基于PLC的中央空调温度控制系统的设计

基于PLC的中央空调温度控制系统的设计

目前中央空调已经广泛应用于各类建筑，在传统的设计中，中央空调根据最大负荷外加一定裕量设计，无论季节、气候等怎样变化，中央空调都始终在工频状态下全速运行。实际冷负荷根本远远达不到最大负荷，这样就造成了极大的能源浪费。本设计采用西门子S7-200 PLC作为主控制器，基于传统的PID算法，通过西门子MM430变频器控制水泵转速，采用了亚控Kingview进行组态。

标签：中央空调；变频器；PLC；PID

一、引言

目前中央空调已经被广泛地应用于各类建筑中，起着维持建筑物内温湿度恒定的作用。在传统的设计中，中央空调系统的容量的选择一般是依据建筑物的最大制冷、制热负荷或新风交换量的需求，而且保留了充足余量。但是实际上在一年的绝大部分时间中，实际冷负荷根本远远达不到最大负荷，这样就造成了极大的能源浪费。因此，对中央空调进行节能改造的重要性不言而喻。合理地控制中央空调的能耗，就可以减少不必要的能源浪费、节能减排，有利于构建节约型、环保型社会。

二、中央空调系统的节能改造方案

基本控制系统包括四个部分，简单地说，控制系统分为两个部分：控制器、广义对象。其中广义对象包括三部分：测量变送器、执行器、被控对象。为了实现控制系统的稳定，保证控制质量，需要依据工艺要求来为控制器选择合适的控制规律并且运用某种整定方法来对控制器参数进行整定，从而找寻到最佳的控制器参数。本论文所要讨论的是中央空调温度控制系统的设计，采用的算法为传统的PID算法。本系统为温差闭环控制系统。闭环控制的实质是利用负反馈的作用来减小误差。

三、硬件设计

（一）温度传感器选型

传感器是将生产过程工艺参数转换为电参数的装置，当温度超过150℃后，铜在空气中容易被氧化而失去线性特性，因此铜电阻不适宜在腐蚀性环境和高温环境下应用。而且由于铜的电阻率较小，这样铜电阻的机械强度就会变得很低。镍电阻虽然比较灵敏，但是它的热稳定性较差。在本设计中，综合比较铂电阻、铜电阻、镍电阻的特性以及分析中央空调温度控制系统的特点后，选择了Pt100温度传感器。

（二）PLC及扩展模块选型

PLC主要由CPU、存储器、输入/输出接口电路、电源等组成，PLC首先接收按钮等的输入，然后执行程序，最后输出，经接触器来驱动电动机。这个过程是循环往复的。本设计采用PLC作为主控制器去完成控制任务，需要对进行PLC 选型。西门子公司生产的S7-200 PLC不仅功能强大，足以满足本控制任务的需要，而且具有本土化优势和良好的货期、价格便宜，因此确定选择西门子S7-200 PLC。

（三）变频器选型

目前交-直-交变频器已经被广泛地应用于交流调速系统中。进行变频器的选型主要考虑变频器的种类和容量。在进行变频器的容量选择时，要考虑以下三种情况：（1）变频器驱动的是单一电动机还是多个电动机；（2）电动机是直接启动还是软启动；（3）驱动多个电动机时，是分别启动，还是同时启动。本文选择了西门子公司生产的MM430变频器来进行变频调速。MM430适用于泵、风机类负载调速，非常节能。

四、软件设计

（一）PLC程序设计

STEP7-Micro/WIN软件是西门子公司专门为S7-200系列PLC开发的编程软件。它基于Windows操作系统，为用户开发、编辑、调试和监控自己的程序提供了很好的编程环境。本文使用的编程软件版本为STEP7-Micro/WIN V4.0 SP9（V4.9.25）。该软件版本与Windows XP、Windows 7（32/64bit）等微软Windows 操作系统兼容。

（二）程序设计

在主程序中，上电时调用了初始化子程序，初始化子程序包括3部分，分别为变频器上、下限频率的设定、PID回路表的建立以及连接定时中断并开中断、设定采样周期。在PID中断程序中对输入采样数据进行归一化处理，执行PID 指令后再将控制量转换为按工程量标定的整数值后由模拟量输出通道AQW输出到变频器频率信号输入端（3、4）。而且主程序具有完善的声光的报警功能，故障结束后会复位变频泵号存储器。

（三）Kingview6.55组态

本文采用了北京亚控科技发展公司的组态王 6.5.5。建立组态王工程的步骤为：（1）设计图形界面（定义画面）。（2）定义设备。（3）构造数据库（定义变量）。（4）建立动画连接。（5）运行和调试。需要说明的是，这五个步骤并不是完全独立的，事实上，这五个部分常常是交错进行的。

五、总结

本文根据以往空调控制系统的缺点，提出了总体节能方案。完成温度传感器、PLC、变频器等器件的选型，采用ZWCAD 2010绘图软件完成了系统电气原理图的绘制。本文选用了PT100温度传感器、西门子S7-200 PLC控制器、西门子MM430变频器。采用STEP7-Micro/WIN V4.0 SP9（V4.9.25）编程软件编写了PLC程序。采用亚控的工控组态软件组态王6.5.5进行了组态，包括建立工程、定义画面、定义设备、定义变量、动画连接、运行调试等5个步骤。

参考文献

[1]尚海.安装中央空调水系统变频的必要性[J].科技信息，2010（31）.

[2]于少潔，张羽.浅谈中央空调系统的节能及优化[J].科技致富向导，2014（09）.

作者简介：宋艳芳，女，副教授，研究方向：现代测控技术与方法；熊百川，男，学生，自动化2016级01班。