箱中装在冷凝器和蒸发器之间的毛细管即是节流机构的一种。后者用在较大的制冷设备中，常用的节流阀有手动膨胀

20、阀、浮球调节阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀等。1.3中央空调输送部分设备中央空调系统是由一系列驱动流体流动的运动设备(如水泵、风机及压缩机)、各种型式的热交换器(如风机盘管、蒸发器、冷凝器及中间热交换器等)及连接各种装置的管道(如风管、水管及冷媒管)和阀件所组成。系统一般可分下列五个循环 ：（1）室内空气循环；（2）冷水循环；（3）冷媒循环；（4）冷却水循环；（5）室外空气循环。中央空调输送部分包括冷却水循环系统和冷冻水循环系统。1.3.1冷却水循环系统 冷却水循环系统主要有主要由冷却水泵、冷却塔和管道系统组成。高温高压气体在冷凝器中放热与冷却循环水进行热交换，冷却水泵将带来热量的冷却水送到散热水

21、塔上，由水塔风扇对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大气中去。 1.3.2冷冻水循环系统 冷冻水循环系统主要由冷冻水泵、风机盘管和管道系统组成。低温低压的制冷剂液体在蒸发器中吸热与冷冻循环水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水泵将冷冻水送到各风机的冷却盘管中，由风机吹送冷风达到降温的目的。1.4中央空调发展今天，我们的生活当中已经离不开空调了，各种新型空调还在不断涌现。空调从诞生发展到今天，从简单的空调扇到传统的制冷空调，再到今天节能化、智能化的超空调时代，已经走过了百余年的历程。1902年，美国人威利斯开利设计了第一个空调系统，1906年他以“空气处理装置”为名申请了美国专利。开

22、利的发明缘于一个印刷作坊，印刷机由于空气温度与湿度的变化使得纸张伸缩不定，油彩对位不准，印出来的东西模模糊糊。为此开利打开了空调机商业化之门。1922年开利工程公司研制成功在空调史上具有里程碑地位的产品离心式空调机，简称离心机。离心机最大的特点是效率高，这为大空间调节空气打开了大门。80年代初期，变频空调技术在日本开始运用。1982年，日本生产了第一台交流变频空调。变频空调是在普通空调的基础上选用了变频专用压缩机，增加了变频控制系统的空调。它的基本结构和制冷原理和普通空调完全相同。传统空调压缩机依靠其不断地“开、停”来调整室内温度，其一开一停之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。变频空调的

23、主机是自动进行无级变速的，它可以根据房间情况自动提供所需的冷（热）量；当室内温度达到期望值后，空凋主机则以能够准确保持这一温度的恒定速度运转，实现“不停机运转”，从而保证环境温度的稳定。变频空调具有节能、噪音低、温控精度高、调温速度快、电压要求低、环境温度要求低等特点。1998年，变频空调技术取得了重大突破，日本研制出了直流变频技术，直流变频空调性能比交流变频空调更加优异。从这以后，直流变频空调迅速成为现代空调的主流，目前直流变频空调已在日本和欧美家用空调市场占90%以上。在我国，继海尔在1998年率先推出国内首台直流变频空调以后，国内生产变频空调的厂家也迅速增加，中国变频空调市场尤其是直流变

24、频空调市场开始有了突飞猛进的发展。1.4.1空调控制系统国内外研究现状伴随着计算机控制技术的发展，世界上HVAC系统的控制从五十年代就开始采用气动仪表控制系统，六十年代改进为电动单元组合仪表，七十年代采用小型专用微型计算机进行集中式控制，直到1984年，美国哈特福德市第一栋采用微型计算机集散式控制系统大厦的出现，标志着智能建筑时代的开始。集散式（即集中管理、分散控制）自控系统，目前技术趋于成熟，主要技术特征是采用了DDC （Direct Digital Control）。作为控制系统中的主要单元控制器，目前国内外主要采用的是常规PLC的PID控制，因其控制简单，实用，成本低、技术成熟，易于实现

