集散控制课程设计

第1章绪论1.1新风机组的发展历程随着国民经济的发展和人民生活水平的同益提高，中央空调系统己广泛应用于工业与民用建筑域，如宾馆、酒店、写字楼、商场、厂房等场所，用于保持整栋大厦温度恒定。

如今，人们对中央空调系统提出新的要求就是舒适节能，要求在能耗更低的情况下保持室内合适的温度、湿度，让使用者感觉最舒适。

新建的中央空调系统在按照舒适节能的目标设计，而越来越多的使用多年的中央空调控制系统在进行改造以实现节能、舒适的目的，中央空调的用电量占各类大厦总用电量的60％以上，其中仅水泵的耗电量约占到空调系统耗电量的20—40％，存在巨大的能源浪费。

传统的设计中，中央空调的制冷机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统、盘管风机系统等的容量基本是按照建筑物最大制冷、制热负荷或新风交换量需求选定的，且留有充足余量。

无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，虽然可满足最大的用户负荷，但不具备随用户负荷动态调节系统功率的特性，而在大多数时间里，用户负荷是较低的，这样就造成很大的能源浪费。

近年来节能降耗被国家摆到空前重要的位置。

而国家供电紧张形势依然没有根本缓解，电价不断上调，造成中央空调系统运行费用上升，如何控制空调系统的电能费用己经成为越来越多空调的经营管理者所关注的问题。

故采用变频调速技术节约低负荷时主压缩机系统和水泵的电能消耗，具有极其重要的经济意义。

1.2 PLC控制的国内外现状在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，是世界上公认的第一台PLC。

限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。

20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。

此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

个人计算机发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。

这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

21世纪，PLC会有更大的发展。

从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。

目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。

伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

1.3集散控制系统概述集散控制系统（DCS）技术与产品在工业生产与民用工程自动化应用中占着重要地位。

随着生产过程工艺技术不断更新和产品质量不断提高，各种类型、不同功能和大小规模的集散控制系统在各个领域得到了更广泛的应用。

进入21世纪以来，不但工业生产离不开集散控制技术，而且我们生活的各个方面也越来越与集散控制系统相关。

随着控制系统技术不断发展，特别是自动化和信息化的不断融合，集散控制系统变得越来越重要。

例如，在大型公众文化文艺活动中.大规模的灯光和道具背景都可以采用集散控制系统来实现控制。

由千具有数字控制、网络通信、监控组态和决策信息处理的功能，集散控制成为了工业和工程控制的主要应用形式。

集散控制系统在航空航天工程、能源工程、石油与化学工程、生产流水线、制造过程、交通车辆控制、工程测量系统、安全监控系统、环境工程中起着重要的作用。

集散控制系统应用对象广泛，控制系统结构复杂，全球重要企业的集散控制产品众多，从事控制系统应用的工程技术人员开发、应用和维护集散控制有很多问题需要解决。

第2章新风机组工作原理新风机组通过西门子PLC进行现在现场控制，组态软件作为主站通过现在总线连接多个PLC来进行集散控制，本章着重介绍了中央空调的系统工作原理，PLC的控制功能以及组态软件的硬件组成。

2.1 系统的工作原理图2-1新风机组控制原理图新风机组系统如图2-1所示，是由一系列驱动流体流动的动件，各种型式的热交换器（如冷却风机，蒸发器，冷凝器及中间热交换器等）及连接各种装置的管道，阀件和电气控制装置组成。

冷水机组是中央空调的制冷源，通往各个房间的循环水由冷水机组进行内部交换，在蒸发器中吸热后的制冷剂通过压缩机压缩成高温高压气体，送至冷凝器与冷却水热交换后变成常温高压液体，经节流阀（膨胀阀）进入蒸发器蒸发吸收冷媒水的热量，然后又回到压缩机，如此形成制冷剂循环过程。

