基于PLC的冷库控制系统设计

目录

1 绪论 (1)

1.1冷库系统研究背景 (1)

1.2国内外冷库发展现状 (3)

1.3 PLC在冷库中的应用简介 (4)

1.4本论文做的主要工作 (6)

2 冷库系统概述 (7)

2.1冷库的组成 (7)

2.1.1主库 (7)

2.1.2制冷压缩机房和设备间 (8)

2.1.3其他设施 (9)

2.2冷库控制系统基本结构 (9)

2.2.1系统框架 (10)

2.2.2温度控制流程 (11)

2.3冷库系统配件的选取 (12)

2.3.1压缩机组的选取 (12)

2.3.2变频器的选取 (13)

2.3.3 A/D、D/A转换器的选取 (14)

2.3.4传感器的选取 (15)

2.4冷库的监控系统 (15)

2.4.1 RS-485总线 (16)

2.4.2 CPU315-2DP主从站 (17)

2.4.3人机界面 (18)

3 模糊PID控制器及其PLC设计 (19)

3.1 PID控制器概述 (19)

3.1.1 PID控制器的原理 (19)

3.1.2 PID控制器的数字算法 (21)

3.1.3 PID控制器的参数整定 (22)

3.2模糊控制器概述 (22)

3.2.1模糊化 (23)

3.2.2模糊推理 (25)

3.2.3反模糊化 (26)

3.4模糊PID控制器的PLC实现 (26)

4 冷库控制电路设计 (30)

4.1电路控制要求 (30)

4.2西门子S7—200系列PLC简介 (30)

4.3 PLC程序 (31)

结论 (37)

致谢 (38)

参考文献 (39)

附录…………………………………………………………………………………

1、绪论

1.1冷库系统研究背景

冷库，是利用降温设施创造适宜的湿度和低温条件的仓库,又称冷藏库,是加工、贮存农畜产品的场所。它能摆脱气候的影响，延长农畜产品的贮存保鲜期限，以调节市场供应。冷库主要用作对食品、乳制品、肉类、水产、禽类、果蔬、冷饮、花卉、绿植、茶叶、药品、化工原料、电子仪表仪器等的恒温贮藏。从冷库的现状与发展趋势来看，果品恒温气调库发展迅速，低温库比例有所增加，适合农户建造使用的微型冷库异军突起。冷库设计自动化控制程度逐步提高，政府安全生产和质量监督等管理部门对冷库的监管力度大大加强。因此，本论文就是根据市场需要研究自动化的果蔬恒温冷库。

在我国，食品专用冷库严重的不足，食品的冷藏链的不完善，加之食品经营管理的各种因素，每年约有3000万吨水果、蔬菜、乳制品和其他易腐食品有待于从变质中拯救出来，易腐食品每年要损失十多亿元。养殖种植业的大幅度发展与保鲜、存储及流通的发展极不协调，产量越大亏损越多，我国现有人口已达13亿，食品资源非常宝贵，如不尽快改观，不仅是中国的食品工业的水平将大幅度落后于先进国家，而且将会照成资源的大量浪费。当务之急，我们要提高冷库整体的自动化管理水平，加强管理，降低运营成本，促进冷库向安全、规范、节能、环保结构简单、操作方便的方向发展。

制冷系统、控制装置、隔热库房、附属性建筑物等是冷库的基本组成部分。冷库的制冷系统主要包括冷库机组，它是冷库的核心，保证冷库库房内的冷源供应。控制装置是冷库的大脑，它指挥制冷系统保证冷量供应。冷库的冷库房如图1-1所示。

图1-1 冷库的冷库房外观图

制冷系统的自动控制是提高制冷品质的最有效手段之一。采用自动控制可以保证库温稳定，避免不必要的低温，并可使食品在贮藏期间质量稳定，减缓食品表面水分的蒸发。此外，采用自动控制还可以使冷库制冷系统运行中的温度、压力、液位等状态参数保持在要求的范围内，保证系统安全高效运行。据统计，冷库制冷系统采用自动控制比手动控制可节能10% ~ 15%。

近年来，随着计算机控制技术的不断发展，计算机越来越广泛地被应用到工业领域中，冷库系统也不例外。目前，越来越多的冷库系统采用计算机进行检测、实施控制与管理，使产品的自动化提高了一个新的水平。典型的微机过程控制系统如图1-2所示。图1-2中，该系统以微型计算机作为控制器，由A/D和D/A转换器、计算机、执行器和被控对象组成。A/D转换器将物理信号转换成计算机能够识别的数字信号，经计算机分析计算出调节量，D/A转换器将计算机输出的数字量转换成模拟量，控制执行器的调节工作。整个系统控制规律的实现是通过软件来完成的，改变控制规律只需要通过改变相应的程序即可。

微型计算机冷库系统

图1-2 微机过程控制系统

制冷系统的自动控制，可采用继电器与其它控制仪表组成全自动控制器、工业可编程控制器，即PLC、单板计算机和工业控制计算机等。事实上，PLC也是一种计算机控制系统，只不过具有更强的与工业控制元件相连接的接口，具有更直接地适应控制要求的编程语言。另外，现代PLC的功能指令越来越大，能够实现许多复杂的控制算法，结合模拟量输入、输出扩展模块，在复杂的过程控制、运动控制中应用越来越广泛。其中，将模糊控制技术和PLC现结合，对一些无法建立精确数学模型的、复杂的非线性控制系统具有较好的控制效果。还有，当前许多PLC配备有模糊控制软件程序，使用起来很方便。因此，PLC控制应用到冷库中具有很大的前景。

1.2国内外冷库发展现状

随着人民营养和生活水平的提高，食品冷藏链近年来有了快速的发展，已经有了良好的基础，然而与国外发达国家相比仍由非常大的差距。国内外食品冷藏发展情况对比如表1-1所示。目前国内冷库较多，但冷库的压缩机控制大多仍采用继电器逻辑电路组成的控制器，这种控制器具有接线复杂、功耗高、工作寿命短、可靠性、通用性及灵活性低的缺点；而且大多数选用库房温度作为检测信号，反应慢，不经济。我国冷库的制冷设备大多采用手动控制，或者仅对某一个制冷部件采用了局部自动控制技术，对整个制冷系统做到完全自动控制的较少，货物进出、装卸等方面的自动化程度普遍较低。总之，PLC的应用在国内冷库行业还没有得到完全的重视。