PLC和变频器在中央空调节能工程中的应用.docx

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1、 毕业论文（设计）题 目： PLC和变频器在中央空调节能工程中的 应用 英 文： Application of Programmable Controller and Frequency Converter in Energy Saving Project of Central Air Conditioning 二级学院： 电气与电子工程学院 专 业： 建筑电气与智能化 姓 名： 王城 学 号： 2015010343122 指导教师： 张雨沐 日 期： 2019年4月 PLC和变频器在中央空调节能工程中的应用摘要近年来， 随着我国经济的不断发展，大型建筑如雨后春笋，其数量呈现不断增加的趋势,

2、为了满足人们生产和生活的需要，提高建筑物内部环境的舒适度, 许多大型建筑都会设计和安装中央空调系统。但是许多大型建筑在设计中央空调系统时，往往是根据系统运行的最大负荷量去设计的，存在冷却水泵和冷冻水泵不能自动调节负载，长期处于满负荷的工作状态，造成了很大的能源浪费。而变频调速技术的快速发展, 为中央空调的节能改造提供了有利的条件, 现决定用PLC、变频器、温度传感器、A/D和D/A转换模块及PID控制算法, 打造一个高效的恒温控制系统。 关键词：中央空调；可编程控制器；变频调速技术；温度；PID控制Application of Programmable Controller and Frequ

3、ency Converter in Energy Saving Project of Central Air ConditioningAbstractIn recent years, with the continuous development of Chinas economy, large-scale buildings such as bamboo shoots springing up after rain, the number of which is increasing. In order to meet the needs of peoples production and

4、life and improve the comfort of the internal environment of buildings, many large-scale buildings will design and install central air-conditioning systems. The rapid development of frequency conversion technology provides favorable conditions for the energy-saving transformation of central air-condi

5、tioning. Now we decide to use PLC, frequency converter, temperature sensor, A/D and D/A conversion module and PID control algorithm to build an efficient constant temperature control system.Key words: Central air-conditioning；Programmable Controller；Frequency Conversion Speed Regulation Technology；t

6、emperature；PID control目录1绪论11.1空调发展简史11.2研究中央空调节能改造用义11.3系统设计要完成的主要任务12.中央空调运行原理与设计方案32.1中央空调结构与运行原理32.2 变频调速原理32.3 系统设计的总体方案43系统设计的硬件部分63.1 PLC的组成结构和工作原理63.2 PLC的型号选定73.3 A/D模拟量输入模块83.4 D/A模拟量输出模块103.5 温度传感器的型号选择113.6变频器的型号选择123.7变频器的参数设置134.系统设计的软件部分154.1内存变量分配154.2设计系统主程序164.3 PID控制程序设计214.4 设计冷却

7、水系统PID控制程序224.5 设计冷冻水系统PID控制程序254.6 冷却水和冷冻水系统的PID子程序274.7 系统的中断服务程序295.系统的调试与仿真325.1系统初始化程序调试325.2冷却水系统的PID控制程序调试375.3冷冻水系统的PID控制程序调试396.总结42参考文献43致谢44附录A：PLC控制程序梯形图45附录B：系统总体电路图55PLC和变频器在中央空调节能工程中的应用1绪论1.1空调发展简史20世纪60年代左右，空调最先在美国诞生，当时风冷式冷水机空调的特点是利用空气散热，后来美国经过对有风管的中央单元式的改进和发展，创立了WRAC系统。二十世纪七十年代起，无风管

8、的SRAC和SPAC空调系统在日本日本得到改进和发展，很快就占领了空调市场。九十年代，中国从日本人引进其空调设备和技术，并成立了多家合资公司。同时，中国不断从国外引进空调制造技术和空调设备，积极参与空调的研发。现今中国的空调技术已经发展达到了很高的水平，占据了全球很大部分的市场份额，成为了重要的空调出口国。1.2研究中央空调节能改造用义人们的物质需求随着中国经济的发展也在提高。为了追求建筑物内的环境舒适度，空调是必须安装的，因此中央空调发展迅速。研究表明，中央空调所消耗的能源占整栋建筑物能源消耗的50%左右，因此对中央空调进行节能改造具有十分重要的意义。常规的中央空调系统在选型设计时，往往是根

