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大连交通大学2012届本科生毕业设计（论文）
2.2.4热电偶的选择
本次设计我们选择的热电偶是为T型热电偶又称铜-康热电偶。因为它是一种最佳的
测量低温的廉价金属的热电偶。T型热电偶具有线性度好，年稳定性可小于3μV，测温范围是-200～350°C，是在所需测量温度范围之内。
2.2.5压力变送器的选择
本次设计我们选择的压力变送器是SMP135，因为该压力变送器满足高、低温介质
的测量、抗干扰能力强等优点。测量范围为0～0.1bar至0～100bar，符合测量范围。工作电压12～30VDC，一般选择24VDC，输出信号有4～20mA，0～10mA，1～5VDC，0～10VDC和0～5VDC，在这里我们选择0～20mA作为输出信号。
2.2.6流量变送器的选择
本次设计选择的流量变送器型号为DN-50，因为该流量器广泛运用到水利工程等行
业中，该变送器具有测量稳定、测量精度高、抗干扰能力强等优点。该流量变送器测量范围为0.01～10m/s,符合测量范围，介质温度为-10℃～160℃，能够在较高水温中工作。
2.3 基于PLC控制系统设计
2.3.1 S7-200PLC与系统各模块之间的关系
图2-2 系统各模块关系图
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如图2-2所示，S7-200PLC的模拟量输出口输出控制电流来控制变频器，变频器把经
过变频的三相交流电控制热泵电机，从而改变热泵的工作频率，起到调节作用。S7-200的数字输出口输出控制信号来控制交流接触的通断，从而改变热泵、风机、水泵的工作状态，它们状态的改变也会改变整个系统的状态，在这里，我们通过压力变送器、流量变送器和热偶电阻把系统中的压力、流量和温度信息以电流的形式传送到S7-200PLC的模拟输入口，然后PLC会根据输入的信号改变输出量，从而改变系统的状态，从而达到所需求的控制。
2.3.2 S7-200PLC的闭环的PID控制
当然，在某些场合，可以直接以数字量作为系统的给定输入sp(n);也可能测量元件的输出直接是符合要求的数字量pv(n).在这些情况下所需要的模拟量输入通道可以为1通道，甚至不需要模拟量输入模块。本系统就是采用直接以数字量作为系统的给定输入，热电偶测温模块测出的温度作为反馈值。
系统的工作过程：来自外部的给定值sp(t)经模拟量输入模块的A/D转换后成为PLC内部数字量sp(n),来自过程测量装置的反馈输入pv(t)经模拟量输入模块的A/D转换后成为PLC内部的数字化PID运算，得到调解器输入的误差值e(n),e(n)在经过PLC内部的数字化PID运算，得到调解器数字化输出M(n),M(n)再经过模拟量输出模块的D/A转换，输出作为系统执行机构工作的控制量M(t),控制对象按要求动作。
图2-2 闭环模拟量控制系统的组成
2.4本章小结
本章主要介绍风源热泵的系统设计，如S7-200PLC与系统各模块之间的设计、
S7-200PLC的闭环PID控制设计。此外还涉及到元器件的一些选型，如风源热泵机组的选型，抽水泵与循环水泵之间的选型，风机的选型、接触器的选型、热电偶的选型、压力传感器的选型和流量传感器的选型。
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第三章 硬件设计
3.1 PLC的基本概念与基本结构
本设计采用西门子公司的S7-200PLC。热泵系统是由由一台5.9KW热泵、两台
0.83KW风机、一台2.2KW抽水泵、四台0.75KW循环水泵、9个电磁换向阀、一个西门子TD400C文本屏组成。
图3-1 硬件控制原理
系统输入由各泵控制按钮、风机按钮、各电磁换向阀控制按钮、液位开关和西门子TD400C文本屏等组成，此外，输入系统还有温度传感器、流量传感器和压力传感器，他们也被当作输入信号进入PLC控制系统并接受系统处理。当有信息输入时，信息通过PLC控制系统的继电器控制各输出。比如说，当热泵的启动按钮开始工作时，通过接触器得电，使得接触器触头闭合，使得热泵得电，主热泵开始工作；再比如说，制热时，当温度传感器把感受到的温度做出温度状态显示后，经过PLC的控制系统，将输出温度控制。当温度低于设定温度时，通过PID控制算法来控制变频器，变频器来控制热泵，热泵将加大功率运行，当温度高于设定温度时，热泵将减小功率运行。以此类推，任何输入信号通过PLC控制系统都将做出相应的输出反映。
系统设置了许多状态指示灯，也作为输出；同时，在设置系统的各个控制按钮时，设置了按钮指示灯，这样当按钮被按下时，指示灯将变亮，做出显示。这样，一旦系统出现故障，便很容易被检测出。
下面将就系统的每个部分进行详细说明。
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3.2主电源回路控制原理
本系统的电源为三相交流电。电源开关为带有热继电器的自动空气开关，热继电
器起保护电源的作用。由于热泵、风机及各个泵的功率的非常的小，所以它们都采用直接启动方式。各个泵及风机均有马达保护开关，用来短路和过载保护，从而保护主电路中各个泵及风机。如图3-2所示：
图3-2 控制主回路
3.3所需电源的取得
由于需求各个接触器需求220V交流电，各个传感器需求24V直流电。所以我们可
以通过变压器和整流器来获得需求电源。如图3-3，我们可以通过单相变压器使380V交流电将到220V交流电，通过JBK-10/24V变压整流器可以直接将380V电压直接变到24V直流电供各器件使用。
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