发布时间 : 星期四 文章(完整版)基于PLC的中央空调自动控制系统设计毕业设计更新完毕开始阅读
摘要
可编程逻辑控制器（PLC）作为一种新型的工业控制装置，因为其优越性被广泛应用于自动控制系统当中，正逐步取代由传统继电器、接触器所组成的控制系统。本文以大连某铁路医院中央空调系统为对象，对其基于PLC的自动控制系统进行了研究，完成了以下内容。
（1）分析了中央空调系统的工作原理及结构。
（2）分析了电动机的变频调速原理，选取同步电动机作为空调送风机，采用西门子MM440变频器变频调节风机转速。
（3）根据大连某铁路医院的实际需要，选取S7-200小型PLC作为系统的调节单元，实现风速，湿度，温度的PID控制。
（4）根据中央空调的实际工作环境，用STEP-7MICROWIN软件编写了PLC程序，并运用WinCC flexible软件完成了系统的组态设计，制作了应用于触摸屏的监控画面。
关键词：可编程逻辑控制器,中央空调，变频调速，同步电动机，PID控制
Abstract
Programmable logic controller (PLC) as a new type of industrial control equipment widely used in automatic control systems for its plenty of advantages,it gradually replaces traditional relay, contactor control system. This paper takes a railway Dalian as an object,studied its automatic control system based on PLC , completed the following content.
(1) the structure and working principle of central air conditioning system are analyzed.
(2) this paper analyses the basic principle of the frequency changing control of motor speed, chose synchronous motor as the air blower, adopted Siemens MM440 frequency converter regulating fan speed.
(3) based on the actual needs of railway design of the system, and fabricated the appearance in touch monitor screen.
Key words: programmable logic controller, central air conditioning, frequency changing control, synchronous motor, PID control
第一章 前言
1.1 研究目的和意义
为了保证空气环境的合理舒适，中央空调已经广泛地应用于生产生活当中，例如：学校，写字楼，工厂，各种公共场所等。随着自动控制水平、精度的提高，中央空调的舒适性、节能性已经作为评定空调性能的重要指标。如何在舒适节能的条件下，实现最佳的温度、湿度、送风量控制是当今空调研究的热门话题。
传统的中央空调因为本身的缺陷消耗很大，十分不经济。据统计数字显示，传统的中央空调系统普遍存在着20%以上的无效能耗。这是因为在传统的中央空调系统设计中，每一个系统都是按照最大负荷设计制造的，并且留有一定的余量，无论负荷的多少，电机都处于满负荷运行状态，这样虽然能满足最大负荷用户的需求，却不能随负荷大小进行动态的调节，造成了没有必要的能源浪费，因此，寻求一种能够随负荷变化动态调节的控制系统成为中央空调发展的当务之急。
可编程逻辑控制器（PLC）是一种专门为工业环境而设计的数字运算电子操作系统
【1】
，它具有可编程的逻辑存储器，可以在其内部进行定时、技术、顺序控制、逻
辑运算、PID运算等多种复杂运算，通过数字量结合动态模拟量的输入方式，动态地
控制各种机械生产过程
【2】
。对于中央空调，也能很好地实现动态的调节，达到节能
的目的，目前已经广泛应用于中央空调的控制系统当中，逐步取代继电器控制电路成为主流控制系统。
本文研究了基于S7-200的PLC在大连某铁路医院中央空调控制系统中的具体应用，研究其如何通过动态的控制过程以达到节能且舒适的目的，设计了其控制系统PLC的主要程序，用编程语言实现了加热器的顺序控制，互锁，冷却水阀门，风机的PID调节，用WinCC flexible软件对PLC程序进行组态，将程序写入PLC控制器，一个完整的PLC控制系统就实现了，相比于传统的中央空调控制系统，它具有节能减排，更舒适的重大意义。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外空调控制系统的发展
在五十年代及之前，气动控制是世界上热力与空调控制系统主要采用的方式，至今气动的PID控制在很多领域特别是船用控制系统中仍有广泛应用
【3】
，到了六十年
代，开始采用电动单元组合式仪表，相比启动控制更加快捷且提高了精度，七十年代小型微型计算机被引进到这一领域，开始采用微型计算机的集中式控制，1984年，第一栋采用微型计算机集散控制的楼宇在美国诞生，标志着自动控制开始向智能方向迈进。采用DDC（direct digital control）是集散式控制的主要特征，目前国内外主要采用的PID调节是通过可编程逻辑控制器实现的。
上个世纪八十年代，Shaviet等人对PID控制的锅炉排气温度调节系统进行了仿真学的研究
【4】
。1995年，Kaltman将PID控制应用于对空调制冷压缩机的控制，建
【5】
立了用于系统仿真的数学模型，给出了关于PID调节的两种控制策略。
虽然现在大部分空调的控制系统采用的都是PLC的PID控制，但PID控制原理决定了它本身具有一定的局限性，只有在参数不随时间变化时才能取得理想的效果。
基于种种局限性，研究者们把研究重点转向了更为高级的控制方法，及最优化控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等。
智能控制的优点在于不需要精准的数学模型，具有自寻优的特点。因为空调系统不本身的大惯性、大滞后性，所以获取精准的数学模型是不可能做到的，因此，如何实现智能化控制成为了各国科研人员研究的趋势。上个世纪八十年代，日本三菱重工开发出的模糊空调控制器能够初步实现温度不变，但因为其成本太高，反应时间较长，无法投入生产
【6】
。1994年，Albert.R.So开发出了空调机组恒温的模糊控制器
【7】
。
1999年，自适应的PID控制器被日本人Kaisahara设计出。
虽然智能控制理论取得了很多优秀的研究成果，但因其成本较高，技术不够成熟，所以还未被广泛地投入生产之中。
1.2.2 国内空调控制系统的发展
我国在自动控制领域紧跟国际步伐。目前，微型计算机控制的集散式控制系统已经广泛地被应用于我国生产生活的各个领域，智能化楼宇建筑被广泛地应用在生活之中，其自动监视、检测、控制和管理的功能十分优越
【8】
。
在智能控制的研究领域，我国也取得了很多可观的研究成果。上个世纪九十年代，我国在空调控制领域提出了两项节能技术，及将PLC和变频器应用于自动控制系统当中的方法，大大提高了控制的精准性，并节约了能源。吴爱国等人研究了自寻优模糊控制器在温控系统中的应用，输入比例因子合并调节权衡因子的创造性方法被首次应用在控制器当中，极大地优化了控制结果
【9】
。张韬等多位学者首次提出将数学自
回归平均法应用于空调控制系统之中，并对其进行了分析，提出了提高预测法准确性的若干设想。目前，我国各科研机构研究的核心内容都集中单相压缩机变频调速和智能控制研究。
智能空调是多种技术工业的综合，其研制难度相对较大，无论是在样机还是产品