9、据冷热负荷的最大量来设计的。但一年之中，中国出现最冷和最热气候的日子并不多，所以常规的中央空调长期处在满负荷的工作状态是不合理的，会造成许多能源浪费。因此对中央空调系统进行节能改造是十分必要的。变频技术的发展进步，可编程控制器和变频器等控制设备的改进，功能变的更加齐全和完善，这为中央空调的节能改造提供了十分有利的条件。1.3系统设计要完成的主要任务在充分了解空调运行原理基础上，分别对其冷却水循环过程和冷冻水循环过程设计节能方案，打造一个能够实现自动控制水泵转速的恒温闭环控制系统，实现节约电能的目的。设计要完成的任务：在空调冷却水进、出水管道上各装上一个温度传感器，在冷冻水回水管道上装上一个温度

10、传感器。在冷却水循环过程中，温度传感器检测冷却水进、出水温度，PLC计算出进出水温差，并与温度设定值比较。如果温度差大，则增加冷却水泵转速并加速冷却水循环;如果温度差小，则降低冷却水泵转速并减速冷却水循环。对于冷冻水系统，只度检测冷冻水的回水温度，温度信号传递到PLC后，PLC对数据进行分析、计算和对比。若冷冻水回水温度高出温度设定值，提升冷冻泵运行速度，相反，若冷冻水回水温度小于温度设定值，降低冷冻泵运行速度。变频调速，平衡供需，节约电能。2.中央空调运行原理与设计方案2.1中央空调结构与运行原理 中央空调结构包括：制冷机、冷却塔、冷却水循环、冷冻水循环、风机盘管。其具体结构在图2.1中示出

11、。图2.1 中央空调结构图它的工作运行原理：在制冷机组中，压缩机压缩制冷剂为液体状态；液态的制冷剂被输送到蒸发器当中，把冷量传给冷冻水，使冷冻水降温，冷冻水制冷后被冷冻泵送到风机冷却盘管，由风机将冷气吹到各个房间，降低室内温度。经蒸发器后的制冷剂，再由冷凝器冷凝成为气态，并释放出热量，这些热量传递到冷却水中，冷却水升温，升温后的冷却水被冷却泵压力输送到冷却塔，并且在其中与大气发生热交换，使冷却水温度降下来。2.2 变频调速原理 根据流体传输的原理，水泵流速与电机转速关系成正比，水泵压力和电机速度的平方关系成正比，水泵轴功率与流速和压力的乘积相等，水泵轴功率和电机转速的立方关系成正比。可以看出的

12、是，泵的输出功率可以通过改变泵的马达速度而改变。为了节约能源，我们可以通过控制变频器的频率，调节电机速度，实现节能改造的效果。图2.2是流体传输设备各个变量之间的关系图。图2.2 流体传输变量关系图2.3 系统设计的总体方案 可编程控制器、频率转换器、主接触器、温度测量装置和泵单元是实现频率调整的设备，其闭环自动控制系统的每个电机在频率调整和频率转换两个状态下运行。根据需要，也可以通过PLC系统进行切换控制。A/D和D/A转换模块分别接到PLC的I/O扩展模块接口，经PLC和A/D转换模块将，温度模拟量信号变为数字量信号，再经D/A转换将PLC的开关量信号变为数字量信号输出。通过变换为模拟量信

13、号，使PLC控制变换器的频率发生变化，使电动机的旋转数发生变化，实现节约能源的目的。设计此时系统控制通过电压信号的频率转换，从而控制水泵的速度和调节温度。输出电压主要由控制程序和PID算法控制。在此，子例程第1号逆变器设置为SBR-0的电压控制参数，和2逆变器被设置为SBR-1号的控制参数来控制电压，主程序分别调用子程序传递PID调节参数，设定时中断0每10ms中断一次，并进入INT-0，并且在中断服务程序中，INT-0分别对两个变频器进行控制。 图2.3 系统设计结构图 3系统设计的硬件部分 3.1 PLC的组成结构和工作原理可编程PLC控制器包括诸如电源、CPU和存储器、I/O接口设备和I

