1、畢 業 設 計 （論 文）中央空調電氣控制系統設計中央空調電氣控制系統設計專業名稱：學生姓名： 學 號：指導教師： 職稱：哈爾濱工程大學繼續教育學院2017 年 月 日畢業設計用紙一、指導教師對學生的評語及答辯推薦意見指導教師（簽名） 年 月 日二、答辯委員會評語及成績（無指導教師推薦意見不能答辯） 答辯小組教師簽字：答辯委員會主任（簽名） 畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1摘摘 要要該設計以紡織車間為設計背景，針對傳統中央空調調節方式的局限性，選用西門子 PLC S7-200 和 MM430 變頻器, 充分利用恒 v/f 變頻技術，實現對中央空調風機轉速的控制，以此來為紡織車間設計了中

2、央空調送風系統電氣控制線路。文中詳細地介紹了中央空調送風系統電氣控制線路的設計和開發過程。該設計主要包括兩部分，即硬件的選擇和軟件的設計，硬件選擇主要是對低壓電器控制柜、變頻器、PLC 及擴展模塊等的選擇。軟件設計主要是為滿足中央空調控制要求而編寫的 PLC 程序及對一些相關變頻參數的設置。在此基礎上借助變頻調速技術，讓風機在一定范圍內平滑調速，進而使系統由局部送風來滿足織機的濕度要求，而整個車間則按照舒適性空調的要求進行全面送風。由于對電機實現了軟起動，大大降低了起動電流，避免了對電機和電網的沖擊。同時系統還設計了報警和保護功能，使中央空調在發生異常時，能夠自動報警和停機保護。關鍵詞：關鍵詞

3、：中央空調；PLC；變頻調速技術AbstractThe design background of textile design workshop,The traditional way of the limitations of central air conditioning,Use Siemens PLC S7-200 and MM430 Inverter,Full use of constant v / f frequency technology,Fan speed to achieve control of central air conditioning,Textile works

4、hop in order to design a central air conditioning system electrical control circuit.Introduced in detail the central air conditioning system electrical control circuit design and development process.The design includes two parts,That the choice of hardware and software design,Hardware choices of the

5、 low-voltage electrical control cabinet, inverter, PLC, and the choice of expansion modules, etc.Software designed primarily to meet the requirements of the central air-conditioning control program written in PLC and frequency conversion of some related parameter settings.On this basis, with frequen

6、cy conversion technology,So smooth fan speed within a certain range,Then the system by the local air supply to meet humidity requirements loom,The entire plant in accordance with the requirements of comfort air conditioning full blast.Achieved due to soft start the motor,Greatly reduce the starting

7、current,Avoid the impact of the motor and power grid.At the same time the system is also designed to alarm and protection,The central air conditioning when an exception occurs,Automatically alarm and shutdown protection.Keywords: central air conditioning; PLC; frequency control technology畢業設計用紙目 錄第一

8、章第一章 引引 言言.11.1 課題的選題背景及意義.11.2 課題的主要研究內容.1第二章第二章 中央空調送風系統整體方案設計中央空調送風系統整體方案設計.32.1 系統整體設計思想 .32.2 系統控制方案的設計與選擇.42.3 系統設計內容.5第三章第三章 系統硬件設計系統硬件設計.63.1 系統組成及各部分的分析選擇 .63.2 系統電氣控制原理圖.73.3 PLC 外圍接線圖 .103.4 控制系統的 I/O 地址分配.103.5 系統外圍接線圖.12第四章第四章 系統軟件設計與調試系統軟件設計與調試.134.1 系統工作過程分析.134.2 PLC 程序設計 .134.3 MM43

9、0 參數設置 .224.4 系統調試.24第五章第五章 系統模擬實驗系統模擬實驗.275.1 模擬實驗臺的硬件組成.275.2 模擬實驗軟件設計.275.3 系統模擬實驗過程.305.4 實驗小結.30結 論.31參考文獻.32致 謝.33畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1第一章 引 言隨著現代工業的不斷發展，生產技術的不斷進步，對于產品的精度要求也不斷提高，生產工藝對車間內溫度、濕度、風速、潔凈度等參數的要求更是越來越高，因此對恒溫恒濕中央空調的使用要求也就越來越高。改革開放和經濟的迅猛發展，也加速了我國空調產業的發展，這為各種高精度空調工程的實現提供了有力的保證。空氣調節應用于工業及

10、科學實驗的過程一般稱為工藝性空調，在各行各業中，為保證生產的質量和精度，對生產的環境溫度、相對濕度和清潔度等參數提出了不同的要求，其中恒溫恒濕中央空調是最常見的一種。1.1 課題的選題背景及意義課題的選題背景及意義紡織工業中的棉紡織工業、人造纖維工業、合成纖維工業等都對環境有一定的恒溫恒濕要求，棉纖維具有吸濕和放濕性能，對空氣濕度較敏感，棉纖維的含濕量直接影響纖維度，也影響纖維之間和纖維與機械之間相互摩擦的靜電大小，對紡織工藝和產品質量關系密切。隨著無梭織機在我國數量的不斷增加，轉速超過 1000 rpm 的織機比比皆是，運轉速度和電機功率都大幅增加，紡織車間內的發熱量也隨之加大，生產過程中產

