本科毕业设计-可编程控制器在冰蓄冷自动控制系统中的应用.doc

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1、华东交通大学理工学院本科生毕业设计封面格式被更换，请换回去题 目： 可编程控制器在冰蓄冷自动控制系统中的应用 分 院： 电气与信息工程分院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电牵2010-2 学 号： 20100210470335 姓 名： 郭非标 指导教师： 李房云 填表日期： 2014 年 3 月 17 日封面格式和内容不对，请更换冰蓄冷中央空调系统这个应该是摘要提 要：摘要不是提要，内容过于单调不具体，没有起到摘要的作用本文主要从中央空调控制系统、蓄冷系统及监控系统介绍PLC其的应用并详细介绍了各个部分功能及在系统中的作用。冰蓄冷中央空调是由下位机（现场控制工作站）与上位机（中央管

2、理工作站）组成，将下位机可编程序控制器（PLC），触摸屏，上位机的工业级计算机与打印机，系统配置必要的附件如通信设备接口、网卡、调制解调器等结合起来，实现蓄冷系统的参数化与全自动智能化运行，以实现系统的完善，机械功能齐全，发挥最大的功能效益。关键词：PLC；下位机系统；触摸屏Ice storage central air conditioning systemAbstract：This paper mainly introduces the application of PLC and introduces the function of each part and role in the s

3、ystem of the cold storage system and monitoring system, from the central air conditioning control system. Ice storage central air conditioning is composed of a lower machine (field control station) and PC (the central management station), the lower computer programmable controller (PLC), touch scree

4、n, industrial computer and printer, computer accessories, configure the necessary systems such as communication equipment interface card, modem, etc. together, to realize parametric storage system and automatic intelligent operation, in order to perfect the system, mechanical functions, function ben

5、efit.Keywords: PLC; computer system; touch screen 目 录冰蓄冷中央空调系统2引 言4第一章：冰蓄冷中央空调系统的构成设备特点41.1 下位机系统（区域工作站）TP21触摸屏41.2 SIEMENS可编程序控制器51.3 上位机系统上位机上位机即图文控制中心51.4 WINCC软件平台5第二章：冰蓄冷中央空调系统的控制功能62.1 控制目的、范围及主要受控设备62.2 工况转换功能62.3 工况的启停、显示和故障报警功能72.4 数据的记录和打印功能72.5 手动/自动转换和优化控制功能72.6 全自动运行功能72.7 节假日设定功能82.8 下

6、位机操作功能82.8.1 人机对话82.8.2 系统设置82.8.3 故障记录、运行记录、历史记录等8第三章：冰蓄冷中央空调系统工作流程8第四章：蓄冷中央空调的效益及发展前景94.1 宏观效益94.2 微观效益94.3 冰蓄冷中央空调技术的优点104.4 蓄冷中央空调发展前景10第五章：冰蓄冷中央空调设计中的节能优化的措施11 5.1 降低送风系统的温度11 5.2 增加热回收装置12 5.3 使用热管技术12 5.3.1 直接式热管冰蓄冷12 5.3.2 间接式热管冰蓄冷13结 论13参考文献14引 言 控制系统由下位机（现场控制工作站）与上位机（中央管理工作站）组成，下位机采用可编程序控制

7、器（PLC）与触摸屏，上位机采用工业级计算机与打印机，系统配置必要的附件如通信设备接口、网卡、调制解调器等，实现蓄冷系统的参数化与全自动智能化运行。 下位机和触摸屏在现场可以进行系统控制、参数设置和数据显示。上位机进行远程管理和打印，它包含下位机和触摸屏的所有功能。整个系统以下位机的工业级可编程序控制器为核心，实现自动化控制。控制设备与器件包括：传感检测元件、电动阀、变频器等。中国目前集中空调的市场形势良好，在数量上增长很多，但由于竞争导致了价格下降。制冷机的平均价格的大幅下降，也反映了制冷逐渐小型化的趋势细介绍如何对中央空调选型。中国夜间用电量大，中央空调将越来越受人们的使用。归入第一章 第

