1、 扬州市职业大学电气与汽车工程学院 毕业设计说明书 (论文 ) 作 者 : 学 号： 教研室 : 电气 自动化 教研室 专 业 : 电气自动化 题 目 : 室内空调温度控制系统 指导者： 评阅者： 年 月 扬州市职业大学 电气与汽车工程学院 毕业设计（论文）评语 学生姓名： 班级、学号 ： 题 目： 室 内 空 调 温 度 控 制 系 统 综合成绩： 指导者评语： 该生能按时完成毕业设计（论文）任务书规定的工作，积极查阅有关文献资料，设计态度端正，能独立思考并解决有关技术问题，论文符合学校规定的格式，写作的规范化程度好。设计方案可行，有一定的创新性，如果再多参考一些外文资料，将会更加完善。建议
2、成绩评定为 ，可以提交答辩。 指导者 (签 字 )： 2016 年 5 月 12 日 毕业设计（论文）评语 评阅者评语： 该生所选择的毕业设计课题具有较高的应用价值和现实意义，设计方案可行，方案具有一定的创新性，工作量饱满，完全符合毕业设计（论文）任务书规定的工作量要求，写作的规范化程度好。如果再多参考一些外文资料，将会更加完善。建议成绩评定为 ，可以提交答辩。 评阅者 (签字 )： 2016 年 5 月 1 3 日 答辩委员会（小组）评语： 该生答辩思路清晰，知识掌握较全面，口头表达能力较好，回答问题正确率高，经答辩委员会评议，一致通过，该生成绩为 。 答辩委员会负责人 (签字 )： 201
3、6 年 5 月 15 日 毕业设计说明书（论文）中文摘要 摘要 本 篇论文 设计 是使用变送器 将在室内用温度传感器采集到的温度转化为模拟的输入电流或电压， PLC 主模块会接收到数字量，它是温度模块将采集到的模拟量转化为数字量之后传输的，然后经过 CPU 处理后输出控制信号，控制两台压缩机和报警灯。 本设计的控制要求：两台压缩机、空调均不工作的条件为温度要低于 20 摄氏度；只有压缩机 Y0 启动，空调也开始工作，有制冷效果的，此时温度高于 25 摄氏度；另一台压缩机 Y1 工作，制冷效果大大增强的条件为温度高于 30 摄氏度；压缩机 Y0 不工作，此时温度低于 25 摄氏度；当温度下降到
4、21 摄氏度时，另一台压缩机 Y1 也不工作，制冷效 果完全没有； Y2 会发出报警的条件为温度低于 18 摄氏度。 关键词 PLC、数字量、制冷、报警 、 自动控制 专科毕业设计说明书（论文） 第 I 页 共 I 页 目 录 1.绪论 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.2 方案论证 . 1 2.PLC 基础知识 . 2 2.1 PLC 的定义及特点 . 2 2.2 PLC 的功能与选型 . 3 2.3 PLC 的工作原理 . 4 3.室内温度控制系统的软件设计 . 5 3.1 FX0N-3A 功 能模块设计 . 5 3.2 启停程序设计 . 7 3.3 采集处理程序 . 7 3.4 组态
5、监控画面 . 8 4. 室内温度控制系统的硬件设计 . 11 4.1 放大电路 . 11 4.2 温度采集与监控系统 PLC 设计 . 13 4.2.1 系统的组成与工作过程 . 13 4.2.2 控制要求 . 13 4.2.3 流程图 . 13 4.2.4 元器件清单及输入 /输出分配表 . 15 4.2.5 PLC 硬件接线图 . 15 4.2.6 系统主电路图 . 16 4.3 变频器使用简介 . 16 5.总结 . 17 参考文献 . 19 致谢 . 20 附录 . 21 附录（ 1）完整梯形图 . 21 附录（ 2）指令表 . 25 专科毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 28
6、页 1.绪论 1.1 课题 背景 空调机在我们平常的生产生活中的应用已经非常普遍了，本篇课题的目的是为了能够让空调的温度可控，消除连续不停地制冷造成的浪费和不稳定等问题的影响，进行了“室内空调温度控制系统”的研究与设计。 在实际的 社会 生产生活中，我们经常使用 到 一类 自动化 控制系统，那就是温度控制系统， 其中 最常见的就是空调的温度控制，实现温度的自主控制调整是 人们目前所追求的，一方面随着生活水平的提高，人们对环境的品质及舒适度提出了更高的要求；另一方面， 在 工业生产活动中，保障生产的安全，提高产品质量，节约人力、物力等成本，也要求实现对温度的 自动控制。在温度的控制中，由于受到温
7、度控制对象特性（如惯性大、非线性等）的影响，让控制效果大大缩水，达不到理想的要求，因此就有必要设计一种较为完美、有价值的温度控制系统。 早期，人们发明了机械式的温度控制器，使用一段时间后，各种缺点暴露出来： 1.陈旧老土的外观达不到审美要求； 2.控制温度的精度很差； 3.容易打火； 4.结构功能单一； 5.容易在极小的温差内频繁打火。过多问题的暴露会使机械式的温度控制器逐渐会被淘汰。目前正处于电子科技信息时代，新型的温度控制器控制方式已经多样化，包括数字式、电子式、集成化、智能化 、网络化。因此，温度控制器的发展趋势必然是智能电子式温度控制器全面的取代机械式温度控制器。 空调是空气调节器 (