14、/O扩展接口模等部分。下面通过PLC硬件结构解析图来帮助我们更好的认识它的组成结构。图3.1 PLC硬件结构解析图PLC的程序的扫描方式，一般是从上到下从左到右的循环扫描。如果用户创建的程序没有跳转命令，则PLC执行从第一命令步骤编号到最后一个命令步骤编号的循环扫描。即在程序的最后命令扫描完成后，返回到第一命令，进行扫描。在此过程中，可采样输入信号以更新输出状态。通常，输入样本、执行程序、刷新输出为PLC的一个扫描周期。图3.2 是PLC扫描方式实现过程。图3.2 PLC扫描周期流程图 3.2 PLC的型号选定 此次设计通过对输入输出I/O点数、模拟量和开关量、存储容量、控制回路和输出负载等因

15、素的分析，再结合学校现有的PLC设备型号，综合考虑后，选择西门子S7-200系列可编程控制器。 下图是关于西门子S7-200系列的端子及其硬件实物介绍图图3.3 PLC实物图 S7-200系列具有EM231输入模块、EM232输出模块和CPU226这三块重要部分。3.3 A/D模拟量输入模块 选用EM231为模拟量输入模块，热电阻类型是根据DIP拨码开关来选择的，其测量单元和接线方式也是由此来选择的。型号相同的热阻连接到同一扩展模块。改变DIP开关后，必须在断电后打开PLC的电源，以便新的设置发挥作用。表3.1 EM231主要设置参数耗电量自+5V DC（自I/O总线）自L+L+电压范围，2级

16、或DC传感器供电87mA60mA20.4至28.8V DCLED 指示灯24V DC电源供电良好ON=无错，OFF=无24V DC电源，SF：ON=模块故障，闪烁=输入信号错误,OFF=无错模拟量输入特性现场至逻辑 现场至24V DC 24V到逻辑500V AC500V AC500V AC共模输入范围（输入通道至输入通道）120V AC共模抑制120dB 120V AC输入类型无隔离差分输入输入范围RTD类型(选一种)Pt-100，200，500，PT-1000-10000Cu-9.035Ni-10，120，1000R-150，300，600输入分辨率温度 电阻0.115位加符号位模块更新时间

17、：所有通道405ms连线长度（最大）100米至传感器线回路电阻（最大）最大为20数据字格式电压：-32000至+32000最大输入电压30V DCEM231在配置区设定了三个开关，分别用来选择模拟量输入范围或是量程、分辨率和类型。因为在设计所采用的A/D转换模块中，EM231是单极性的输入类型，且电压输入为05V，所以应该选择1.25mV的分辨率，并且把SW1、SW2、SW3分别设定为ON、ON、OFF。所设定的三个开关的作用如下表3.2所示。表3.2 EM231的开关设定表输入类型与范围分辨率开关设定SW1SW2SW3单极性，010V电压输入2.5mV单极性，05V电压输入1.25mV单极性

18、，020mA电流输入5uA双极性，05V电压输入2.5mV双极性，02.5V电压输入1.25mV-设定为开关ON；-设定为开关OFF模拟量输入端的连接方式为：模拟量信号通过双绞线传输到各通道。第一通道的测量信号连接到EM231的A正负极，第二通道的测量信号连接到EM231的B正负极。从L+、M端为EM231输入所需要的DC24V电源。其主要硬件连接方式如下图所示。 图3.4 EM231和热电阻的硬件连接示意图 3.4 D/A模拟量输出模块根据设计需要选择EM232作为模拟量的输出模块，而模拟量输出模块的作用主要是把中央处理器（CPU）中的二进制数字信号转换成为420mA范围的电流输出信号或者是

19、010V范围和05V范围的直流电压输出信号。下表3.3是EM232模块的设置参数。表3.3 EM232模块的设置参数模拟量输出特性模拟量输出点数2隔离(现场侧到逻辑线路)无信号范围电压输出 电流输出10V020mA数据字格式电压 电流-32000+320000+32000分辨率全量程电压 电流12位11位 模拟量输出端连接方式：经D/A转换，双绞线输出模拟量信号，通过输出电压信号将双绞线连到信道的M 0与V 0端，通过输出电流信号将双绞线连到信道的M 0和I 0端。模拟量输出端的连接方式如图3.5所示。图3.5 EM232硬件接线示意图3.5 温度传感器的型号选择 热电阻是测量温度的敏感元件，

