基于PLC的空调控制系统完整版.docx
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基于PLC的空调控制系统完整版
基于PLC的空调控制系统完整版
PLC设计与调试
课程名称电气控制与PLC应用技术
设计题目基于PLC控制的中央空调系统
专业班级自动化1141
姓名高海风
学号1104421110
指导教师蔡长青张卓
起止时间2014.6.9—2014。
6。
20
课程设计考核和成绩评定办法
1．课程设计的考核由指导教师根据设计表现、设计报告、设计成果、答辩等几个方面,
给出各项权重,综合评定。
该设计考核教研室主任审核，主管院长审批备案.
2．成绩评定采用五级分制，即优、良、中、及格、不及格。
3．参加本次设计时间不足三分之二或旷课四天以上者，不得参加本次考核，按不及格处
理。
4．课程设计结束一周内，指导教师提交成绩和设计总结.
5．设计过程考核和成绩在教师手册中有记载.
课程设计报告内容
课程设计报告内容、格式各专业根据专业不同统一规范，经教研室主任审核、主
管院长审批备案。
注：
1。
课程设计任务书和指导书在课程设计前发给学生，设计任务书放置在设计报告封面后和正文目录前。
2。
为了节省纸张,保护环境,便于保管实习报告，统一采用A4纸，实习报告建议双面打印（正文采用宋体五号字）或手写。
12/13学年第二学期
PLC应用技术课程设计任务书
指导教师:
蔡长青张卓班级：
自动化1141、2班地点：
PLC512教室
课程设计题目：
基于PLC控制的中央空调系统
一、课程设计目的
本课程设计的目的在于培养学生运用已学的PLC控制技术的基础知识和基本理论,加以综合运用，进行PLC控制系统设计的初等训练，掌握用PLC进行系统控制设计的原则、设计内容和设计步骤,为从事PLC相关的毕业设计或今后的工作需要打下良好的基础.
二、课程设计内容（包括技术指标）
1、控制面板介绍
空调的控制面板如上图所示，使用时，按动启动按钮，根据使用者的需求从左到右依次选择工作模块。
（1）制冷制热模块的选择是根据人的操作决定,同时可以选择吹风，定时模式，温度比较是PLC中自动进行的.
（2）当室内温度达到设定温度值时，通过PLC自动控制，室内风机停止，当室内温度重新超出设定温度值时，室内风机自动启动。
（3）启动定时器时，当定时时间到,室内外风机停止工作。
（4）通过变频器控制风机转速,达到变频控制目的，实现最优控制。
2、中央空调系统工作过程
首先启动冷（热）水泵，当通水管道充满水后，延时启动压缩电机，实现初步节能与安全。
此时中央空调启动，可以实现单独房间的控制。
打开房间1开关，室内风机先启动，通过定时器延时控制一段时间，启动室外风机，自动进行温度比较，启动定时器，定时时间到，室内外风机关闭。
打开房间2开关,室内风机先启动，通过定时器延时控制一段时间，启动室外风机，自动进行温度比较,启动定时器,定时时间到，室内外风机关闭。
打开房间3开关，室内风机先启动，通过定时器延时控制一段时间，启动室外风机，自动进行温度比较,启动定时器,定时时间到，室内外风机关闭.
注：
不同房间单独独立控制不受外部干扰。
3、交流电机正反转控制
交流电机由变频器来控制转速，转速分为四级：
1200r/min,800r/min，600r/min，400r/min。
4、传感器
温度传感器:
用于室内温度的高低
编码器：
用于检测电机的转速
三、课程设计原则
1、尽可能地满足被控对象的控制要求;
2、在满足控制的前提下，力求使控制系统简单、经济；
3、保证控制系统安全可靠；
4、考虑到被控对象的改进,在选择PLC的I/O数量时，应适当留有余量。
四、课程设计步骤
1、对控制系统任务和要求作深入的调查研究，明确控制任务;
2、选择和确定用户I/O设备
根据传统控制线路，确定出PLC改造所需的各种输入/输出设备，即各种按钮、开关、继电器和接触器等。
3、确定系统整体设计方案,选择PLC型号
确定系统整体设计方案十分重要，要在全面了解控制要求的基础上确定电气控制方案。
根据所选用的电器或元件的类型和数量，计算所需PLC的输入/输出点数，选择合适的点数。
由于本设计中只涉及到开关量,因此在选择PLC型号时,只需考虑I/O点数，并有一定的余量（10％～15%）选择小型PLC。
4、控制系统的硬件设计
（1）主电路的设计；
（2）确定出输入、输出信号，画出PLC的I/O接线图。
5、控制系统的软件设计
（1）首先分别设计出全自动洗衣机各部分的控制软件梯形图;
（2）整体控制软件梯形图设计。
6、联机调试；
7、撰写设计说明书.