11、生的大量飛花和粉塵，嚴重影響了車間生產，這對紡織車間的空調系統也提出了更高的要求。由于在紡織車間中同時存在著工人和織機，在空調系統中就必然要綜合考慮舒適性和工藝性。紡織過程要求的濕度較高，這么高的濕度對工人的工作環境極為不利，而舒適性空調所要求的濕度顯然又無法滿足織機生產的需要，于是考慮使用局部送風方式。該方式由局部送風來滿足織機的濕度要求，而整個車間則按照舒適性空調的要求進行全面送風。針對這兩方面的要求，設計出了這一新的送風方式和控制系統，即 PLC 控制的恒壓送風系統。恒壓送風包括局部送風的恒壓控制和全面送風的恒壓控制。恒壓送風保證了車間送風的質量，同時以 PLC 為主機的控制系統豐富了系

12、統的控制功能，提高了系統的可靠性。1 1.2 課題的主要研究內容課題的主要研究內容變頻恒壓送風系統主要由變頻器、可編程控制器、人機界面、各種傳感器等組成。鑒于變頻調速恒壓送風系統在我國已成為空調行業發展的主流趨勢。該系統參考了各類供給設備并結合該設計的特點，采用性能可靠的西門子S7-200系列PLC作為控制核心，在此基礎上，系統加入變頻調速技術，使電機在很寬范圍內平滑調速，這樣去掉了大量節流閥，避免了節流損耗，從而通過改變電機轉速而改變風量。畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1采用變頻調速技術的關鍵是電機轉速的可調和可控。電機的變頻調速系統是由PLC控制器進行切換和控制的。該系統對電機實現

13、了軟起動，大大降低了起動電流，避免了對電機和電網的沖擊。另外系統具備報警和保護功能，當系統發生異常時，能夠自動報警和停機保護。為滿足紡織車間送風要求，降低送風能耗，實現自動、可靠、穩定的送風，需要采用變頻恒壓送風技術，并輔以計算機來進行遠程監控、管理及故障報警。因此，課題內容如下：(1) 研究并完成利用 PLC、變頻器和多臺風機等主要設備構建變頻調速恒壓送風系統的方案設計與設備選型。為提高變頻器的使用效率，減少設備投資，采用一臺變頻器拖動多臺風機變頻運行的方案。(2) 深入分析變頻恒壓送風系統的工況變化過程，確定工況轉換方式，完成PLC 控制程序的設計，保證風機工頻、變頻的可靠、安全切換。(3

14、) 研究 PLC 和計算機的通信模式，確定通信協議，實現送風系統的遠程監控、管理與報警。(4) 加強系統的可靠性設計，提高系統的冗余度，設計手動、自動、工頻、變頻運行方式。通過該項目的研究和實施可以極大地改善紡織車間中央空調的可靠性和穩定性，而且可以降低能耗及維護成本，方便管理。畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1第二章 中央空調送風系統整體方案設計2.1 系統整體設計思想系統整體設計思想該設計以紡織車間為設計背景，紡織車間空氣調節的作用大體可分為二個：其一、滿足紡織生產工藝所適合的溫度、濕度條件；其二、保證生產工人擁有一個良好、健康的工作環境，這兩點具有同等的重要性。為了保證整個車間的溫

15、、濕度控制質量，首先需要一個總控開關按照一定控制要求來啟動和關閉中央空調系統，利用中央空調系統內部安裝的傳感器，隨時檢測車間和織機的溫、濕度狀況，而后將信號送給控制機構，控制的對象就是幾臺風機，風機啟動之后，通過一個閥門根據需要來決定給車間或織機送風，也就是使系統由局部送風來滿足織機的濕度要求，或使整個車間按照舒適性空調的要求進行全面送風，同時根據需風量的大小，利用變頻技術使局部送風在恒壓狀態下進行。在用風量小的情況下，如果一臺風機連續運行超過一定工作時間，則按照控制要求自動切換到下一臺風機，即系統具有“風機轉換功能” ，避免因一臺風機工作時間過長，降低生產效率和影響風機工作壽命。同時，系統啟

16、動時采用軟啟動來提高系統性能，在應急或檢修時，系統配備手動控制功能，最后，為了保證系統安全、順利的工作，還需設置完善的報警功能。基于以上的設計思想，中央空調恒壓送風系統原理圖如圖2-1所示。 中央空調總控1#2#3#電磁閥YV2局部送風全面送風風量控制器電磁閥YV1圖2-1 中央空調恒壓送風系統原理圖在該系統設計中，采用了1#、2#、3#三臺風機，首先由總控來控制電磁閥YV1,根據需求啟動和關閉中央空調, 平時電磁閥YV2處于失電狀態，也就是關閉局部送風閥。中央空調的局部送風或全面送風，由傳感器將檢測到的信號（采用人工模擬實現）直接送給控制機構，來選擇正確的送風方式。局部送風和全面送風共用1#

17、、2#、3#三臺風機，一般情況下，三臺風機根據全面送風的需求多少，利用變頻畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1器按一定的控制邏輯運行，使全面送風在恒壓狀態下進行。此時處在運行中的織機，當傳感器檢測到其濕度不足時，電磁閥YV2得電，此時關閉全面送風閥，打開局部送風閥，1#、2#、3#風機開始提供局部送風，以此來滿足織機的濕度需求，并根據需風量的大小，利用變頻器使局部送風也在恒壓狀態下進行。系統經過一段時間的工作，織機濕度合適后，三臺風機再次轉換為全面送風使用。2.2 系統控制方案的設計與選擇系統控制方案的設計與選擇長時間以來，自動控制系統存在著多種控制方式，比如繼電接觸器控制方式、邏輯電子電