冷媒水循环系统，由冷媒水泵及冷媒水管道组成，从冷水机组流出的冷媒水由冷媒泵加压送入冷媒水管道，在各个房间内进行热交换，带走房间内热量。

使房间内的温度下降。

冷却水循环系统，由冷水泵和冷却水管道及冷却塔组成，冷水机组进行热交换，在水温冷却的同时，必将释放大量的热量，该热量被冷却水吸收，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将讲了问的冷却水，送回到冷水机组，如此不断循环，带走冷水机组释放的能量。

冷却风机安装于所需要降温的房间内，用于将由冷媒水冷却了的空气吹入房间，加速房间内的热交换。

2.1.1制冷的过程液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热、冷凝时的放热效应来实现制冷的。

液体汽化形成蒸汽。

当液体（制冷工质）处在密闭的容器中时，此容器中除了液体及液体本身所产生的蒸汽外，不存在其他任何气体，液体和蒸汽将在某一压力下达到平衡，此时的汽体称为饱和蒸汽，压力称为饱和压力，温度称为饱和温度。

平衡时液体不再汽化，这时如果将一部分蒸汽从容器中抽走，液体必然要继续汽化产生一部分蒸汽来维持这一平衡。

液体汽化时要吸收热量，此热量称为汽化潜热。

汽化潜热来自被冷却对象，使被冷却对象变冷。

为了使这一过程连续进行，就必须从容器中不断地抽走蒸汽，并使其凝结成液体后再回到容器中去。

从容器中抽出的蒸汽如直接冷凝成蒸汽，则所需冷却介质的温度比液体的蒸发温度还要低，我们希望蒸汽的冷凝是在常温下进行，因此需要将蒸汽的压力提高到常温下的饱和压力。

制冷工质将在低温、低压下蒸发，产生冷效应；并在常温、高压下冷凝，向周围环境或冷却介质放出热量。

蒸汽在常温、高压下冷凝后变为高压液体，还需要将其压力降低到蒸发压力后才能进入容器。

液体汽化制冷循环是由工质汽化、蒸汽升压、高压蒸汽冷凝、高压液体降压四个过程组成。

中央空调有很多形式，较为常见的有：风管式机组、冷(热)水机组、变频一拖多机组。

下面我们就分别以这三种中央空调形式为例，看看这三种中央空调的工作原理。

2.1.2系统工作优点1、经济节能：主机由微电脑控制，每个区间末端风机盘管可自行调节温度，区间无人时可关闭，系统根据实际负荷做自动化运行，开机计费，不开机不计费，有效节约能源和运行费用。

2、环保：主机采用水源热泵型机组，电制冷，没有燃烧过程，避免了排污；整个系统为密闭式管路系统，可避免霉菌灰尘等杂质对系统的污染，使环境清新优美，特别适于高档别墅、高级公寓与写字楼的使用。

节约空间：主机体积小巧，不设机房，无需占用设备层，减少公用设施和土建投资，室内末端暗藏在吊顶内，极易配合屋内装修。

3、个性化：中央空调系统以区间为单元，满足用户不同区间需求，室内末端安装采用暗藏方式，不影响室内的审美观，不占据室内空间，适应用户的个性化需求。

4、简化管理：于采用不同区间单独控制系统为用户所有，产权关系明确，可简化空调设施管理。

5、提升档次：中央空调主机可以避免破坏楼体的整体外观，使用户充分享受高档综合环境的同时，提升产品质量及量贩档次。

2.2 PLC控制的工作原理如下图所示为西门子PLC的基本控制原理，信号经过传感器的采集，在EM231模块中进行转换存入CPU内，经过PID模块的运算最后经通过EM232模块进行阀门的调节来控制输出量。

图2-2 PLC控制原理图PLC控制下变频调速系统的工作原理，可编程控制器PLC是变频调速控制系统的关键部件。

其作用的协调各机组与变频器柜之间的电气连接，通过接触其与变频器柜的继电器和接触器进行逻辑切换来实现系统的控制方案。

PLC的输入信号有机组选择信号、运行方式选择信号、冷却塔和主机开/关信号、冷冻泵和冷却泵的起/停信号等。

输入信号经程序运算，发出相应的动作信号，经微型继电器及相应的常闭、常开触头分别控制变频器及中央空调系统的运行，以及声、光报警器件的动作。