五、时间安排
时间
内容
备注
第15周周一
集中讲解课程设计要求,分配设计题目,明确任务和具体安排
周二
调研、查阅资料、给出设计方案
周三
检查设计方案，
周四
调整设计方案
周五
上机调试
第16周周一
上机调试
周二
上机调试
周三
写课程设计报告
周四
老师对报告进行初步检查
周五
答辩
六、基本要求
（一）课程设计报告
1．控制流程图一张（A4）（手绘）
2．控制系统硬件设计图一张;（A4）（手绘）
3．控制系统软件梯形图一张;（A4）（手绘）
4．设计说明书一份,包括以下内容
1）写出设计计划和基本步骤。
2）写出控制要求并画出设计流程图。
3）画出I/O分配表和I/O接线图.
4）画出具体设计的梯形图，并加以注释。
5）写出调试过程和结果。
6）写课程设计小结。
（二）成绩评定标准
对学生进行全面考核，重点考核设计图纸、说明书质量；独立思考、独立工作能力,综合运用知识的能力；平时的工作态度及表现；答辩情况。
最后按平时表现、报告质量、答辩成绩，其权重分别为0。
2、0。
4、0。
4综合评定成绩，分优、良、中、及、不及格五个等级。
组长：
李志萍
副组长：
祁宇晗
组员：
高海风、王勇、冯元胜、邢洋
任务分配
任务一
资料准备
任务二
总体设计
任务三
绘图
任务四
绘制梯形图
任务五
调试
任务六
报告排版
祁宇晗
李志萍
冯元胜
邢洋
王勇
高海风
冯元胜
邢洋
祁宇晗
李志萍
王勇
高海风
祁宇晗
李志萍
冯元胜
邢洋
高海风
冯元胜
摘要
随着人们生活水平的不断提高，空调已经作为一件必备实用的家用电器进入了千家万户.中央空调更是凭借它优越的节能性深受大家喜爱，目前，大型商场、医院、娱乐场所等地方中央空调随处可见，方便控制,价格低廉，性能优越会使它越来越普及。
直至今日，可编程控制器PLC在我国飞速普及与发展，我们已经可以把PLC与中央空调系统联系起来.本文就主要介绍了，基于PLC所设计的中央空调，功能包括制冷、供暖、定时控制、风速控制、温度比较等控制.详细介绍了设计原理、设计步骤、硬件结构和程序编写。
关键字
中央空调PLC控制器PLC编程
Abstract:
Withthecontinuousimprovementoflivingstandards, airconditioning hasbeenusedas anessentialandpracticalhouseholdappliances intothousandsofhouseholds. Centralairconditioning isbyvirtueof itssuperior energy-saving lovedbyeveryone, atpresent， largeshoppingmalls, hospitals， placesofentertainmentsuchas local centralairconditioning canbeseeneverywhere, convenient control， lowprice,superiorperformance willmakeit moreandmorepopular。
Untiltoday, theprogrammablecontrollerPLC intherapid popularizationanddevelopmentof ourcountry， wecan associatePLCwith centralairconditioningsystem。
Thispaper mainlyintroducesthe centralairconditioning， PLC baseddesign， including refrigeration， heating function,timingcontrol, speedcontrol, temperature control. Introducesthedesignprinciple， designprocess, hardwarestructureand program。
Keywords:
CentralairconditioningPLCcontrollerPLCprogramming
1绪论
中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成。
采用液体汽化制冷的原理为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量.制冷系统是中央空调系统至关重要的部分，其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性.中央空调软化水设备应用范围：
全自动软水器:
可广泛应用于蒸汽锅炉、热水锅炉、交换器、蒸发冷凝器、空调、直燃机等系统的补给水的软化。
还可用于宾馆、饭店、写字楼、公寓等生活用水的处理及食品、饮料、酿酒、洗衣、印染、化工、医药等行业的软化水处理.中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成，制冷系统为空气调节系统提供所需冷量,用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。
制冷系统是中央空调系统至关重要的部分，其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性.