20、其耐热体主要由金属氧化物或半导体材料制成；正、负和临界温度系数是热电阻的三个温度系数。下文图3.6显示了它们之间的关系曲线。图3.6 热敏电阻温度特性曲线图 在实际应用中负温度系数热敏电阻是主要的温度检测电阻，而在电阻值急剧变化的特定温度下才会采用PTC和CTR热敏电阻来构成温度开关器件。本次设计选择型号RS3011，该型号采用Pt100温度传感器，其测量范围是-20400,并且这个范围是可以选择的，其输出信号为420mA/05V，精度等级为0.2级，隔离电压为2500VDC(0.5mA,60S)。根据系统设计需要分析考虑，选择输入的温度范围为0+100。3.6变频器的型号选择 因为此次设计的

21、系统是一台变频器控制一台电机的情况，因此，对于连续恒定负载操作所需的逆变器容量计算公式： 在式中： 代表负载所需的马达的轴输出功率，单位为W代表电动机效率，一般约为0.85代表电动机功率因数，一般约为0.75K为电流波形校正系数。由PWM模式，取K值为1.05代表变频器额定容量因系统设计所选的单台水泵的功率为2.2kW，取=1.05，=2.2kW，=0.85，=0.75，代入上述公式可得：1.052.2/0.850.75=3.62kWFR-A540系列变频器的容量为0.4kW55kW，根据计算得出结果可以看出，符合设计要求，所以应选择FR-A540-3.7K-CH的变频器。它的功率为3.7KW

22、，三相电压380V，频率50Hz，电流9A。FR-A540变频器具有脉宽调制和V/F控制的特点。主要具有点动、制动、扭矩提升、上位机通讯等功能。3.7变频器的参数设置 所设计的系统是由PLC通过D/A转换模块把控制量从引脚“2”引入，即引入电压输入信号，控制变频器将频率调整到相应的数值。为了使变频器能够达到预定的工作状态，需设置变频器相关参数。具体设置见表3.4。表3.4 变频器的设定参数参数号设定值名称Pr.02%转矩提升Pr.150Hz上限频率Pr.20Hz下限频率Pr.350Hz基底频率Pr.46Hz低速设定Pr.73S加速时间Pr.81S减速时间Pr.97.65A电子过电流保护Pr.1

23、30.5Hz启动频率Pr.140适用负荷选择Pr.290加/减速曲线Pr.607智能模式选择Pr.7113适用电机Pr.793操作模式选择Pr.802.2KW电机容量Pr.814电机极数Pr.83380V电机额定电压Pr.8450Hz电机额定频率Pr.951在线自动调整选择Pr.96101自动调整设定/状态表3.5 I/O分配表模块号输入端子号输出端子号地址号信号名称说明CPU2261I0.01号启动按钮2I0.11号停止按钮3I0.22号启动按钮4I0.32号停止按钮5I0.43号启动按钮6I0.53号停止按钮7I0.6紧急停车按钮8I0.7总启动按钮9I1.01号变频器启动按钮10I1.1

24、1号变频器停止按钮11I1.21号电机故障热继电器12I1.32号电机故障热继电器13I1.43号电机故障热继电器14I1.52号变频器启动按钮15I1.62号变频器停止按钮1Q0.0变频器给电继电器2Q0.11号泵工频启动继电器3Q0.21号泵变频运行继电器4Q0.32号泵工频启动继电器5Q0.42号泵变频运行继电器6Q0.53号泵工频启动继电器7Q0.63号泵变频运行继电器8Q0.72号变频器给电继电器9Q1.0冷冻泵变频运行继电器10Q1.11号变频器启停数字量11Q1.22号变频器启停数字量EM2311AIW01号热敏电阻PT1002AIW22号热敏电阻PT100EM2321AQW01

25、号变频器电压2AQW22号变频器电压4.系统设计的软件部分 4.1内存变量分配系统设计的内存变量分配如下表4.1所示。表4.1 内存变量分配表序号名称地址注释序号名称地址注释11号启动I0.0上升沿291号变频器控制电压AQW012bit21号停止I0.1上升沿30 2号变频器控制电压AQW212bit32号启动I0.2上升沿311号PID表VB08bit42号停止I0.3上升沿321号过程变量VD032bit53号启动I0.4上升沿331号设定值VD432bit63号停止I0.5上升沿341号输出值VD832bit7紧急停车I0.6上升沿351号增益VD1232bit8总启动I0.7上升沿3