8、一章：冰蓄冷中央空调系统的构成设备特点第一章应该写本课题国内外研究的现状；研究的目标；研究的具体内容和工作计划等； 控制系统由下位机（现场控制工作站）与上位机（中央管理工作站）组成，下位机采用可编程序控制器（PLC）与触摸屏，上位机采用工业级计算机与打印机，系统配置必要的附件如通信设备接口、网卡、调制解调器等，实现蓄冷系统的参数化与全自动智能化运行。下位机和触摸屏在现场可以进行系统控制、参数设置和数据显示。上位机进行远程管理和打印，它包含下位机和触摸屏的所有功能。整个系统以下位机的工业级可编程序控制器为核心，实现自动化控制。控制设备与器件包括：传感检测元件、电动阀、变频器等。 1.1 下位机系

9、统（区域工作站）TP21触摸屏 采用TP27彩色触摸屏作为操作面板，完全取代常规的开关按钮、指示灯等器件，使控制柜面谈得更整洁。并且，TP27触摸屏在现场可实现状态显示、系统设置、模式选择、参数设置、故障记录、负荷记录、时间日期、实时数据显示、负荷曲线与报表统计等功能，中文操作界面直观友好。 1.2 SIEMENS可编程序控制器 SIMATIC S7-300系列PLC适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化，其强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。 该产品具有光电隔离，高电磁兼容；具有很高的工业适用性，允许的环境温度达60；具有很强的抗干扰、抗振动与抗冲击

10、性能，因此在严酷的工作环境中得到了广泛的应用。 自由通讯口方式也是S7-300型PLC的一个很有特色的功能，它使S7-300型PLC可以与任何通讯协议公开的其它设备、控制器进行通讯，即S7- 300型PLC可以由用户自己定义通讯协议（例ASCII协议），波特率为1.5Mbit/s（可调整）。因此使可通讯的范围大大增加，使控制系统配置更加灵活、方便。任何具有串行接口的外设，例如：打印机或条形码阅读器、变频器、调制解调器（Modem）、上位PC机等都可连接使用。用户可通过编程来编制通讯协议、交换数据（例如：ASCII码字符），具有RS232接口的设备也可用PC/PPI电缆连接起来进行自由通讯方式通

11、讯。当上位机脱机时，在下位机控制下，整个系统能正常运行。 1.3 上位机系统上位机上位机即图文控制中心 主要由PC机和激光打印机组成，采用SIMATIC WINCC软件平台，采用全中文操作界面，人机对话友好。管理人员和操作者，可以通过观察PC机所显示的各种信息来了解当前和以往整个冰蓄冷自控系统的运行情况和所有参数，并且通过鼠标进行设备管理和执行打印任务。 1.4 WINCC软件平台 WINCC软件在自动化领域中可用于所有的操作员控制和监控任务。可将过程控制中发生的事件清楚地显示出来，可显示当前状态并按顺序记录，所记录的数据可以全部显示或选择简要形式显示，可连续或按要求编辑，并可输出打印报表和趋

12、势图。 WINCC 能够在控制过程中危急情况的初发阶段进行报告，发出的信号既可以在屏幕上显示出来，也可以用声音表现出来。它支持用在线帮助和操作指南来消除故障。某一WINCC工作站可专门用于过程控制以使那些重要的过程信息不被屏蔽。软件辅助操作策略保证过程不被非法访问，并提供用于工业环境中的无错操作。WINCC是MICRSOFT WINDOWS98或WINDOWS NT4.0操作系统下，在PC机上运行的面向对象的一流32位应用软件，通过OLE和ODBC视窗标准机制，作为理想的通讯伙伴进入WINDOWS世界，因此WINCC可容易地结合到全公司的数据处理系统中。 第二章：冰蓄冷中央空调系统的控制功能第

13、二章应该介绍可编程控制器以及其构成的控制系统 2.1 控制目的、范围及主要受控设备 蓄冷控制系统控制目的：通过对制冷主机、储冰装置、板式热交换器、系统水泵、冷却塔、系统管路调节阀进行控制，调整储冰系统各应用工况的运行模式，在最经济的情况下给末端提供一稳定的供水温度。同时，提高系统的自动水平，提高系统的管理效率和降低管理劳动强度，控制范围包括整个冰蓄冷系统的参数状态显示、设备状态及控制，主要控制设备有：双工况主机、电动阀、冷却塔、冷却水泵、蓄冰装置、初级乙二醇泵、板式换热器、次级乙二醇泵等控制功能。控制功能包括整个冰蓄冷系统稳定、经济运行所需的功能。 2.2 工况转换功能 根据季节和机器运行情况