18、路控制方式、單片機控制方式、可編程序控制器(PLC)控制方式等四種主要的控制方式。其特點分別如下：（1）繼電接觸器控制的特點 該控制電路硬件接線多，體積大，連線復雜，修改困難。觸點開、閉速度為幾十毫秒，難以實現對控制執行速度要求高的場合，而且容易出現觸點抖動。時間繼電器在限時控制方面，精度不高，易受環境影響。系統設計、施工、調試周期長，可靠性與可維護性差，壽命短。因價格低廉，該系統可用于要求不高的控制場合。（2）邏輯電子電路控制的特點 該控制電路往往采用一臺電機固定于變頻狀態，其余電機均為工頻狀態的方式，難以實現電機機組全部軟啟動、全流量變頻調節，控制精度較低，工頻啟動時有沖擊，抗干擾能力較弱

19、。（3）單片機控制的特點 盡管單片機控制優于邏輯控制，但在對不同管網調試麻煩，擴展功能時往往要對主電路進行修改，不夠靈活方便。（4）可編程序控制器控制的特點 PLC (Programmable Logic Controller)是一種面向生產過程控制的數字電子裝置，它使用了可編程序的存貯器以存貯指令，用以執行諸如邏輯、順序、定時、計數及算術運算等功能，并通過數字或模擬的輸入、輸出接口控制機械或生產過程。這種控制電路跟蹤快、控制精度高、抗干擾能力強、擴展功能靈活方便，可實現恒壓 (或變壓)全流量變頻調節，具有穩定性好、高效節能、調試方便等顯著優點。鑒于以上四種方案的特點比較，故該設計采用可編程序

20、控制器控制方式。在硬件設計上，只需確定 PLC 的硬件配置和 I/O 的外部接線，不需要諸如繼電器之類的固體電子器件和大量繁雜的硬接線電路。當控制要求改變，需要變更控制系統的功能時，只要改變存貯器中的控制程序即可。PLC 的輸入、輸出可直接與交流 220V、直流 24V 等強電相連，并有較強的帶載能力, PLC 抗干擾能力強、可靠性高。在 PLC的電源電路和 I/O 接口中，還設置了多種濾波電路，以抑制高頻干擾信號。軟件上，畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1PLC 設置了故障檢測及自診斷程序，用來檢測系統硬件是否正常，程序是否正確，便于自動地做出相應的處理，如報警、封鎖輸出、保護數據等。

21、通過計算機或編程器可以方便的對 PLC 控制程序進行寫入、讀出、檢測、修改等;還可對 PLC 的工作進行監控，使 PLC 的操作及維護變得容易。PLC 還具有很強的自診斷能力，能隨時檢查出自身的故障，并顯示給操作人員，使操作人員能迅速檢查、判斷故障原因。由于用軟件編程取代了繼電器硬接線，實現控制，使得工作量大為減少，縮短了施工周期。該系統主要的設計任務就是利用恒壓控制單元使一臺變頻器同時控制多臺風機，或者循環控制多臺風機，實現送風的恒定和風機的軟起動，以及風機的工頻與變頻的切換，同時還要能對運行數據進行傳輸。根據系統的設計任務要求，結合系統的使用場所，該設計決定采用“PLC+變頻器+傳感器”的

22、核心控制模式。該控制方式靈活方便，具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統進行數據交換，而且由于 PLC 產品的系列化和模塊化，所以可靈活組成各種規模和要求不同的控制系統。同時由于 PLC 的抗干擾能力強、可靠性高，因此該系統能適用于各類不同要求的恒壓送風場合，并且與送風機組的容量大小無關。該控制方案既有擴展功能靈活方便、便于數據傳輸的優點，又能達到系統穩定性及控制精度的要求。2.3 系統設計內容系統設計內容由上一節選擇、設計的系統方案，可以看出該設計實質上就是 PLC 與變頻器及傳感器的一個應用系統，所以系統的設計主要包括硬件設計、軟件設計兩部分，具體設計內容有： （1）硬件設計要進行硬件

23、的設計，首先要正確選取硬件的組成部分，硬件選擇主要是對變頻器、風機機組、傳感器、控制柜及操作臺、PLC 及擴展模塊的選擇。由于該系統應用了 PLC,這里需要對控制系統的 I/O 及地址分配做一定的工作，除此之外，系統還對主電路、控制電路及變頻調速電路作了具體的設計。（2）軟件設計應用軟件是根據指令系統及系統功能的要求進行的，因此，選擇的指令系統，其功能好壞對應用系統軟件設計影響很大。該系統軟件設計，主要是為配合硬件控制要求編寫的 PLC 程序及一些相關變頻參數的設置。當接下來調試系統時，也主要是對系統中的 PLC 程序及變頻器關鍵參數進行一番調試。為了直觀的體現該系統的方案設計，和進一步檢驗設