26、61号采样时间VD1632bit91号变频器启动I1.0上升沿371号积分时间VD2032bit101号变频器停止I1.1上升沿381号微分时间VD2432bit111号电机故障I1.2上升沿391号积分前项VD2832bit122号电机故障I1.3上升沿401号过程前值VD3232bit133号电机故障I1.4上升沿412号PID表VB368bit142号变频器启动I1.5上升沿422号过程变量VD3632bit152号变频器停止I1.6上升沿432号设定值VD4032bit16变频器给电Q0.0“1”有效442号输出值VD4432bit171号泵工频启动Q0.1“1”有效452号增益VD4

27、832bit181号泵变频运行Q0.2“1”有效462号采样时间VD5232bit192号泵工频启动Q0.3“1”有效472号积分时间VD5632bit202号泵变频运行Q0.4“1”有效482号微分时间VD6032bit213号泵工频启动Q0.5“1”有效492号积分前项VD6432bit223号泵变频运行Q0.6“1”有效502号过程前值VD6832bit232号变频器给电Q0.7“1”有效512号PID输出VW41816bit24冷冻泵变频运行Q1.0“1”有效53EM232最大值VW40016bit251号变频器启停Q1.1“1”有效54EM232最小值VW40216bit262号变频

28、器启停Q1.2“1”有效551号PID输出VW41616bit271号热敏电阻AIW012bit56中间值变量VD7232bit282号热敏电阻AIW212bit4.2设计系统主程序用可编程控制器编写好设计系统的主程序，系统初始化过程如图4.1所示。 图4.1初始化程序流程图所设计的初始化程序如下梯形图所示。图4.2 初始化程序梯形图4.3 PID控制程序设计控制对象与PID模拟控制器是PID调节系统的重要组成部分。一般情况下，PID控制原理如图4.3所示。图4.3 PID调节原理图PID控制规律： 写作传递函数形式： 在式子中，代表比例系数；代表积分时间常数；代表微分时间常数；通过辛格与尼克

29、尔斯所提经验公式，PID控制器整定参数可得： 式中，为系统初始振荡K值；为振荡频率。据MATLAB编程语言，可求得被控对象的整定参数、 。4.4 设计冷却水系统PID控制程序空调冷水机组在制冷时释放出热量，让冷却水吸收，升了温的冷却水被冷却泵送至冷却塔降温。降温后，冷却水送回冷却器进行热交换，带走冷却器释放的热量，使其连续循环。冷却塔水温随环境温度变化而改变，单侧测量水温很难反映制冷机组所产生热量的多少，需测量冷却水泵的供、回水温度。利用PLC计算冷却水泵供回水温差，并与设定温度值进行比较。如果温差较大，说明制冷机组产生的热量较大。此时应控制变频器，提高冷却水泵的转速，增加冷却水的流量。如果温

30、差较小，说明制冷机组产生的热量较小，应控制变频器以减少冷却水泵。降低冷却水流量。冷却水系统控制过程如图4.4。图4.4 冷却水系统循环控制示意图 对中空调冷却水循环系统实施节能设计，先确定变频器能使冷却泵运行的最小频率，再将最小频率设为频率变换器的下限频率并锁定。温度传感器测出冷却管进出水温度，以进出水温差信号控制变频器转换冷却泵的输出频率。若温差大于设定值的话，变频器升高频率；若供、回水的温度差比设定值小的话，变频器降低频。同时，若冷却水出水温度大过设定值，优先提高频率输出，否则按进出水温差变化情况调整变频器输出频率。变频器的输出频率的高低根据供给、回水的温度差的大小变化。通常情况下，进出水

31、温差越大，变频器输出频率越高；进出水温差越小，变频器输出频率越低。图4.5 冷却水系统PID控制流程图冷却水系统实现闭环PID控制的过程图4.6 冷却水循环PID控制程序梯形图4.5 设计冷冻水系统PID控制程序空调冷冻水循环系统主要由冷冻泵与冷冻水管道组成。冷冻水被冷水机制冷后，由冷冻泵送至冷冻水管道。风扇线圈管与冷冻水热交换后的冷气吹入各房间，有降低房间内的温度的效果。冷冻水系统的设计要保证设备冷冻水流量供给，在此基础上，频率变换器确定冷冻泵最小动作频率，将其设定为频率变换器下限频率且锁定。根据检测到的冷冻水回水温度信号，调整频率变换器输出频率。若回水温度大过设定值，则输出频率上升，提高冷