14、，自控系统具备以下工况转换功能：a）双工况主机制冰同时供冷模式；b）双工况主机单独制冰模式；c）主机与蓄冰装置联合供冷模式；d）融冰单独供冷模式；e）主机单独供冷模式 2.3 工况的启停、显示和故障报警功能 控制系统按编排的时间顺序，结合负荷预测软件，控制制冷主机及外围设备的启停数量及监视各设备之工作状况与运行参数如：制冷主机启停、状态及故障报警；制冷主机运行参数；制冷主机缺水保护；制冷主机供/回水温度、压力遥测和显示；冷冻水泵启停、状态及故障报警；乙二醇泵启停、状态及故障报警；冷却水泵启停、状态及故障报警；压差旁通管的压差测量与显示；冷却塔风机启停、状态及故障报警，冷却塔供/回水温度控制与显

15、示；供/回水温度、压差遥测控制与显示；板式换热器侧进出口温度控制与显示；蓄冰装置进、出口温度遥测控制与显示；冷冻水回水流量控制与显示；电动阀开关、调节与阀位控制与显示；室外温湿度遥测控制与显示；蓄冰量测量与显示；末端冷负荷控制 2.4 数据的记录和打印功能 控制系统对一些需要的监测点进行整年趋势记录，控制系统可将整年的负荷情况（包括每天的最大负荷和全日总负荷）和设备运转时间以表格和图表记录下来，供使用者使用。所有监测点和计算的数据均能自动定时打印。 2.5 手动/自动转换和优化控制功能 控制系统配置灵活的手动/自动转换功能。根据室外温度、天气预报、天气走势、历史记录等数据自动选择主机优先或融冰

16、优先。在满足末端负荷的前提下，每天使用完储存的冷量，尽量少地运行主机。充分发挥冰储冷系统优势，节约运行费用。 2.6 全自动运行功能 系统可脱离上位机工作，根据时间表自动进行制冰和控制系统运行、工况转换、对系统故障进行自动诊断，并向远方报警。触摸屏显示系统运行状态、流程、各节点参数、运行记录、报警记录等。 2.7 节假日设定功能 系统可根据时间表自动运行，同时也可预先设置节假日，控制储冰量和储冰时间，使系统在节假日时对不需要供应空调的场所停止冷。 2.8 下位机操作功能 下位机操作功能如下：2.8.1 人机对话 操作人员可通过触摸面板进行人机对话，操作界面完全中文化，具有提示、帮助、参数设置、

17、密匙设置、故障查询、历史记录等功能。2.8.2 系统设置包括操作口令设置、运行设置、运行时间表设置、记录溢出处理、自动/手动/测试选择、节假日设置、系统参数设置（包括各节点温度、压力，各介质的流量，储冰量，制冰速率，融冰速率，阀门开度，末端负。2.8.3 故障记录、运行记录、历史记录等 第三章：冰蓄冷中央空调系统工作流程第三章应该写整体设计方案 蓄冰空调系统在运行过程中制冷机可有两种运行工况，即蓄冰工况和放冷工况。在蓄冰工况时，经制冷机冷却的低温乙二醇溶液进入蓄冰槽的蓄冰换热器内，将蓄冰槽内静止的水冷却并冻结成冰，当蓄冰过程完成时，整个蓄冰设备的水将基本完全冻结。融冰时，经板式换热器换热后的系

18、统回流温热乙二醇溶液进入蓄冰换热器，将乙二醇溶液温度降低，再送回负荷端满足空调冷负荷的需要。乙二醇溶液系统的流程有两种：并联流程和串联流程 并联流程：这种流程中制冷机与蓄冰罐在系统中处于并联位置，当最大负荷时，可以联合供冷。同时该流程可以蓄冷、蓄冷并供冷、单溶冰供冷、冷机直接供冷等。 l 串联流程：即制冷机与蓄冰罐在流程中处于串联位置，以一套循环泵维持系统内的流量与压力，供应空调所需的基本负荷。串联流程配置适当自控，也可实现各种工况的切换。 一般来说，串联系统中多采用“制冷机上游”的方式，此时，制冷机的进水温度较高，有利于制冷机的高效率与节电运行；“制冷机下游”的方式冰蓄冷贮槽可以按照较高的释