1.1中央空调工作原理
1.1。
1水系统工作原理
水冷中央空调包含四大部件，压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器，制冷剂依次在上述四大部件循环,压缩机出来的冷媒（制冷剂）高温高压的气体,流经冷凝器，降温降压，冷凝器通过冷却水系统将热量带到冷却塔排出，冷媒继续流动经过节流装置,成低温低压液体，流经蒸发器,吸热，再经压缩.在蒸发器的两端接有冷冻水循环系统,制冷剂在此次吸的热量将冷冻水温度降低，使低温的水流到用户端，再经过风机盘管进行热交换，将冷风吹出.
1。
1。
2风系统工作原理
新风的传输方式采用置换式，而非空调气体的内循环原理和新旧气体混合的不健康做法，户外的新颖空气经过负压方式会自动吸入室内，经过安装在卧室、室厅或起居室窗户上的新风口进入室内时，会自动除尘和过滤。
同时,再由对应的室内管路与数个功用房间内的排风口相连，构成的循环系统将带走室内废气,集中在排风口“呼出”，而排出的废气不再做循环运用，新旧风形良好的循环.
1。
1。
3盘管系统工作原理
风机盘管空调系统的工作原理,就是借助风机盘管机组不断地循环室内空气，使之通过盘管而被冷却或加热，以保持房间要求的温度和一定的相对湿度.盘管使用的冷水或热水,由集中冷源和热源供应。
与此同时，由新风空调机房集中处理后的新风，通过专门的新风管道分别送入各空调房间，以满足空调房间的卫生要求。
风机盘管空调系统与集中式系统相比，没有大风道，只有水管和较小的新风管，具有布置和安装方便、占用建筑空间小、单独调节好等优点,广泛用于温、湿度精度要求不高、房间数多、房间较小、需要单独控制的舒适性空调中。
1。
1。
4制热原理
压缩机吸入低压气体经过压缩机压缩变成高温高压气体,高温气体通过换热器把水温提高，同时高温气体会冷凝变成液体。
液体再进入蒸发器进行蒸发，（蒸发器蒸发的同时也要有换热媒体，根据换热的媒体不同机器的型号结构也不同。
常用的有风冷和地源。
）液体经过蒸发器后变成低压低温气体，低温气体再次被压缩机吸入进行压缩.就这样循环下去，空调侧循环水就变成45-55度左右的热水了。
热水经过管道送到需要采暖的房间，房间安装有风机盘管把热水和空气进行热交换实现制热目的。
1.1。
5水系统工作原理
水冷中央空调包含四大部件，压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器，制冷剂依次在上述四大部件循环，压缩机出来的冷媒（制冷剂）高温高压的气体，流经冷凝器，降温降压，冷凝器通过冷却水系统将热量带到冷却塔排出，冷媒继续流动经过节流装置，成低温低压液体，流经蒸发器,吸热，再经压缩。
在蒸发器的两端接有冷冻水循环系统，制冷剂在此次吸的热量将冷冻水温度降低，使低温的水流到用户端，再经过风机盘管进行热交换,将冷风吹出。
风系统工作原理
新风的传输方式采用置换式,而非空调气体的内循环原理和新旧气体混合的不健康做法,户外的新颖空气经过负压方式会自动吸入室内，经过安装在卧室、室厅或起居室窗户上的新风口进入室内时，会自动除尘和过滤。
同时，再由对应的室内管路与数个功用房间内的排风口相连，构成的循环系统将带走室内废气，集中在排风口“呼出”，而排出的废气不再做循环运用，新旧风形良好的循环。
1.1。
7盘管系统工作原理
风机盘管空调系统的工作原理，就是借助风机盘管机组不断地循环室内空气，使之通过盘管而被冷却或加热,以保持房间要求的温度和一定的相对湿度。
盘管使用的冷水或热水，由集中冷源和热源供应。
与此同时，由新风空调机房集中处理后的新风,通过专门的新风管道分别送入各空调房间，以满足空调房间的卫生要求。
风机盘管空调系统与集中式系统相比，没有大风道,只有水管和较小的新风管，具有布置和安装方便、占用建筑空间小、单独调节好等优点，广泛用于温、湿度精度要求不高、房间数多、房间较小、需要单独控制的舒适性空调中。
1。
2中央空调的发展趋势
市场需求是决定空调发展的主要动力，根据目前的市场需求来看，在空调技术方面有两大主流方向:
一为变频技术，一为健康技术。
在空调类型方面，则以户式中央空调的前景最为乐观。
以下我将从三个方面阐述对空调的发展趋势的理解。
我国空调产业一直沿用家用空调和中央空调的分类，家用空调和中央空调的两类生产厂家互不涉足。
目前，市场出售的两类空调都有其局限性:
一般家用空调使用于小面积、居室少的环境中,大型建筑采用中央空调。
