基于PLC的中央空调温度器控制系统设计 - 图文(2)

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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)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。

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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

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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。温度传感器能随时感知房间的温度，将检测到的温度传送给控制器，通过传送来的温度与设定的温度进行比较，采用PID控制，通过变频控制冷冻泵的转速，快速的调节室内的温度，是室温达到设定值。这就是温度闭环反馈系统。原理如图2.3所示.

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主控制器还要检验系统关键位置的压力、温度、电流等、发现异常立即采取措施并显示故障信息。

图2.3 中央空调温度控制器控制原理

2.3 中央空调温度控制器的评价

(1)制冷量 (2)能效比

能效比又称为性能系数，是制冷量与制冷功率之比。国家标准规定，2500W空调的能效比标准值为2.65，2500W至多4500W空调的能效比标准值为2.70。

中央空调温度控制器在单位时间内从房间中除去的热量，计量单位W（瓦）。

2.4 本章小结

本章主要分析了中央空调温度控制器的结构，工作原理，控制原理，以及中央空调温度控制器性能的指标。为下一步对中央空调温度控制器的各部分的设计奠定基础。

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第3章 中央空调温度控制器控制系统的硬件设计

本章主要对本次设计中用到的硬件进行介绍以及选择，包括主要的变频器，可编程控制器，温度传感器，人机界面的选择等。通过本章对硬件的设计，可以基本确定本次设计的基本结构以及各主要部分的组成。

3.1 变频器

3.1.1 变频器的介绍

变频器是结合了微电子技术与变频技术，通过改变电机工作频率来改变电动机转速的装置。变频器主要由整流、滤波、逆变、检测单元、微处理单元、驱动单元等组成。变频器是通过控制绝缘栅双极型晶体管的开断来改变输出的频率，从而达到电机所需要的转速来控制室内的温度，从而达到既满足人们的舒适要求并且节约能源的目的。变频器还具有过流、过压、过载等保护功能。

图3.1 变频器

变频器主要有三部分组成：整流器、平波回路和逆变器。 整流器：它把工频电源变换为直流电源。

逆变器：与整流器的功能相反，将直流电变成交流电。

平波回路：整流和逆变都会产生较大的脉动电压，为了减少对设备的损坏和稳定电网，采用电感和电容来吸收脉动电压或电流。 3.1.2 变频调速的原理 (1)工频控制介绍

早前，国内的中央空调温度控制器系统，基本上都采用传统的定流量控制方式。只要启动空调主机，冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机都在50Hz工频状态下运行。循环水的流量是一定的，当负荷变化是，循环水量不会改变，也就是不

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