24、計的正確性，系統借助自動化系 MM430 變頻器實驗室已有的控制設備，從實際應用的角度，在正確連接控制線路的基礎上，通過 PLC 編程和 MM430 參數設置，簡單的模擬了一下該系統基畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1本的主要控制功能。第第三三章章 系系統統硬硬件件設設計計3.1 系統組成及各部分的分析選擇系統組成及各部分的分析選擇3.1.1 系統組成系統所需的主要硬件有: 軟啟動器、變頻器、風機機組、傳感器、PLC 及擴展模塊、控制柜及操作臺等。其組成框圖如圖 3-1 所示。圖 3-1 系統硬件組成3.1.2 系統各部分的分析選擇（1）PLC PLC 是整個變頻恒壓送風控制系統的核心，

25、它要完成對系統中所有輸入信號的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實現以及對外的數據交換。西門子 S7-200 PLC 系統是緊湊型可編程序控制器。系統的硬件構架由豐富的CPU 模塊和擴展模塊組成，它能夠滿足各種設備的自動化控制需求。S7-200 除具有PLC 基本的控制功能外,更在以下方面有獨到之處: 功能強大的指令集。 豐富而強大的通訊功能。編程軟件的易用性。CPU 226，24 點輸入，16 點輸出，DC24V，集成了以下豐富的內置功能：高速記速器輸入 短暫脈沖捕捉功能 高速脈沖輸出 I/O 硬件中斷事件 PID 控制，PID 自整定功能支持多種工藝配方 數據記錄（歸檔） 。選擇 PLC 時

26、，考慮到了西門子 PLC S7-200 的指令執行速度、指令豐富程度、內存空間、通訊接口及協議、帶擴展模塊的能力和編程軟件方便等多方面因素。所以,系統選用了西門子 PLC S7-200 作為中央空調送風系統的程序控制平臺。（2）變頻器和風機機組軟啟動器傳感器PLC及擴展模塊變頻器風機機組畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1變頻器和風機機組作為系統的執行機構，完成系統對外的送風量輸送。風機是輸出環節，變頻器是對風機進行轉速控制的單元，變頻器根據傳感器送來的控制信號改變風機的運行頻率，從而完成對風機的轉速控制。MM430 為水泵和風機的專用型變頻器，功率為 7.5kw250kw，三相交流電源（

27、380v480v） ，內置 PID 控制器，具有 6 個數字輸入，2 個模擬輸入，1 個用于電動機過熱保護的 PTC/KTV 輸入；2 個模擬輸出，3 個繼電器輸出，是 S7-200 自動化系統的理想配套設備；從 7.5kw 至 250kw 的變頻器都具有統一的控制方法和 I/O 界面。MM430 調速系統的電機使用了專用于變頻調速的進口西門子三相異步電動機，250kW，4 極 380V 進線。（3）傳感器傳感器直接對系統中的各種信號進行采集，得出對執行機構的控制方案，通過變頻調速器和接觸器對執行機構 (即風機)進行控制。該設計主要是將織機濕度信號變成模擬量信號。在運行過程中，當傳感器出現故障

28、時，系統有可能開啟所有的風機，而此時的用風量又達不到，出現這樣的情況時，關閉所有風機并進行報警。（4）軟啟動器當系統采用手動或變頻固定方式運行時，如果電機的功率較大，不允許直接啟動時，需采用軟啟動器進行降壓啟動。在選擇軟啟動器時，注意了與電機的額定功率、額定電流相匹配。當系統的自動部分出現問題時，而此時的送風又不能中斷,因此手動啟動是系統不可缺少的組成部分。（5）控制柜及操作臺控制柜內裝有空氣開關、交流接觸器、快速熔斷器、三相進線電抗器、MM430變頻器、出線電抗器、S7200PLC 等主器件，柜門裝有運行指示燈、顯示儀表等。操作臺上需裝有各種指示燈、按鈕、電壓表，電流表，頻率顯示儀表等，便于

29、觀察和記錄。計算機內安裝 MM430 變頻器調試軟件和 S7200PLC 編程軟件。（6）報警裝置作為一個控制系統，報警是必不可少的重要組成部分。由于該系統能適用于不同的送風領域，所以為了保證系統安全、可靠、平穩的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網過大波動等故障，因此系統必須要對各種報警量進行監測，由 PLC判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失。以上就是對系統所需設備的簡單分析及選擇，這項工作正確合理與否關系著整個系統的工作性能和狀態。畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院13.2 系統系統電電氣控制原理圖氣控制原理圖3.2.1 系統主電路圖圖 3-2 所示為電氣控制

30、系統主電路圖。三臺風機分別為 M1、M2、M3。接觸器KM1、KM3、KM5 分別控制 M1、M2、M3 的工頻運行；接觸器 KM2、KM4、KM6 分別控制M1、M2、M3 的變頻運行；FR1、FR2、FR3 分別為三臺風機過載保護用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4 分別為變頻器和三臺風機主電路的隔離開關；FU1 為主電路的熔斷器，VVVF 為西門子 MM430 變頻器。在 QS1、QS2、QS3、QS4 隔離開關閉合的情況下，若 KM1 得電吸合，風機 M1 起動，執行全面送風，當需局部送風，變頻運行時，KM2 得電閉合，同時斷開 KM1，風機 M1 執行變頻調速的局部送風。同理