25、，参数调整方便，并且具有一定的鲁棒性，在空气调节中的应用比较广泛。1982年Shavit和Brandt等对由控制阀门和执行器实现温度和湿度控制的不同特性做了研究。1984年Shavit和Brandt对PID控制的废气温度控制系统的单位阶跃响应做了仿真研究。 1995年Kalman等人将PID控制用于压缩机和蒸发器的电极速度调节，以实现制冷去湿，并建立了系统的数学模型以及PID算法的三个参数的解析整定方法，同时给出了系统的两种控制策略。实际上，现在大多数空调都是采用PID控制。虽然PID控制在空气调节中广泛使用，但是由于PID算法只有在系统模型参数不随时间变化的情况下才取得理想效果。智能控制与传

26、统的PID控制相比，它不完全或不依赖于被控对象的精确数学模型，同时具有自寻优特点。并且在整个控制过程中，计算机在线获取信息和实时处理并给出控制决策。通过不断的优化参数和寻找控制器的最佳结构形式。以获取整体最优控制性能。由于空调系统是一个大滞后、多干扰、大惯性的系统，获取它的精确模型很困难，所以智能控制器成为中央空调系统中研究的热点。随着智能建筑在中国的飞速发展，楼宇自动控制技术和装置也得到快速的发展。对于楼宇自动控制而言，在确保建筑内舒适和安全的办公环境的同时，还要实现高效节能目的。因此诞生了综合现代计算机技术、现代控制技术、现代通信技术和现代图形显示技术的集散型控制系统。集散型中央空调监控系

27、统在我国的智能建筑中得到广泛应用，其自动监视、测量、控制和管理功能是相当优越的，自动化程度高，节约了大量的劳动力和运行费用。20世纪90年代未至21世纪初，我国在中央空调系统的控制领域，同时推出两项节能技术和产品：中央空调变频调速控制节能系统和中央空调变流量控制节能系统。将这两项技术相结合，在集散型中央空调监控系统的基础上，增加PLC和变频技术，并且与智能控制方法相结合，将原有的定流量系统改为变流量控制系统，从而使中央空调的各泵组和冷却塔风机的运行跟随负荷的变化而同步变化，就能够在保证负荷需求的前提下，实现中央空调系统的最大节能。国内还有一些科研机构和企业的科研团体，也都开展了智能空调器的研制

28、工作，其核心内容都集中在对单相压缩机变屏调速控制器和智能型室温控制器的研究，其研究成果还未见公开发表。智能型空调器是一个综合技术的聚合体，开发难度较大，现在的样机或产品在控制模式上、控制系统的稳定性和鲁棒性方面相比国际先进技术还存在很大的差距，有待于进一步的研究和提高。综上可知，智能控制是今后控制界发展的必然趋势，随着计算机技术和智能控制理论的发展，智能控制必将在空调系统中得到广泛的应用1.4.2我国中央空调系统的发展趋势近年来，为了满足各阶层消费者的各种需要，国内空调市场上还出现了多种新型空调：智能空调，采用人性智能设计，无需人手操作即可自动开关。智能空调还可根据光线强弱、人员多少、内外温差

29、自动调节运行状态，以达到最佳室温。这种顺应趋势发展的空调自然成为新的主流。展望将来，网络技术的发展必将为空调带来一场全新的技术革命。传统空调的概念将发生质的改变，空调网络信息时代的到来成为不可逆转的潮流。一些新型空调产品开始预留网络接口，实现网络开放。通过选配的网络控制器可实现千里之外的网络遥控。集中控制器可实现同时控制128台空调，为智能化小区物业管理提供便利。高技术、高附加值的特点把空调这种最初简单的舒适品推向了一个全新的概念，成为人们在工作和生活中必不可少的人性化智能家电。在各类中央空调产品已经趋势成熟化的今天，中央空调性能和质量的内核化日益明显，空调产品使用的高性能电机、压缩机、控制器

30、、磁控管阀、传感器等关键部件越来越成为我国中央空调行业发展的壁垒和障碍，也使得国内中央空调绝大多数产品很难在短时间内赶上或超过国际先进制造企业的生产水平。由于国内空调生产企业对核心部件技术进口的规模和范围没有降低，市场的补缺不足部分仍完全依赖进口，造成进口中央空调配套设备数量与金额逐年上升。这种状况一方面将制约行业整体水平的提高，另一方面也造成中央空调行业部分资源的浪费。因此，在今后中央空调行业结构调整的过程中，重主机、轻配套的局面将有所改善，整个行业将呈现协调、持续、快速、健康发展的良好态势。1.5本课题意义及主要内容空调控制系统根据各相关房间和区域的风管中的温湿度测量值，控制调节冷热水调节