32、冻泵运行速度，增加冷冻水的流量。冷冻水的回转温度在设定温度以下时，变频器频率下降。降低冷冻泵的转速，减少冷冻水的流量。图4.7显示出冷冻水系统的闭环控制过程。图4.7 冷冻水系统的闭环控制示意图下面是实现冷冻水系统闭环PID控制的过程。图4.8 冷冻水循环PID控制程序梯形图4.6 冷却水和冷冻水系统的PID子程序SBR-0是冷却水系统的PID子程序， SBR-1是冷冻水系统的PID子程序。所设计程序见图4.9和图4.10。图4.9 冷却水传送PID控制梯形图程序图4.10 冷冻水传送PID控制梯形图程序4.7 系统的中断服务程序图4.11为系统设计的中断服务程序。冷却水泵控制水温的PID控制

33、算法如图4.12所示，冷冻泵实现控制水温的PID控制算法见图4.13。图4.11 系统设计的中断服务程序流程图图4.12 冷却水泵PID控制水温程序梯形图图4.13 冷冻水泵PID控制水温程序梯形图5.系统的调试与仿真5.1系统初始化程序调试为了测试所设计系统程序的正确性，检验设计的方案能否达到预期效果，需要一个模拟软件来模拟系统设计程序，其中选择了S7-200模拟软件。但是S7-200仿真软件不能够对中断程序和PID程序进行仿真，所以一些参数都由手动来给定。如果把冷却水系统和冷冻水系统的PID调节程序与初始化程序放在一起调试，很容易受到干扰，所以决定把它们分开进行调试，最终结果不会影响到程序

34、的正确性。初始化程序调试:（1）冷却泵3号备用电机通电试运行初始化程序调试系统首次启动，为检测3号备用电机运行情况，将其工频运行10分钟后停止。其运行结果如图5.1和图5.2所示。图5.1 3号冷却泵电机工频启动十分钟按下I0.7按钮，使Q0.0和Q0.7得电，即1号变频器得电，2号变频器得电。按下按钮I0.7，使继电器M2.0得电并自锁。M2.0继电器常开触点闭合，Q0.5得电并自锁，工频启动冷却泵3号电机。继电器M2.0常开触点闭合，使定时器T37开始通电计时。图5.2 3号冷却泵电机停止运行10min即是600S之后，T37定时器常开触点闭合，使M2.4得电，且复位M2.0。断开继电器M

35、2.4常闭触点，使Q0.5断电，停止运行冷却泵3号电机；M2.0常开触点断开，T37停止计时，定时器T37常开触点断开。（2）1号冷却泵电机和2号电机的启动运行操作过程分别如图5.3和图5.4所示。按下I0.0按钮，使Q0.1得电并且自锁，工频启动1号电机。按下I0.2按钮，使Q0.3得电并且自锁，工频启动2号电机。图5.3 工频启动1号冷却泵电机图5.4 工频启动2号冷却泵电机（3）启动冷冻泵的操作过程：当1号电机和2号电机冷却水泵启动之后，启动冷冻水泵。按下I0.0和I0.2按钮，使Q1.0得电，启动冷冻水泵。如图5.5所示。图5.5 冷冻泵电机工频启动冷却水、冷冻水系统PID调节程序调试

36、:由于S7-200仿真软件无法调用PID程序，中断程序。所以用于反馈输入AIW0、AIW2的标准化处理，要用转换公式计算8。 式中 为标准化数值，范围为是0.01.0；为32位A/D转换器转换结果；为标准化系数，单极性是32000，双极性是64000 ；为偏置值，取单极性为0，取双极性为0.5。因设计所选的EM321单极性模拟量输入范围选为05V，所以有如下关系式： 式中 -单极性模拟量输入电压（05V）。- A/D转换结果；所以由公式和可得公式： 5.2冷却水系统的PID控制程序调试为了实现仿真效果，分别取VD0等于0.2，0.35，0.4来计算。VD72=0.3，VD4=0.4。当VD0=