31、，風機 M2、M3 在系統需要時，按照要求起停。畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1M1M2M3NL1L2L3FU1QS1QS2VVVFRSTUVWKM1KM2FR1FR2FR3KM4KM6KM5KM3QS3QS4圖 3-2 系統主電路圖3.2.2 系統控制電路圖圖 3-3 所示為電氣控制系統控制電路。圖中 SA 為手動/自動轉換開關，SA 打在1 的位置為手動控制狀態；打在 2 的狀態為自動控制狀態。手動運行時，可用按鈕SB1SB8 控制三臺風機的啟/停和電磁閥 YV2 的通/斷；自動運行時，系統在 PLC 程序控制下運行。圖 3-3 的 HL10 為自動運行狀態電源指示燈，Q1.0Q1

32、.7 為 PLC 的輸出繼電器，旁邊的 4、6、8 等數字為接線編號。畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1 NL1FU2SA102PLCN1SB1KM1SB2KM2Q1.0KM1FR1HL1Q1.146KM1KM2HL2SB3KM3SB4Q1.2Q1.3KM4KM3KM3HL3FR2KM4HL4810SB5KM5SB6Q1.4KM612KM5HL5FR3KM6HL6KM514Q1.5SB7SB8YV2Q2.0YV216Q2.118HL7Q2.220HL8Q2.322HL9Q2.424HAQ2.526KAHL10 圖 3-3 系統控制電路圖3.3 PLCPLC 外圍接線圖外圍接線圖選用主機為

33、 CPU226（24 入/16 繼電器輸出）一臺，由于系統需要 4 個輸入端口，12 個輸出端口，但所選設備西門子 PLC 與 MM430 之間本身占用了 16 個輸入端口，7個輸出口，因此這里加上一臺擴展模塊 EM222(8 繼電器輸出)，再擴展一個模擬量模塊 EM235（4AI/AO）,整個 PLC 系統的配置如圖 3-4 所示。PLC 外圍接線圖，如圖 3-5 所示。當織機濕度不足時，傳感器信號 SA1 被觸動，畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1I1.0 為 1。主機單元CPU226AC/DC繼電器擴展單元8點繼電器模擬量單元EM222EM2354AI/1AO 圖 3-4 PLC

34、系統組成 2LQ1.0Q1.1Q1.2Q1.33LQ1.4Q1.5NL12MI1.0I1.1I1.2I1.3I1.43MI1.5I1.6I1.7ML+ML+2L0.71L0.0ML+NM0V0I0RAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-SA3SuSB9SB10CPU226EM222EM2352 24262 161820 22N146 82模擬電壓信號去變頻器頻率信號輸入端10 1214220AC24DC圖 3-5 PLC 外圍接線圖3.4 控制系統的控制系統的 I/OI/O 地址分配地址分配控制系統的輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表3-1和表

35、3-2所示。表3-1 輸入/輸出信號的代碼及地址編號名稱代碼地址編碼變頻器合閘指令SB1I0.0變頻器分閘指令SB2I0.1變頻器啟動指令SB3I0.2變頻器停止指令SB4I0.3畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1急停SI0.4合閘反饋KMI0.5正反轉指令SA1I0.6故障SA2I0.7變頻器合閘KA1Q0.0變頻器運行KA2Q0.1柜合閘指示HG1Q0.2臺合閘指示HG2Q0.3正反轉KA3Q0.4柜故障指示HY1Q0.5臺故障指示HY2Q0.6表3-2 輸入/輸出信號的代碼及地址編號（續表）名稱代碼地址編號 輸 入 信 號局部送風傳感器信號SA3I1.0變頻器報警信號SuI1.1消

36、鈴按鈕SB9I1.2試燈按鈕SB10I1.3模擬量電壓值UpAIW0 輸 出 信 號1#風機工頻運接觸器及指示燈KM1,HL1Q1.01#風機工頻運接觸器及指示燈KM2,HL2Q1.12#風機工頻運接觸器及指示燈KM3,HL3Q1.22#風機工頻運接觸器及指示燈KM4,HL4Q1.33#風機工頻運接觸器及指示燈KM5,HL5Q1.43#風機工頻運接觸器及指示燈KM6,HL6Q1.5局部/全面送風轉換電磁閥YV2Q1.6局部送風報警指示燈HL9Q1.7報警電鈴HAQ0.7控制變頻器頻率電壓信號VfAQW03.5 系統系統外圍接線圖外圍接線圖畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院12LQ1.0Q1

37、.1Q1.2Q1.33LQ1.4Q1.5NL12MI1.0I1.1I1.2I1.3I1.43MI1.5I1.6I1.7ML+ML+2L0.71L0.0ML+NM0V0I0RAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-SA3SuSB9SB10CPU226EM222EM2352 24262 16182022N14 6 82模擬電壓信號101214220AC24DC1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.61M0.00.7SB1SB2 SB3 SB4SKM SA1KA1 KA2 HG1 HG2 KA3 HY1

38、 HY2DC24VDC0V110V20V3+4-9(24V)5(DIN1)6(DIN2)(AIN1)7(DIN3)8(DIN4)16(DIN5)17(DIN6)28(0V)MM430主回路電源B+B-L12PE1KA1KA2DV MM4306SE6 430-2UD32-0DG0(22KW) (RL1)NC18(RL1)NO19(RL1)COM20(RL2)NO21(RL2)COM22(RL3)NC23(RL3)NO24(RL3)COM25(AOUT1)(AOUT2)+12+26-13-27L1 L2 L3VUWM1M2M3SA2 圖 3-6 系統外圍接線圖如圖 3-6 所示，控制系統使 S7-

