基于PLC系统的中央空调水泵变频调速系统设计论文

基于PLC的中央空调水泵变频调速系统设计

摘要

本文针对中央空调的节能问题，对中央空调水泵变频调速系统进行分析及设计。利用可编程控制器、模拟量扩展模块、变频器、温度传感器等代替传统再热量调节系统，实现中央空调水泵的变频调速。通过对空调出口温度进行检测，变频系统实时调节中央空调水泵转速，达到节能目的。采用变频技术控制中央空调水泵，是当前空调系统节能改造的有效途径。

关键词：中央空调，变频调速技术，可编程控制器PLC，PID

目录

1 绪论 (1)

1.1 中央空调变频调速的意义 (1)

1.2 变频调速技术介绍 (1)

1.3 本文的主要工作 (3)

2 系统原理分析及方案设计 (5)

2.1 中央空调结构原理 (5)

2.2 变频调速系统工作原理 (7)

2.3空调变频控制系统的构架 (8)

2.4总体设计方案的确定 (9)

3 系统硬件设计 (11)

3.1 可编程控制器的选型 (11)

3.1.1 可编程控制器概述 (11)

3.1.2 可编程控制器的选型 (12)

3.2 模拟量I/O模块及传感器选型 (14)

3.2.1 模拟量输入模块选型（A/D） (14)

3.2.2 模拟量输出模块选型（D/A） (17)

3.2.3 温度传感器选型 (18)

3.3 变频器的选型及参数设置 (20)

3.3.1 变频器的选型 (20)

3.3.1 变频器的参数设置 (21)

3.4 总体电路图 (23)

4 系统软件设计 (25)

4.1内存变量分配 (25)

4.2 控制系统程序设计 (27)

4.2.1 主程序设计 (27)

4.2.2 PID控制的设计及实现 (31)

4.2.3 冷却水系统循环控制及PID调节程序 (33)

4.2.4 冷冻水系统循环控制及PID调节程序 (37)

4.2.5 传送冷却水和冷冻水PID参数子程序 (38)

4.2.6中断服务程序 (40)

5 系统调试 (44)

5.1 初始化程序调试 (44)

5.2 冷却水、冷冻水系统PID调节程序调试 (47)

参考文献 (54)

致谢 (55)

附录1 完整程序 (56)

附录2 系统总体电路图 (66)

1 绪论

1.1 中央空调变频调速的意义

随着空调应用的日益普及，其能耗在社会总能耗中所占的比例越来越高。减少空调系统的能耗对全社会的节能，促进国民经济的持续发展具有重大意义。

常规中央空调系统的送风量是根据空调房间的最大热、湿负荷确定，且保持不变。空调负荷减少时，通过调节送风温度（调节再热量）来维持室温。这种方法不仅浪费了热量而且浪费制冷机组相当的冷量。在变风量空调系统中，可根据房间温湿度参数的变化，通过变频调速装置调节风机的转速，改变送风量（应大于最小送风量），送风温度保持不变。显然变风量空调系统可充分利用最大送风温差，节约再热量和与之相应的冷量，减少风机的功率消耗，提高空调系统的运行经济性[1]。

在夏季室内负荷下降时，先减少送风量，当送风量减至最小送风量时可利用末端再热装置适应室内冷负荷的减少。当再热量不足以补偿室内负荷变化时，系统由夏季工况转至冬季运行工况，系统开始送热风。为节省能量，可先进行定风量变风温的调节方法，当供热负荷继续增加时，再改为变风量调节方法。

1.2 变频调速技术介绍

变频调速具有高效率、宽范围和高精度等特点，是运用最广、最有发展前途的调速方式。交流电机变频调速系统的种类很多，从50年代提出的电压源型变频器开始，相继发展了电流源型、脉宽调制型等各种变频器。

（1）变频器按变换环节分

①交-交变频器

把频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源。其主要优点是没有中间环节，故变换效率高。但其连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的一半以下，故它主要用于容量较大的低速拖动系统中。

②交-直-交变频器

先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电逆变成交流电的环节容易控制，因此，在频率的调节范围，以及改善变频后电动机的特性等方面，都具有明显的优势。目前迅速地普及

应用的主要是这一种。

（2）变频器按电压的调制方式分

①PAM （脉幅调制）变频器输出电压的大小通过改变直流电压的大小来进行调制。在中小容量变频器中，这种方式几乎己经不采用了。

②PWM （脉宽调制）变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。目前普遍应用的是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制（SPWM ）方式。

（3）变频器按直流环节的储能方式分

①电流型直流环节的贮能元件是电感线圈。

②电压型直流环节的贮能元件是电容器。

变频器的功用是将频率固定（通常为工频50Hz ）的交流电（三相的或单相的）变换成频率连续可调（多数为0～400Hz ）的三相（或单相）交流电[2]。

由上式可知道：当频率连续可调时，电动机的同步转速0n 也连续可调。又因为异步电动机的转子转速0n 总是比同步转速0n 略低一些，所以，当0n 连续可调时，n 也连续可调。

由于磁极对数p 不同的异步电动机，在相同频率时的转速是不同的。所以，即使频率的调节范围相同，转速的调节范围也是各异的，因此采用变频和变极调速相结合的方法，可以大大提高变频器的工作效率。

由于转速n 与频率f 成正比，即：

N =p s f )

1(60-⨯ （1-1）

式中：n -转速；

f -频率；

p -电机磁极对数；

s -转差率。

若将电机的运行频率由原来的50Hz 下调到40Hz 时，电机的实际转速n ，降为额定转速0n 的80%,即

018.0n n ⨯=，