19、冷温度来确定容量，冰蓄冷贮槽的体积要小，制冷机的出水温度低，制冷机的效率相应较低，但制冷机与冰蓄冷贮槽的费用较“制冷机上游”要低。并联系统则是最常见的系统，系统操作运行简单方便，在发挥制冷机与蓄冰罐的放冷能力方面均衡性较好，夜间蓄冷时只需开启功率较小的初级泵运行，蓄冷时更节能，运行灵活。串联流程系统较简单，放冷恒定，适合于较小的工程和大温差供冷系统。 控制系统通过电话线或宽带网，与专家系统连接，对系统进行运行监控、参数修改、数据采集等，使系统不断完善和软件版本升级，让用户得到更好的服务。远程监控的目的是用户可以通过PSTN（公共交换传输网）对冷冻站进行异地远程监控。同时也可以实现远程调试、远程

20、适时监控和在线维护等，从而大大减轻工程人员的工作强度，降低工程成本。 控制系统设计界面友好，PLC和触摸屏均可扩展，内容可扩展、参数也可修改，通过485通讯接口或通信协议实现BAS与冰储冷自控系统一体化，节约投资、方便管理。系统集中控制，减少了动力柜占地面积，又使动力柜型号统一、式样相同、大小一致。系统扩展控制如下：污水泵自动控制；风、排风控制；活水泵稳压控制；防水泵定时运行、检测、报警；淋水泵稳压控制；筑物夜间轮廓照明自动控制；低配计量、开关状态检报警。 第四章：蓄冷中央空调的效益及发展前景第四章写PLC的硬件和软件的具体设计4.1 宏观效益 转移电力高峰用电量，平衡电网峰谷差；减少新建电厂

21、投资；减少环境污染，有利于生态平衡；充分利用有限的不可再生资源。4.2 微观效益 减少主机装机容量和功率可达30%50% ；相应减少冷却塔的装机容量和功率；设备满负荷运行比例增大，可充分提高设备利用率；减少一次电力投资费用，包括电贴费、变压器、配电柜等；利用分时电价，可节省大量的运行费用；可作为应急冷源，停电时可利用自备电力启动水泵融冰供冷。4.3 冰蓄冷中央空调技术的优点 （1）利用电网谷荷电力，平衡电网负荷，充分利用能源减少能源消耗 （2）制冷机组容量减少，减少电力增容费和供电设备费以及每年运行的基本电费。 （3）利用峰谷荷电力差价，降低空调运行费用。 （4） 冷冻水温度可低到14，能实现

22、低温送风，冷却速度快，空调质量好，并节约空调末端用电功率和设备费用。 （5）冷却塔、冷却水泵配管等辅助设施减少，节约投资和运行费用。 （6）有条件使全年空调需冷量和供冷量一对一配合，可节约全年运转电力。 （7）具有应急冷源，利用建筑物自备电源，可不间断空调使用，提供其可靠性。 （8）可用于无电力增容条件或限制增容的空调工程。4.4 蓄冷中央空调发展前景 节能环保已经成为这个时代最主要的特征之一。中央空调作为现在使用得最为普及的一项现代技术，在给人们带来了美好的生活享受的同时，也给节能环保带来了极大的挑战。节能成为中央空调行业必须面对的一个极为严峻的问题，从目前的节能方向来看，从源头着手，能源利

23、用多样化发展新能源是政策大为提倡的。如发展太阳能或天然气、城市煤气、发电废热、工业废热、沼气等非电力中央空调，无疑是一个最为直观的方向。当然从行业技术优化着手进行节能，充分提高能源的利用率，从而达到节能的目的，这也是目前中央空调发展的主流方向。目前除了楼宇自控，冰蓄冷为其中最具有代表性的节能技术。冰蓄冷技术的诞生，是人类能源开发与利用的又一场革命。冰蓄冷空调利用夜间制冷，白天放冷，冰蓄冷是指在夜间电力负荷很低的时间段，采用电机制冰，将冷量以冰的方式储存起来；而在电力负荷较高的白天停运制冷主机，将夜间储存的冷量释放出来，从而满足用能单位的冷负荷需要。一方面减少了热能势差，可以节省一部分电能，另一