39、200 PLC 控制 MM430 變頻器,由變頻器直接控制M1、M2、M3 三臺風機的運行。畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1第第四四章章 系系統統軟軟件件設設計計與與調調試試應用軟件是根據指令系統及系統功能的要求進行的。鑒于該設計的控制方案，系統適時的選用了西門子 S7-200PLC 及 MM430 變頻器，配合硬件共同實現系統的各方面工作要求。西門子 S7-200PLC 的編程語言是 STEP 7-micro/win32，它是用于 S7-200 系列PLC 進行編程、調試的全新軟件，該軟件可以運行于通用微機中，在 WINDOWS 環境下進行語言編程。將它通過計算機的串口和一根 PC/

40、MPI 轉接電纜與 PLC 的 MPI 口相連，即可進行相互間的通信。通過 STEP-7micro/win32 編程軟件，不僅可以非常方便的使用梯形圖和語句表等形式進行離線編程，經過編譯后通過轉接電纜直接下載入 PLC 的內存中執行，而且在調試運行時，還可以在線監視程序中的各個輸入輸出或狀態點的通斷狀況，甚至進行在線修改程序中的變量，給調試工作也帶來極大的方便。 STEP7-micro/win32 軟件的一個特點是調試功能很強大，不僅能在線讀取數據，而且能在線修改過程數據,對于調試大型復雜控制程序非常有效。STEP 7-micro/win32 軟件還附帶一些控制程序模塊，如 PID 調節模塊，

41、這些模塊可以從主控制程序中直接調用，以便實現不同的功能。STEP 7-micro/win32 軟件工具包采用模塊化的程序設計方法，它采用文件塊的形式管理用戶編寫的程序及程序運行所需的數據。該工具軟件包為 S7-200 CPU 與其它系統部件 (如觸摸屏、變頻器)的使用提供了便利。4.1 系統工作過程分析系統工作過程分析正常情況下，中央空調的風機機組按照程序要求工頻運行，給車間全面送風，若傳感器檢測到織機濕度不足時，啟動報警指示，關閉全面送風，開啟局部送風，此時啟動自動變頻運行方式，首先使1#風機變頻運行，在1#風機工作過程中，變頻器根據送風信號的變化通過PID調節器調整1#風機的轉速來控制風量

42、。若用風量繼續增加，變頻器輸出頻率達到上限頻率時，仍達不到設定要求，那么同時起動2#風機變頻運行，若還達不到設定要求，那么也同時起動3#風機變頻運行，這樣三臺風機共同變頻送風，直至滿足織機濕度要求，報警指示消失，同時系統再次起動全面送風，工頻運行，循環工作。當用風量較小的時候，系統按照“先起先停”原則逐臺關閉處于工頻或變頻運行的風機。4.2 PLCPLC 程序設計程序設計該系統的程序是建立中央空調恒壓送風方案基礎上的,是按照 PLC 應用的步驟開畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1發完成的。程序控制的目的是實現整個送風系統的恒壓運行，為此必須控制變頻器的頻率以及三臺風機的順序投入與切除，以

43、此保證系統的安全性與可靠性。該程序共分為三部分：主程序、子程序以及中斷程序。把邏輯運算及報警處理等放在主程序，系統初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節省掃描時間。利用定時器中斷功能實現 PID 控制的定時采樣及輸出控制。PID 控制器的參數整定是控制系統設計的重要內容。它是根據被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。全面送風時系統設定值為滿量程的 70%，局部送風時系統設定值為滿量程的 90%，在該系統中，只是用比例（P）和積分(I)控制，其回路增益和時間常數可通過計算初步確定，但還需要進一步調整以達到最優控制效果。PID 控制器參數的整定步驟如下

44、：（1）首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作。（2）僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下此時的比例放大系數和臨界振蕩周期。（3）在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。常規 PID 參數整定的理論方法要有對象準確的數學模型，但這對大多數的工業控制系統是難以做到的。因此通常的做法，可以通過實驗的方法來整定 PID 參數。該系統的 PID 參數整定采用現場實驗整定法。現場實驗整定法，是人們在長期的工程實踐中，從各種控制規律對系統控制質量的影響的定性分析中，總結出來的一種行之有效，并且得到廣泛應用的工程整定方法。在現場的應用中，將調節器的整定參數按先比例、后

45、積分、最后微分的程序置于某些經驗數值后，把系統閉合起來，然后再作給定值擾動，觀察系統過渡過程曲線。若曲線不夠理想，則改變調節器的 、Ti 和 Td 值，進行反復湊試，以尋求“最佳”的整定參數，直到控制質量符合要求為止，從而確定 PID 的參數。在具體整定時，令 PID 調節器的 Td=0，Ti=，使其成為純比例調節器。比例度 按經驗數據設置，如表 4-1（常用過程控制系統控制器的參數經驗范圍） 。整定純比例控制系統的比例度，使系統達到 4:1 衰減振蕩的過渡過程曲線，然后，再加積分作用。在加積分作用之前，應將比例度加大為原來的 1.2 倍。將積分時間由大到小進行調整，直到系統得到 4:1 衰減

