冷冻水温差控制

目录

1 绪论 (1)

1.1 设计说明 (1)

1.2 设计思路 (2)

1.2.1系统原理图 (2)

1.2.2 PLC设计思路 (2)

2 MATLAB仿真 (4)

2.1 MATLAB简介 (4)

2.2 Simulink (4)

2.2.1 启动 (4)

2.2.2 Simulink仿真 (4)

2.3 试凑法确定PID参数 (5)

2.4仿真结果图 (6)

3 PLC设计 (8)

3.1 S7-200选型 (8)

3.1.1 CPU选型 (8)

3.1.2 EM235 (8)

3.2 I/O分配 (9)

3.3 梯形图 (10)

3.3.1 主程序 (10)

3.3.2 调用程序 (11)

3.3.3 中断程序 (13)

4 组态界面设计 (15)

5 总结 (16)

参考文献 (17)

1 绪论

1.1 设计说明

随着变频技术的发展和变频器在水泵上的广泛应用，变流量空调水系统成为工程师设计空调水系统的首选而且在实践应用中已经取得了很好的节能效果。冷冻水泵变频方式主要分为压差控制和温差控制，本次课程设计主要是冷水机组中冷冻水定温差控制系统设计，在分、集水处分别设置温度传感器，通过检测供回水温差控制，得到结果后调节阀门开度，从而实现冷冻水的温差控制。

本次课程设计师空调冷冻水温差控制系统的设计，核心控制阀门的开度，方法为PID控制。要实现PID控制，首先必须要用MATLAB中的Simulink确定值，并且满足调节时间小于8S，超调量低于5%，然后对PLC进行I/O分配，将值代入编写梯形图，从而实现阀门开度的控制，最后进行的是组态王的设计，本人将主要负责使用MATLAB中的Simulink进行仿真。

由于本人水平有限，设计中难免出现问题，还望老师能给出宝贵的意见。

1.2 设计思路

1.2.1系统原理图

如图1-1为冷水机组图，分为冷却水机组和冷冻水机组，冷却水机组不予考虑，冷冻水机组循环为从集水器到制冷机，再到分水器。在设计温差控制系统的情况下，只需要设计两个温度传感器，一个泵和一个阀门即可满足要求。

图1-1 冷水机组监控图

1.2.2 PLC设计思路

图1-2 PLC设计思路

PLC设计思路如图1-2所示，两个温度传感器分别检测供回水温度，并与控制器温差控制值进行比较，用PID进行调节。当设定值大于检测值时，通过变频器减少频率，从而减小阀门的开度；当设定值小于检测值时，通过变频器增大频率，从而增大阀门的开度。

因此采用定温差控制系统，最大温差为10摄氏度，设定温差为5摄氏度。

2 MATLAB仿真

2.1 MATLAB简介

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MA TLAB和Simulink两大部分。有四大特点：高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等) ，为用户提供了大量方便实用的处理工具。

2.2 Simulink

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。

2.2.1 启动

1）在MA TLAB命令窗口中输入simulink

结果是在桌面上出现一个称为Simulink Library Browser的窗口，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。

当然用户也可以通过MA TLAB主窗口的快捷按钮来打开Simulink Library Browser窗口。

2）在MA TLAB命令窗口中输入simulink3

结果是在桌面上出现一个用图标形式显示的Library :simulink3的Simulink模块库窗口。

两种模块库窗口界面只是不同的显示形式，用户可以根据各人喜好进行选用，一般说来第二种窗口直观、形象，易于初学者，但使用时会打开太多的子窗口。

2.2.2 Simulink仿真

创建模型的步骤：首先根据需要从模块库添加所需的模块，然后将模块

进行连接，最后双击示波器模块，打开Scpoe 窗口。双击窗口菜单中的Simulation>Start ，执行仿真。

一个典型的SImulink 模型包括以下三种类型的元素：信号源模块、被模拟的系统模块和输出显示模块。

信号源为系统的输入，它包括常数信号源、函数发生器和用户自己在MATLAB 中创建的自定义信号。

系统模块作为中心模块是Simulink 仿真建模所要解决的主要部分。 系统的输出由显示模块接受。输出显示的形式包括图形显示、示波器显示和输出到到文件或MA TLAB 工作空间中三种。输出模块主要在SInks 库中。

如图2-1为仿真连线图，传递函数为s e s

s G 8.0211)(+=

图2-1 仿真连线图

2.3 试凑法确定PID 参数

增大比例系数，一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。增大积分时间。有利于减小超调，减小振荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢。增大微分时间亦有利于加快系统响应，使超调量减