24、方面错开了用电高峰期，实现用电负荷的“移峰填谷”，有效解决了夏季电网用电不平衡所带来的电网增容、电厂增容等产业问题，具有一定的社会效益。这项技术是上世纪初在美国研制并开始应用，但开始并不普及。直到八十年代世界性的能源危机，冰蓄冷的节能优势才被世人所瞩目，而得到广泛的推广使用。日本能源贫乏，冰蓄冷的市场颇好。目前该项技术已经成为很多发达国家解决电网供电压力不平衡的重要强制手段。我国从九十年代开始引进国外冰蓄冷技术，全国现有几百家单位在使用，而目前拥有核心自主知识产权冰蓄冷技术的只有高灵能源科技有限公司，其自主研发的ICEBANK蓄冰技术系统打破了国外技术垄断，是唯一达到国际先进水平的冰蓄冷民族品

25、牌。其最早实施的再运营项目浙江绍兴大通商城使用冰蓄冷技术后，每年能为用户节省空调运行费用117.7万元，节约费用比率为36.6%，为国家电网转移高峰电力338万kwh，为国家减少1129吨电力燃煤，为环境减1238万m?的废气排放的案例是比较突出的。近些年随着我国节能减排工作的不断深入，特别是近些年全国越演越烈的电荒凸显了电力供应紧张状况，有些省市不得不拉闸限电，如北京是典型的受电城市，三成用电靠自己生产，七成用电靠外地输送。去年夏季北京最高峰时受电超过1110万千瓦，当时预测电网存在缺口是300多万千瓦，同时白天电力紧张，晚上电力宽松。而冰蓄冷的优势主要体现在利用电价差来实现节省资金、达到供

26、冷要求，也因此冰蓄冷技术受到越来越多关注。如在北京冰蓄冷的大工程主要有首都博物馆、国贸三期、中国大饭店、国际金融中心、远洋国际等。2010年11月，国家发改委等六部委联合发文，针对电力需求提出了管理和激励措施，其中就有“将推动并完善峰谷电价制度，鼓励低谷蓄能”等要求。 可以说，峰谷电价差价越大，经济效益越显著。2011年9月8日国务院正式出台“十二五”节能减排综合性工作方案中已经明确将“冰蓄冷”作为重点推广应用的节能减排技术。这些政策的出台，全面点亮了冰蓄冷技术的发展前景，从全国蓄能节能产业来看，冰蓄冷产业空间规模大概在2000亿至4000亿元之间，发展前景极为广阔，未来将有较大的市场潜力。更

27、重要的是冰蓄冷比一般空调系统减少了二氧化碳和烟尘排放量，降低了全球温室效应，对环保具有重大意义，可以说，冰蓄冷将是未来中央空调节能最重要的发展方向。第五章：冰蓄冷中央空调设计中的节能优化的措施 第五章 对设计的内容进行总结仿真和调试；冰蓄冷系统可以实现电网的“移峰填谷”的效果，这可从价格差中带来经济效益。但是冰蓄冷系统的初投资费用比常规空调高很多，成为限制其发展的一个重要因素。如何最大限度地发挥其节能的优点，可快速恢复最初的投资，是冰蓄 冷空调技术和设计的关键。以下措施可以起到节能优化的作用。5.1 降低送风系统的温度 空调系统的送风温度从常规的12降到412，同一条件下冷却空调负荷量减少，从

28、而减少功率消耗的风机正常运行所消耗的功率，使系统节约能源和降低运营成本。根据流体力学的风机功率公式可以得出，送风量减少会使风机所耗功率会三次方下降。此外，送风量减少伴随着风管尺寸的减小，从而使系统减少了初投资。因此，降低空气温度可以使冰蓄冷空调系统在实施“移峰填谷”的同时，并能降低系统的运行费用和初投资，取得了可观的经济效益。 5.2 增加热回收装置 空调系统排风中的余热直接排放到大气中，既造成城市的热污染，又浪费了热能。如果将排风中的余热（余冷）加以回收再利用，如加热生活热水、处理新风等，则可提高系统的整体能源利用率，达到节能的目的，同时又可降低机组负荷，节省初期投资。热回收装置可分为两大类

