基于PLC的中央空调控制系统设计

1.绪论

随着生活水平的提高，人们对物质生活的要求也逐渐提高，空调系统在建筑家具中的应用也越来越广泛。本着节能降耗的要求，对空调监控系统的需求也越来越大。北京亚控科技产品组态王软件和PLC（Programmable Logic Controller）作为工业控制领域的优秀控制软件和控制器，在非工业领域如空调监控系统等中也起着重要作用。本次空调监控系统就是采用组态王作为上位机监控软件和人机交互界面，PLC作为下位机和空调系统控制器，实现对空调系统的实时监控。

2.系统设计原理

空调监控系统主要利用PLC的控制功能，通过执行装载在PLC内部的预先设定的控制程序并执行上位机实时的命令语句，调节空调系统中的阀门开度、控制水泵启停、监控并采集空调系统中温度传感器、湿度传感器、压力传感器、水流开关等现场仪器仪表的数据，转换为组态王可用的数据格式传送给组态王软件。组态王接收PLC采集的现场数据并实时的在组态画面中动态实时显示，此外，组态王可接收组态画面中的有操作人员输入的命令并下传给下位机PLC，实现对空调系统的调节控制。

2.1.空调系统原理

空调系统主要就是调节室内空气的冷、热、干、湿，并起净化空气的作用，使人们工作、生活在比较舒适的环境中。空调系统主要由三部分组成：空气调节系统、制冷系统、供热系统。

2.1.1空气调节系统监控原理

A.新风机组监控原理

新风机组主要靠包括进口挡板、加热器、表冷器、过滤器、加湿器、送风机及各种传感器和执行机构等。使得在夏季通过表冷器湿新风降温、除湿，冬季通过加热器、加湿器使空气加热、加湿。新风机组监控的主要内容如下：

（1）监控送风温度。由送风通道的温度传感器实测送风温度，信号送入控制器，与送风温度设定值进行比较，采取控制算法生成控制指令调节冷、热水供水阀门开度，用以调节热水（或冷水）流量，是送风温度控制在设定值范围内，保持室内温度恒定。

（2）送风湿度控制。由送风通道的湿度传感器检测湿度信息送入处理器经运算后控制冷水阀或蒸汽阀开度，使被调环境的湿度保持恒定。

（3）过滤器堵塞监控与报警。有过滤网两侧的空气压差开关监视过滤网的清洁度，当

两端压差超过设定值，说明过滤网堵塞，需及时清理或更换，系统报警。

（4）机组起停控制。按预设程序定时启动、停止风机，使风机工作效率高，能耗最小。

（5）连锁保护控制。送风机启动后，新风机电动风门打开；送风机停止后，新风电动封门关闭等。

B.空调机组全新风/排风监控系统原理

为了节约能源，净化室内空气并与消防系统联合排烟，空调机组全新风/排风系统增加了回风系统和排风系统，其监控功能如下：

(1)回风温度、湿度监控。回风通道温度传感器和湿度传感器检测回风温湿度送入控制器执行相应算法后生成控制指令调节冷热水流量，是室内温度保持恒定。

(2)监控新风/回风比例。监控新风温度和湿度及回风温度和湿度，按预先设定新风/回风比控制新风、回风风门开度。

其余部分原理与新风机组相同。

2.1.2制冷系统监控原理

制冷机组由冷凝器、压缩机、膨胀阀、蒸发器等装置组成。压缩机将制冷剂压缩后送入冷凝器中，冷凝剂被冷却水冷却后变成液体，而释放的热量被冷却水带走，在冷却塔中由冷却风机将热量散发出去。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器，在蒸发器中蒸发，是冷冻水降温，供制冷源送空调使用。

图一压缩式制冷原理图

制冷系统监控的主要内容有：

（1）制冷机组的检测与控制

（2）冷却水系统的检测与控制

（3）冷冻水系统的检测与控制

（4）冷水机组的连锁控制。制冷设备启停是按预先设置的程序实现的。即首先冷却水、冷冻水系统先工作，冷水机组才启动。

启动顺序：冷却塔风机、电动阀→冷却水电动阀→冷却水泵→冷冻水电动阀→冷冻水泵→冷水机组。

停止顺序：冷水机组→冷冻水泵→冷冻水电动阀→冷却水泵→冷却电动阀→冷却塔风机、电动阀。

2.1.3供热系统原理

供热系统主要包括热水锅炉房、换热站及供热网。供热锅炉房的监控对象可分为燃烧系统和水系统两部分。由中央监控站根据实际供热状况控制锅炉及循环泵的开启台数。

2.2 PLC工作原理

此次空调监控系统采用西门子s7-200PLC。

2.2.1系统I/O点数确定

此次空调监控系统只涉及风系统和水系统，故I/O点只考虑风系统和水系统的制冷系统，不考虑供热系统。具体数据如下表。

表一风系统I/O点数统计表

2.2.2PLC程序

A.冷水机组启停控制

表三变量说明表

B.风系统启停

2.3组态王工作原理

组态王与现场的I/O设备直接进行通讯。如图3所示

图二组态王与设备通信

I/0设备的输入提供现场的信息,例如产品的位置、机器的转速、炉温等等。I/O设备的输出通常用于对现场的控制,例如启动电动机、改变转速、控制阀门和指示灯等等。有些I/O设备(例如PLC),其本身的程序完成对现场的控制,程序根据输入决定各输出的值。

输入输出的数值存放在I/O设备的寄存器中,寄存器通过其地址进行引用。大多数I/O设备提供与其他设备或计算机进行通一讯的通讯端口或数据通道,组态王通过这些通讯通道读写I/0设备的寄存器,采集到的数据可用于进一步的监控。不需要读写I/O设备的寄存器,组态王提供了一种数据定义方法,定义了I/O变量后,可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示。

2.3.1组态王与PLC连接

将PLC端口与PC机端口通过PPI通信线缆连接，在组态王设备定义里定义设备为PLC→西门子→S7-200系列→PPI。如下图：

图三 组态王I/O 设备定义

2.3.2变量定义

分别定义设定温度为内存字符串，I/O 变量为I/O 离散、I/O 整形、I/O 字符串，如下图：