但是随着社会经济的不断发展与进步，随着居民居住面积的增大，对室内空气品质的要求也越来越高.例如一个三居室用户要装三部空调器,需要三个不同的室外空间，原来使用的家用空调特别是分体式空调器的安装就受到限制；虽然有些空调器生产厂家加装了排气扇，但空气流通不畅,空气质量差等弊端仍没有从根本上克服。
而大型中央空调虽可同时为多用户集中供冷暖,但缺少个性化选择、自由度小,一次性投资较大，只能应用在大型建筑物和高档住宅小区,同时中央空调用于大型建筑特别是出租式建筑时又会遇到收费较困难等问题。
为了解决上述两种空调的弊端户式中央空调就应运而生。
通过分析得出户式中央空调的一下优点：
①户式中央空调系统是小型化的中央空调系统可满足用户多居室需求，以家庭为单元，可适应用户的个性化需求不受其他用户影响。
②由于户式空调采用了分体式空调室内机与室外机相分离的结构形式,使主机与末端装置相分离，这样就保证了宁静的家居环境；符合空调低噪声的发展趋势。
③室内末端装置可采用多种方式安装如:
暗藏、半暗藏、明装等方式,极适宜配合室内装修,尤其适合高档装修.④由于主机由微电脑控制，在室内可完成全部操作,且操作简便；采用先进的电子控制技术系统可根据实际负荷自动化运行，节约能源及运行费用。
在户式中央空调的销售方面,可以和房地产商进行匹配销售。
因为对房地产商而言,户式中央空调系统运行可靠、维护量极小、收费直观合理、不需设机房、这样可以减少公用设施和土建投资，降低房地产价格。
此外户式中央空调可以分批投资添置各用户的空调系统,这样可以减少资金的固定化。
关于变频技术的运用，是由于现阶段的能源紧张所导致的。
2004年9月16日国家空谈的强制性能效新标准出台，新标准按空调能效等级分为五级：
一级为最高标准其能效指标为3.4；五级为最低标准，能效指标为2。
6。
一台1。
5匹的一级产品每小时用电量不超过1度，五级产品每小时用电量不超过1。
35度。
从2005年3月1日起达不到最低标准的空调将不允许上市销售。
所谓的“变频空调"是与传统的“定频空调”相比较而产生的概念。
众所周知，我国的电网电压为220伏、50赫兹，在这种条件下工作的空调称之为“定频空调”。
由于供电频率不能改变,传统的定频空调的压缩机转速基本不变,依靠不断地“开、停"压缩机来调整室内温度,其一开一关之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。
而与之相比的“变频空调”变频器改变压缩机供电频率,调节压缩机转速，依靠压缩机转速的快慢达到控制室温的目的，室温波动小、电能消耗少,其舒适度得到较大提高。
运用变频控制技术的变频空调，可根据环境温度自动选择制热、制冷和除湿运转方式，使居室在短时间内迅速达到所需要温度，并在低转速、低能消耗状态下以较小的温差波动，实现了快速、节能和舒适控温效果.
供电频率高，压缩机转速快,空调器制冷（热）量就大；而当电频率较低时，空调器冷（热）就小，这就是所谓＂定频＂的原理。
变频空调的核心是它的变频器，变频技术是20世纪80年代问世的高新技术,它通过对电流的转换来实现电动机运转频率的自动调节，把50Hz的固定电网频率改为30至130Hz的变化频率,使空调完成了一个新革命;同时，还使电源电压范围达到142V至270V，彻底解决了由于电源电压不稳造成空调机不能正常工作的难题。
变频每次开始使用时，通常是让空调以最大功率、最大风速量进行制冷或制热，迅速接近所设定的温度。
由于变频空调通过提高压缩机工作频率的方式增大了在低温时的制热能力，最大制热量可达到同品牌同级别空调器的1.5倍，低温下仍能保持良好的制冷效果。
此外，一般的分体机只有四风速可供调节,而变频空调的室内风机自动运行时，转速会随压缩机的工作频率在12档风速范围内变化,由于风机的转速与空调器的能力配合较为合理，实现了低噪音的宁静运行。
在空调高功率运转时,迅速接近所设定的温度。
这样不但温度稳定,还避免了压缩机频繁地开开停停所造成的对压缩机寿命的衰减,而且耗电量大大下降，实现了高效节能。
“变频空调"采用了比较先进的技术，启动时电压较小,可在低电压和低温条件下启动，这对于某些地区由于电压不稳或冬天室外温度较低而空调难以启动的情况,有一定的改善作用。
由于实现了压缩机的无级变速，它也可以适应更大面积的制热要求。
不过，“变频空调”的价位通常较“定频空调”高出几百元。
根据目前的变频技术的发展主要表现在以下两个方面:
（1）机的驱动方式——从交流变频到直流调速；
（2）制技术-—VVVF变频技术,PWM脉宽调速控制技术，矢量控制技术。
变频技术的优点：
（1）或制热速度快
（2）较好的舒适性。
（3）变频空调启动时对电路没有大、的电流冲击.