46、振蕩的過渡過程曲線為止。該系統初步確定的增益和時間常數為：增益 Kc=0.25;采樣時間 Ts=0.2s;畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1積分時間 Ti=30min.表 4-1 常用過程控制系統控制器的參數經驗范圍調節器參數控制系統Ti/minTd/min風量2080壓力30700.43流量401000.11程序中使用的 PLC 元器件及其功能如表 42 所列表 42 程序中使用的元器件及功能器件地址功能器件地址功能VD100過程變量標準化值T37工頻增加風機濾波時間控制VD108PI 計算值T38工頻減少風機濾波時間控制VD112比例系數T39工頻/變頻轉換邏輯控制VD116采樣時間

47、M0.0故障結束脈沖信號VD120積分時間M0.1風機變頻啟動脈沖VD124微分時間M0.3轉換風機變頻啟動脈沖VD204變頻器運行頻率下限值M0.4.復位當前變頻運行風機脈沖VD208全面送風變頻器運行頻率上限值M0.5當前風機工頻運行啟動脈沖VD212局部送風變頻器運行頻率上限值M0.6新風機變頻啟動脈沖VD250PI 調節結果存儲單元M2.0風機工頻/變頻轉化邏輯控制VD300變頻工作風機的風機號M2.1風機工頻/變頻轉化邏輯控制VD301工頻運行風機的風機總臺數M2.2風機工頻/變頻轉化邏輯控制VD310轉換風機時間存儲器M3.0故障信號匯總T33工頻/變頻轉換邏輯控制M3.1變頻器故

48、障消鈴邏輯T34工頻/變頻轉換邏輯控制M3.2織機濕度不足消鈴邏輯4.2.1 系統運行主程序系統運行主程序首先要使擴展模塊 (通訊模塊、A/D 模塊等)、變頻器等設備與PLC 的數據傳輸正常。同時在系統運行過程中要及時進行故障檢測，以防止設備損壞和意外發生;當出現故障時，要及時進行報警輸出，方便維修人員維修，有利于系畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1統恢復正常工作。無故障情況下，系統自動啟動后，進行恒壓控制。其參考程序梯形圖如圖 4-1 所示。畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1網絡1網絡2網絡3網絡4I0.5Q0.2Q0.3網絡5I0.6Q0.4網絡6I0.5Q0.5Q0.6I0.

49、2I0.3M0.0Q0.1Q0.1I0.0I0.1M0.0M0.0Q0.0Q0.0I0.4I0.7急停變頻器合閘變頻器啟動合閘反饋正反轉控制故障報警網絡 7 上電初始化，調初始化子程序SBR_0ENSM0.0網絡 8 局部/全面送風給定值設置MOV_ROUTENOENIN0.9VD104MOV_ROUTENONOTENIN0.7I1.0網絡 9 上電和故障結束時重新激活變頻風機號存儲器INC_BENINENOOUTVB300VB300SM0.1M0.0VD104畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1網絡 10變頻器頻率上限時增加風機濾波DDI1.0I1.0VD250VD212VD250VD2

50、08M0.1T37INTONPT+50網絡 11符合增加風機條件時，工頻風機運行數加1BPT37VB3011M0.1INC_BENINENOOUTVB301VB301網絡 12 頻率下限時減少風機濾波DVD250+1800M0.2T38INPTTON+100網絡 13符合減少風機條件時，工頻風機運行數減1BPT38VB3010M0.2DEC_BENINENOOUTVB301VB301變頻增加風機或轉換風機時，置位M2.0M0.1M0.3M2.0S1復位變頻器頻率， 為軟啟動做準備M2.0T33INTONPT+1Q2.5產生關斷當前變頻風機脈沖信號T33P網絡 14網絡 15網絡 16M0.4網

51、絡 17工頻風機數加1M0.4M2.1S1INC_BENINENOOUTVB300網絡 18M2.1T44INTONPT+2VB300畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1網絡 19 產生當前風機工頻啟動脈沖信號T34PM0.5M2.1R1網絡 20M0.5M2.2S1網絡 21M2.2T39INTONPT+30網絡 22 產生下一臺風機變頻運行啟動信號T39PM0.6M2.2R1M2.0R1變頻工作的風機號轉移BVB3003MOV_BENIN1ENOOUTVB300一個變頻風機運行的持續時間判斷BVB3010SM0.4PINC_DWENINVD3103h時間到，則產生下一臺風機的變頻啟動信

52、號DVD310+180PM0.3MOV_DWENENOINOUT+0有工頻風機運行時，復位VD310BVB3010MOV_DWENENOINOUT+0VD310網絡 23網絡 24網絡 25網絡 26VD310VD310網絡 27 1號泵變頻運行控制邏輯BSM0.1M0.0M0.6Q1.11VB300M3.0M4.0Q1.0Q1.1畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1網絡 28 2號泵變頻運行控制邏輯BM0.6Q1.3VB3002M3.0M0.4Q1.2Q1.3網絡 29 3號泵變頻運行控制邏輯BM0.6Q1.5VB3003M3.0M0.4Q1.4Q1.51號泵工頻運行控制邏輯BBBBM0