31、阀和风管中的温湿度测量值，控制调节冷热水调节阀和蒸汽加湿调节阀，以满足室内温湿度的设定要求。使不同的空调区域保持参数的精确度，并使空调能量消耗最少；实施有效的维护管理以保证设备安全运行。现场控制器通过对设在空调机组的回送风管路上的温度传感器的检测，探知空调机组的回送风温度。并根据回风温度调节电动调节阀的开度，改变换热器内的冷热水的流量，以改变送风温度，使回风温度能稳定在设定温度值。检测送风湿度信号，根据送风湿度信号控制加湿器开关，保证被控环境湿度要求。空调机组的自控系统中设置冬、夏季节转换装置。同时现场控制器使风机、电动调节阀、新风阀的启停受到联锁控制，用以保护设备的安全运转。现场控制器通过对

32、新风机组送风管路上的温度传感器的检测，探知新风机组的送风温度。并根据送风温度调节电动调节阀的开度，改变换热器内的冷热水的流量，使送风温度能稳定在设定温度值。检测送风湿度信号，根据送风湿度信号控制加湿器开关，保证被控环境湿度要求。2 中央空调的控制技术2.1中央空调控制系统简介及特点2.1.1中央空调控制系统的简介众所周知，中央空调系统中的各个设备的容量是由工程设计人员根据房间内的可能出现的最大热、湿负荷而选择的，在空调的实际运行中，由于空调房间受到内部和外部各种条件的干扰而使室内的温、湿负荷不断地发生变化。自动调节系统就要指挥自动调节系统中的各有关执行调节结构（如加热器、加湿器、冷却器、喷水室

33、、风机等设备上的有关调节机构-调节阀、变频调速器等）改变其相应位置，从而使实际输出量发生改变以适应空调系统的变化，满足对被控参数的要求。2.1.2中央空调控制系统的特点(1)灵活性 本控制系统选用可利用公司的小型一体化PLC代替传统空调主机控制系统中的单片机，较大程度地提高了系统配置及控制的灵活性，能更好地满足不同用户的不同需求。同时，明显缩短了程序开发周期。(2)高可靠性 PLC控制核心能够在恶劣的环境中长期可靠、无故障运行，并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强，能适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔(MTBF)大于15年。(3)强大的实用性 现代的PLC的编程语言遵从易学、易懂

34、、易用的标准。除了具备传统PLC助记符和梯形图编程功能外，还具有结构化语言和顺序功能图编程功能。PLC提供各种功能模块，包括各种通讯功能选择、通讯参数设置，以及可以具体到某年、某月、某日、某个时刻的多种定时器和超长定时器等，方便了各种功能的实现，有利于缩短开发周期和节省程序容量。(4)优良的开放性 WinCC flexible可通过以太网利用TCP/IP协议与各种OPC兼容应用程序进行通讯。2.2中央空调控制系统的结构为了达到远程精确稳定的控制空调房间内的温度、相对湿度和室内静压，中央空调系统分为几个子系统：中央监控系统：中央监控系统由远程计算机和组态软件组成负责设定值得给定、实时数据处理、历

35、史数据存储等功能。通信系统：远程通信系统采用光纤通信，将现场PLC采集的数据迅速的传递给监控计算机降低了数据传输延迟时间，达到高效、快捷的数据处理。控制系统：控制系统由现场的PLC及其模块和现场的仪表组成，例如电动执行器、温湿度传感器、露点传感器、变频器、静压传感器等设备组成，为PLC的数据采集及处理提供稳定的数据输入、输出。UPS系统：在中央空调的控制系统中必须建立一个可靠的供电系统，在这个系统中不仅要解决自控系统的（网络、主控计算机、PLC、终端设备等）用电问题，UPS不间断电源能提供高质量的电源，没有瞬变和谐波，即使当电网断电时，它也可以由后背电池支撑、继续供电，使PLC、计算机有一定的

36、时间进行处理。中央空调控制系统的结构框图：手自动转换主位机监视系统风道温湿度防冻报警压差报警电机报警电动阀门反馈通讯系统PLC现场控制系统UPS系统回风温度回风湿度防冻报警压差报警预热阀水阀加湿阀风机图2-1中央空调系统框图2.3中央空调的控制技术中央空调系统的控制有3种控制方式：早期的继电器控制系统、直接数字式控制器DDC以及PLC(可编程序控制器)控制系统。继电器控制系统由于故障率高，系统复杂，功耗高等明显的缺点已逐渐被人们所淘汰，直接数字式控制器DDC虽然在智能化方面有了很大的发展。但由于DDC其本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。相反，PLC控制系统以其运行