29、：全热回收装置和显热回收装置。全热回收装置用具有吸湿作用的材料制作，既能传热又能传湿，可同时回收显热和潜热；显热回收装置则用不含吸湿作用的材料制作，只能传热，不能传湿，只能回收显热。在设计中，对全热回收装置和显热回收装置的选择应因地而宜。 5.3 使用热管技术 热管作为传热元件，由于其良好的传热性能，正越来越多地应用到各种工程项目中。该热管应用在冰蓄冷系统，可以提高冰蓄冷空调的传热性能，提高能源利用效率。 5.3.1 直接式热管冰蓄冷 采用热管冷凝段置于制冷系统的蒸发器中，热管的蒸发段置于蓄冰池中直接蓄冰，称为直接式热管冰蓄冷系统。该系统由于热管热变换，从而克服制冷剂压降和回油困难，由于管道腐

30、蚀和制冷剂泄漏现象，融冰过程由外向内融化，温度较高的冷冻水回水与冰直接接触，可以在较短的时间内制出大量的低温冷冻水，提高了能源的利用效率，因此特别适用于短时间内要求冷量大、温度低的场合。系统的问题是，如果存储冰没有完全融化的冰块，将增加电力消耗及系统设计和安装难度。 5.3.2 间接式热管冰蓄冷 采用二次冷媒将制冷系统与蓄冷系统进行连接，热管蒸发段置于蓄冷池中，冷凝段置于蓄冷池之上。二次冷媒经制冷机组蒸发器降温后流经热管冷凝段进行换热，利用热管高效的传热特性对蓄冷池直接蓄冷，这种系统目前尚处于研究中。该装置的最大优点在于无需对传统的制冷机组进行结构改装即可直接应用于工程中，且少量的热管破裂及泄

31、漏均不影响系统的正常运行。热管技术在设计中应注意，在热管冰蓄冷过程中，冰直接凝固在热管上，随着冰层厚度增加，传热热阻加大，将导致结冰速度缓慢，降低能源的使用效率。若能使热管在结冰达到一定厚度后冰层自动从热管蒸发段脱落，使热管总是维持在一个传热热阻较小、换热性能较高的水平，这样将会显著提高整个蓄冷系统的效率，减少设备投资容量，也更为节能。 结 论 中央空调是对室内空气进行统一调节的专用系统，它通过室内采样温度、湿度，与设定的温度和湿度比较，按照一定的算法，对比例调节阀、加热器、加湿器、进/出气阀门、泵等设备进行控制，调节室内温度、湿度，达到设定的要求，提高人体的舒适度。冰蓄冷中央空调控制系统是以

32、可编程控制器为核心，配以各种传感器、电动调节阀门、变频器等，实现对系统自动化控制，通过PLC在冰蓄冷空调系统的推广运用，验证了PLC系统的可靠性特点，保证了系统的安全运行和有效节能，同时也为楼宇设备控制系统的控制器选型提供了新的思路。相信在不久的将来，越来越多的PLC系统在冰蓄冷空调系统的运用中日趋成熟，在楼宇设备控制系统中也将会大显身手。参考文献1 电气控制与可编程序控制器应用技术/郁汉琪主编 . 东南大学出版社 20032 三菱FX系列可编程控制器编程手册3 工业自动化仪表工程施工及验收规范（GBJ-93-86）4 计算机软件开发规范（GB8566-88）5 赵明.工厂电气控制设备.机械工业出版社，1999.6 郭宗仁.可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术.人民邮电出版社2002. 7 机电一体化技术基础及应用/南京工业大学黄筱调.上海理工大学赵松年编著 2006.8 朱勇.常新中.王宏，中央空调，2006.9 李光旭.冰蓄冷空调系统设计与应用J.福建建设科技,2005. 10 蒋小强.冰蓄冷与低温送风空调系统的设计与分析J.低温与特气,2007.