37、0.2时，X1为：=0.2320005/32000=1（)通过计算结果可知AI0处的电压应设为1V。仿真调试运行结果如图5.6所示。图5.6 变频运行冷却水泵1号电机此时的冷却水的过程变量VD 0小于VD 72的中间值，Q 0.2得电。VW 416冷却水PID输出被送到AQW 0控制一号变频器。冷却泵1号用电动机频率转换动作。若1号冷却泵电机出现故障，则I1.2得电，Q0.2失电，Q0.6得电，此时3号泵代替1号泵运行，1号泵停机。当VD0=0.35时，X2为：=0.35320005/32000=1.75（V）因此AI0处的电压应该设为为1.75V。仿真调试结果如图5.7所示。图5.7 变频运

38、行2号冷却水泵电机此时的冷却泵过程变量VD 0大于VD 72的中间值，小于VD 4的设定值。VW 416冷却水PID输出被送到AQW 0控制一号变频器。Q 0.4得到电。冷却泵2号的电动机频率变换动作。如果2号机的泵故障了，I 1.3得到电，Q 0.4丢失电，Q 0.6得到电。3号机代替2号机启动泵，2号机停机。当VD0等于0.4时，X3为：=0.4320005/32000=2（V）因此AI0处的电压应该设为2V。仿真调试结果如图5.8所示。图5.8 过温保护冷却泵出现冷却泵的过程变量VD0大于VD4设定值时，M2.1得电，使Q0.2、Q0.4、Q0.6都被复位。冷却水系统启动过温保护，1号、

39、2号、3号冷却水泵全部停止运行。通过对冷却水系统PID程序的仿真调试，可以得出以下结论：（a）当VD0小于VD72时，1号冷却水泵变频运行。如果1号冷却水泵出现故障，则3冷却水泵泵代替1号冷却泵，并且1号冷却水泵停机；（b）当VD72小于VD0小于VD4时，1号冷却泵工频运行，2号冷却泵变频运行。如果2号冷却泵发生故障，则3号冷却泵启动，2号冷却泵停止；（c）当VD4VD0时，1-3泵被关闭，水冷却系统被保护以防过热。5.3冷冻水系统的PID控制程序调试当1号和2号冷却水泵启动之后，才启动冷冻泵。冷冻水泵由2号变频器单独控制，只需变频运行冷冻水泵。本调试工作将取VD36等于0.1、0.3来计算

40、。VD40=0.2。当VD36=0.3时，=0.3320005/32000=1.5（)因此AI2处的电压应该设为1.5V。详见图5.9。图5.9 变频启动冷冻泵此时，过程变量VD36大于设定值VD40，VW418制冷泵PID输出送至AQW2控制2号变频器。Q0.7得电，2号转换器得电。Q1.0电源，制冷泵启动。当VD36等于0.1时，=0.1320005/32000=0.5（)所以AI2处的电压应为0.5V。具体仿真调试情况如图5.10所示。图5.10 冷冻水泵停止运行这时候过程变量VD36小于VD40所设定的数值，使得M2.2得电，Q0.2、Q0.4和Q0.6全都被复位，停止运行冷却水泵，实

41、现系统节能。通过对冷却水系统PID程序的仿真调试，可以得出以下结论：当1号2号冷却水泵工频运行状态下都不能够满足系统制冷需要时，启动冷冻水泵。（a）在VD 40VD 36的情况下，VW 418将冷冻泵PID输出发送到AQW 2，控制2号变换器的频率变换速度。（b）若VD36小于VD40，说明冷冻水回水温度已达到所设定的下限温度，冷冻水泵停止运行，实现系统节能。6.总结本文对中央空调、PLC、变频器、温度传感器、A/D和D/A模块转换器做了相关的知识介绍，通过对中央空调工作原理的分析，分别对其冷却水系统和冷冻水系统进行节能设计。其实现过过程：是首先通过温度传感器检测冷却水和冷冻水的回水温度，经过A/D模块转换器把信号数据传递到可编程控制器，PLC分析处理所得到的数据，与设定的温度进行比较，从而改变变频器输出频率，控制水泵电机转速，实现系统的自动控制，达到节能目的。经过仿真和调试的结果可以看出，此次针对中央空调冷却水和冷冻水水泵的变频调速设计方案是可行的，所设计的系统，节约了许多电能，而且避免了水泵电动机长时间的高