37、可靠、使用与维护均很方便，抗干扰能力强，适合新型高速网络结构这些显著的优点使其逐步得到广泛的应用。中央空调控制系统是由变频器、温度传感器、压力传感器、温度传感器、烟雾侦测器、室内静压传感器、滤网压差开关、风机压差开关、外气温湿度传感器、可编程控制器（PLC）以及人机界面等几部分组成。它根据空调系统需要控制部位的参数（如冷却水温度等），由 PLC 来控制调整冷却水电机、冷冻水电机等机组动力单元的运行状态，在精确进行温度控制的同时，大幅度的节约了电能。2.3.1 空调控制系统要求空调的任务就是维持空调房间内所要求的空气参数稳定在一定的参数范围内。一个完整的中央空调系统主要包括空调房间，空气的热、湿

38、及净化处理系统，制冷、制热系统及其他辅助部分，同时还要包括一套完整的自动控制系统。空调自控系统的主要任务就是以空调房间为主要对象的空调系统的温度、湿度及其他参数进行自动检测、自动调节以及有关信号的报警、连锁保护控制，以保证空调系统始终在最佳工况点运行，满足工艺条件所要求的环境条件。因此中央空调的自动控制系统应包括以下几个方面的内容：l（1）室外温湿度监测l （2）电动两通阀进行PID调节l（3）新风阀、回风阀调节与控制l（4）过滤器前后压差及报警，以防堵塞l（5）表冷器防冻报警l（6）送/回风机的启停、运行状态、手/自动状态、故障报警、过载报警l（7）控制加湿阀的调节l（8）风机运行时间积累等

39、l（9）在中央工作站上对系统中各种温度进行监测和设定2.3.2空调中常用的控制系统：开环控制系统与闭环控制系统（1）开环控制系统。开环控制系统是一种简单的控制系统，其特点是在控制器与被控对象之间只有正向控制作用，而没有反馈控制作用。即系统输出对控制信号（输入信号）没有影响。在开环控制系统中，不需要对被控量测，只需要输入信号进行控制。例如在寒冷地区，一般在空调控制系统中设置一次空气加热器，用来对空调控制系统中的新风进行预加热处理，以防的过低温度的空气进入系统后冻坏其他换热设备。一次空气加热器的开环控制如图2-3所示。利用室外空气温度控制一次空气加热器上调节阀的开度，以维持通过一次加热器后的空气温

40、度在一定范围内波动。途中测量新风温度的传感器将其温度信号送至控制器，控制器控制电动调节阀。由于这个系统是按照室外温度这个干扰信号信息控制的，因此，当其他干扰变化时，则无控制作用。上叙依靠某种干扰控制组成的开环控制系统，虽然不一定能消除所有干扰给细看带来的不稳定影响，但是如果采用交频繁的主要干扰作用为控制信号，则对其能起到补偿作用，控制也及时。开环控制系统的控制精度低抗干扰能力差。但由于控制系统一般产生振荡，故一般用于干扰不强烈，控制进度要求不高的地方。MTC 图2-2一次空气加热器的开环控制（2）闭环控制系统。在控制系统中，如果把系统的输出信号反馈到输入端，由输入信号和输出信号的偏差信号对系统

41、控制，则这种控制系统称为闭环控制系统，也称反馈控制系统。由于闭环控制系统的特点是在控制器与被控对象之间，不仅存在着正向作用，而且存在着反馈作用，即系统的输出量对控制量有直接影响。将检测出来的输出量送回到系统的输入端并与输入信号比较的过程称为反馈。输入信号与反馈信号之差称为偏差信号，简称偏差。偏差作用在控制器上，使系统的输出量趋于给定值。闭环控制的实质就是利用反馈的作用来减小系统的偏差。因此闭环控制系统又称为反馈系统。利用负反馈组成的控制系统称为闭环控制系统，又称反馈控制系统。在反馈控制系统中，存在着一条从被控量经过传感器到输入端的联络通道，称为反馈通道。一般在空调房间里的温度，湿度的自动控制系