然而,通过多年的市场分析可以看到，节能并没有很好的被消费者接受。
因为变频空调的节电与否与使用方式有很大关系,如果不是长时间的开着空调那么节电的意义就不突出.所以我认为变频空调是一种趋势，但在近年内为空调企业赢利的空间不大。
随着人们生活水平的大幅度提高，追求健康将成为一种时尚，也是一种必然的趋势.经调查显示，未来空调的预期消费9。
5％，选择健康节能的比例超过50%，健康与高效节能成为消费者选择的首要因素，达到80.3％，市场上比较认可健康的概念。
健康空调的发展历史为：
最早是吸污材料,90年代光触媒、冷触媒已经逐渐被淘汰,2000年后，除尘、除垢显得很重要,2004年进入第三阶段，以杀菌、除菌为主导的健康空调技术替代原先技术，而成为市场主流,也使得市场上很多伪健康空调开始出现，各种健康技术也浮出水面，但技术水平差参不齐。
这个时候，空调的光波技术横空出世，成为健康空调的主流技术,但以光波技术为代表的企业并不多，只有格兰仕独树光波健康技术大旗,光波技术在我国应用时间较短，市场声音较小，但光波技术是目前市场上最为成熟的健康技术，也代表了行业的发展方向与趋势.
2设计方案
2.1控制系统的比较
（1）PLC系统的特点
1）可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。
对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。
2）使用方便灵活，PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定,而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。
3）编程简单，PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言,如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。
（2）单片机系统的特点:
1）要求环境，单片机对环境的适应能力较低，可靠性差.
2）编程和PLC相比难以学习，主要是单片机采用汇编语言或者是C语言，这些高级语言和PLC语言相比，难以学习。
3）功能单一知识具有使用中所需要的功能。
但是，它结构简单，处理速度快。
2。
2中央空调主要指标
（1）定时设计:
根据实际情况,采用定时器方便控制。
（2）模式设计：
根据实际情况，分为制冷、吹风和供暖,可以相互配合控制。
（3）调速设计：
采用变频调速.
（4）手动环节：
手动停机，手动定时.
2.3检测电路。
（1）温度检测：
用于检测当前模式下室内温度高低。
（2）转速检测:
用于检测电机转速是否达标.
2。
4电机调速方式选择
三相交流电机的调速方式大致分为以下几种：
调压调速、调电枢电阻调速、调磁通调速，变频调速。
在洗衣机发展过程中，对于速度的调整又有以下几种常见的调速方法：
皮带调速、离合器调速、变频调速。
在现场,调压调速、调磁通调速都是有一定缺陷的。
而皮带调速和离合器调速都是有级调速，能满足的速度需求相对较低，而这两种调速方式对于机械硬件的依赖较高，在有较强干扰时，不能满足电机额定转速的要求，所以自动化程度是欠缺的。
但是变频调速通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的，并且变频调速是高效调速，调速是转差率不变，因此无转差损耗，而其他调速方式转差损耗随调速范围扩大而增加。
故,我们选择变频调速。
3系统硬件设计
3.1控制系统组成（PLC）
PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计.
可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。
基本构成有：
电源、中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出接口电路、功能模块、通信模块。
3。
2传感器
温度传感器：
用于检测和控制当下工作模式室内温度高低。
当温度达到设定范围时，传感器发出信号，室内风机停止。
编码器：
用于检测电机转速,在电压不稳时，检测之后回馈之后调节变频器，使
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