53、.5Q1.0VB3002VB3003VB3010VB3011Q1.1Q1.02號泵工頻運行控制邏輯BBBBM0.5Q1.0VB3003VB3001VB3010VB3011Q1.3Q1.23號泵工頻運行控制邏輯BBBBM0.5Q1.2VB3001VB3002VB3010VB3011Q1.5Q1.4織機的濕度不足時，閥YV2打開I1.0Q2.0變頻器故障指示燈M3.1I1.5I1.3Q2.2SM0.5織機濕度不足時指示燈SM0.5M3.2I1.5I1.0Q2.3網絡 30網絡 31網絡 32網絡 33網絡 34網絡 35畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1變頻器故障消鈴邏輯I1.4I1.3M3

54、.1M3.1網絡 36織機濕度不足消鈴邏輯I1.4I1.0M3.2M3.2網絡 37圖 4-1 系統主程序4.2.2 系統運行子程序系統初始化的一些工作放在初始化子程序程序中完成，這樣可節省掃描時間。其梯形圖如圖 4-2 所示。網絡 1 初始化子程序SM0.0MOV_DWENENOINOUT+1800VD204MOV_DWENENOINOUT+22400VD208MOV_DWENINENOOUT+28800VD212MOV_RENINENOOUT0.25VD112MOV_RENINENOOUT0.2VD116MOV_RENINENOOUT30.0VD120MOV_RENINENOOUT0.0V

55、D124MOV_RENINENOOUT200SMB34ATCHENOENINEVNTINT_010圖 4-2 系統子程序畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院14.2.3 系統運行中斷程序利用定時器中斷功能實現 PID 控制的定時采樣及輸出控制，全面送風時系統設定值為滿量程的 70%，局部送風時系統設定值為滿量程的 90%。其梯形圖如圖 4-3 所示。網絡 1 PI控制中斷程序ENOENOENOSM0.0I_DIENINENOOUTAC0AIW0DI_RENINENOOUTAC0AC0DIV_RENIN1IN2AC032000.0AC0OUTMOV_RENINENOOUTAC0VD100PID

56、ENTBLLOOPVB1000MOV_RENINENOOUTVD108AC0MUL_RENIN1IN2OUTAC0VD10832000.0網絡 2 IAC0VD204T39+25ENINVD204AC0R網絡 3 MOV_DWENOOUTENOOUTENOOUTENOOUTENOOUTSM0.0ROUNDENINAC0AC0MOV_DWENINAC0VD250DI_IENINAC0AC0MOV_WENINAC0AQW0畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1圖 4-3 系統中斷程序4.3 MM430MM430 參數設置參數設置常規中央空調的風機為恒轉速，即基本上以額定轉速運行。該系統為了配合P

57、LC 使風機變頻運行，采用了 MM430 變頻器，MM430 為風機專用型變頻器, 通過改變電機的轉速可降低電耗，改善設備運行。為使該系統風機可靠運行，就要對 MM430參數進行精確的設置。4.3.1 設置參數流程系統要對變頻器進行正確的參數設計，首先要編輯變量符號，輸入和編輯程序，編譯。在完成編程計算機與 CPU 通訊之后，下載程序，對此進行運行和調試。然后合閘操作，最后輸入參數。其參數設置流程圖如圖 4-4 所示。圖 4-4 參數設置流程圖4.3.2 參數設置（1）恢復工廠設置為了把所有參數復位到工廠缺省設置值，對下列參數進行以下設定：編輯變量符號輸入和編輯程序編譯編程計算機與CPU通訊下

58、載程序運行調試合閘操作輸入參數畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1設定 P0010 = 30；P0970 = 1。（2）快速調試用戶的參數訪問級一般采用標準級，故設P0003=3，要快速調試，P0010=1。為了使變頻器的參數設置與所用電機相吻合,根據風機額定電壓380V, 額定電流 15.00A,額定功率250KW, 電機額定頻率 50.00HZ，電機額定轉速1450r/min，故設：P0304=380V，P0305=15A，P0307=7.5，P0310=50HZ，P0311=1450。電流、電壓、頻率、功率都參照了電機上的名牌上額定數據，有效的提高了系統工作的可靠性和穩定性。（3）運

59、行指令選擇命令源端子，即終端數字輸入，設 P700=2。當從 P0700 = 1 變成 P0700 = 2 時，使所有的數字量輸入設定成缺省設置。 （4）正反轉指令風機正向運行使P701=2，反向運行使P702=12。 （5）故障輸出傳動裝置故障激活時，使 P732=52.3。其詳細的參數設置如下：（1）恢復工廠設置 P0010=30 / 調試用的參數 P0970=1 / 復位為工廠設置值 （2）快速調試 P0003=3 / 用戶的參數訪問級(標準級)P0010=1 / 快速調試 P0304=380V / 電機額定電壓 380V P0305=15A / 電機額定電流 15.00A P0307=

60、250 / 電機額定功率 250KW P0310=50HZ / 電機額定頻率 50.00HZ P0311=1450 / 電機額定轉速 1450r/min P3900=2 /“快速調試”結束，進行電動機計算和 I/O 復位 （3）運行指令 P700=2 /選擇命令源端子(終端數字輸入) P701=2 ON/OFF1 /數字輸入1的功能(正向運行)（4）正反轉指令 P702=12 / 數字輸入 2 的功能(反向運行) P1110=0 / 禁止負向的頻率給定值畢業設計用紙哈爾濱工程大學繼續教育學院1（5）故障輸出P732=52.3 / 數字輸出 2 的功能（故障輸出） （6）模擬量輸入P756=0