42、统中，多采用闭环控制系统的方式。空调房间温（湿）度闭环控制有控制对象-空调房间、温度、湿度调节器、执行器组成。闭环控制系统无论照成偏差的因素是外来烦扰还是内部干扰，控制作用总是使偏差趋向下降。因此，它具有自动修正被控量偏离给定量的能力，且精度高、适用范围广，是基本的控制系统。与开环控制系统相比，具有较强的抗干扰能力。2.3.2 空调中的自动控制的原理及组成空调自动控制系统的各个环节如图所示，以室温控制为例，传感器检测室内温度之后，通过变送器变电信号2与给定信g进行比较得出比较偏差 然后把送入调节器中。调节器在得到后，根据其调节规律自动输出调节信号y去控制执行器（电动机或其他设备）。执行器根据输

43、入信号而动作，输出其位移信号t，控制调节阀开度，从而控制流运调节阀的介质流量g。这样盘管就会对冷热量进行自动的调整输出q，最后使流入室内的冷热量与流出室外的冷热量自动的保持平衡，实现室温的自动调节。房间温度的变化大多数正常使用条件下是由于外部干扰（如维护结构的冷热、负荷的增加或减少）引起的，以f表示。温度敏感原件装在房间内，热水换热器装在风道上，调节阀装在管道上。因此研究冷热水直通阀的实际可调范围实质上就是研究对象的可调性。如果实际可调范围很小，说明对象的可调性很差，常常出现夏天好调而冬天不好调或者对象升温时好调保温时不好调，最后导致自动调节系统失调或根本不能使用，对象的可调性差，单靠调节器的

44、调节是无法调节的。综上所述，可以看出一个完整的房间的温度调节系统是由测定温度的传感器、变送器、调节器、执行器和房间对象等几个环节组成。KtKzKyKbKrKc调节器执节器调节阀盘管房间传感器ygqr2fg图2-3空调自动控制系统2.4中央空调系统中监控系统上位机监控系统主要完成对工艺参数的检测、各机组的协调控制以及数据的处理、分析等任务，下位PLC主要完成数据采集、现场设备的控制及连锁等功能。2.4.1中央空调的监控系统说明如下：（1）空调机组由PLC控制器进行控制，风机控制箱有手/自动选择，并有手动启停按钮。（2）空调机组的温度传感器设于回风管内，实际检测温度与设定温度相比较,根据比较结果调

45、节回水管道上电动调节阀的开度来调节水流量，使室温维持设定要求。（3）空调机组的湿度传感器设于回风管内，实际检测湿度与设定湿度相比较,根据比较结果控制加湿器内水管电磁阀的开关，以调节加湿量，使室内湿度维持设定要求。（4）空调机组送风机与电动风阀,电动水阀,加湿电磁阀联锁。（5）监测空调机组状态和报警（6）防冻措施(仅用于寒冷地区)防冻报警设定温度为5，当热盘管后温度低于5时，报警并停止机组运行，同时连锁关闭新风阀，打开预热水阀保持30%的开度。当室外温度低于0停机时，打开热水阀保持30%的开度。2.4.2空调机组的监控内容(1) 回风温、湿度(2) 电动两通阀进行PID调节(3) 新风阀、回风阀

46、调节与控制(4) 过滤器前后压差及报警，以防堵塞(5) 表冷器防冻报警(6) 送/回风机的启停、运行状态、手/自动状态、故障报警、过载报警(7) 控制加湿阀的调节(8) 编制时间程序自动控制风机启停l 3 中央空调监控系统的PLC设计3.1可编程序控制器PLC概述 PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：可编程控制器是一种数字运算来操作的电子系统，是专门在工业环境下应用而

47、设计的工业控制器。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械设备和生产过程。可编程序控制器及相关的外部设备都按照易于与工业控制系统集成、易于扩展其功能的原则设计。3.2 PLC的分类（1）按I/O点数分类 PLC按I/O点数不同可分为超小型机、小型机、中型机、大型机和超大机等5种类型。（2）按功能分类 按功能可以分为低档机、中档机、高档机。（3）按结构形式分类 按结构形式不同，PLC可分为整体式、模块式和软PLC（即集成的PLC）等三类。3.3 PLC的特点PLC具有以下的特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强（2）配套齐全，功能完善，适用性强（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎（4）系统的设