8、room air conditioner)的简称，是一种用于提供处理空气温度变化的机组，主要功能是处理一个房间或封闭空间、区域内空气的温度，湿度，纯净度，空气的流速，并调整至可以达到人体舒适或工业生产的要求。空调的广泛使用能够让人们得到理想中的舒适生活环境，也满足了生产工艺过程中对精度的要求。 国外的研究现状： 20 世纪 70 年代以后，世界工业生产发展迅速，在某些领域，特别是计算机技术和自动化控制技 术发展的特别迅猛，因此带动了温度控制系统的发展。在国外，温度控制系统控制方式在智能化、自适应、参数自整定等方面取得了一定的成果，一些发达国家，如德国、美国等，技术设计领先全球，已经发展推出了商
9、业化、性能非常优异的温度控制器，并广泛应用于各行各业，进一步推动了工业的发展。 国内的研究现状： 温度控制系统方面，我国的起步较晚，总体发展水平不高，与国外的德国、美国等技术设计领先的国家相比还是有较大差距。我国生产的一些较为成熟的产品只能用于一般的温度控制系统，它的控制方式主要是以“点位”控制和常规的 PID 控制 器为主 的，然而在高智能化场合、自适应控制仪表方面，国内的技术还远 远达不到。但是由于国家和企业的高度重视，近些年来我国温度仪表工业得到了飞速的发展，与世界先进水平的差距进一步缩小。 1.2 方案论证 专科毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 28 页 在温度控制系统方面，目前
10、具有多种的控制方式，比如单片机控制方式、 PLC控制方式、继电器控制方式等。 单片机：单片机具有多种优点，比如处理能强、运行速度快、功耗低等，在温度控制系统的控制方面，灵活简单，精度较高，是比较常见的控制方式。在日常的生产生活中，单片机温度控制系统，稳定性好，无振荡幅度，主要是保证温度在一定温度范 围内变化。 PLC： PLC经过了几十年的不断发展，已经是一种成熟的控制手段，具有高性能、实用性强、抗干扰能力强等特点，利用 PLC温度控制模块进行温度控制是一种常用的方法。PLC模块温度控制系统具有精度高、价格低廉、性能稳定，使用的非常广泛。 继电器：通过继电器的组合成不同的联接方式能实现非常复杂
11、的控制，进行温度控制时，利用机械触电的吸合来控制系统，但可靠性差，寿命短，不容易维护的缺点。 通过各方面的比较，择优选择以及结合本课题的要求，决定使用 PLC来进行本课题的设计。 现代生活中 ,各行各业的发展离不开 PLC的应用 ,它在工业生产的某些领域中一直处于非常重要的地位。 PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，实现广泛的应用，满足各用户的需求。控制器的硬件是一个标准的、通用的。利用 PLC编程，将控制要求利用程序来实现，再将程序存入控制器的用户程序存储器中 ,实现控制器和被控对象之间的连接方。它可以迎合现代
12、工厂的某些要求，提供完美的解决方案。 本篇论文设计是使用变送器将在室内用温度传感器采集到的温度转化为模拟的输入电流或电压， PLC 主模块会接收到 数字量，它是温度模块将采集到的模拟量转化为数字量之后传输的，然后经过 CPU 处理后输出控制信号，控制两台压缩机和报警灯。 本设计的控制要求：两台压缩机、空调均不工作的条件为温度要低于 20 摄氏度；只有压缩机 Y0 启动，空调也开始工作，有制冷效果的，此时温度高于 25 摄氏度；另一台压缩机 Y1 工作，制冷效果大大增强的条件为温度高于 30 摄氏度；压缩机 Y0 不工作，此时温度低于 25 摄氏度；当温度下降到 21 摄氏度时，另一台压缩机 Y
13、1 也不工作，制冷效果完全没有； Y2 会发出报警的条件为温度低于 18 摄氏度。 PLC 作为一种通用的工 业控制器，是工业实践生产过程的核心，具有可靠性高、应用灵活、功能强、通用性好、控制系统完善等特点，通过 PLC 技术对温度控制系统进行研究改良具有重要意义，对于设计出一种较为理想的温度控制系统提供了途径。 2.PLC 基础知识 2.1 PLC 的定义及特点 （一） PLC 的定义 可编程控制器是属于 PC 中的一类 ,直接应用于工业环境，具有超强的实用性和抗干扰能力。它使用一个可编程的存储器，可以完成逻辑运算 ,顺序运算 ,定时 ,计数与算术运算等操作 ,利用模拟输出输入信号或数字信号
14、控制各项工业生产过程。 PLC 使用极其方便，只需 按照说明书安装完成，再接线和编程即可应用到所需的实践中。 专科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 28 页 在最初期时，可编程序控制器全称为可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller),简称 PLC。它是在继电器后新兴的一种控制方法，具有许多优点，可以满足工业生产中复杂多样的要求，因而得到了广泛的应用。现在 PLC 的发展日新月异，许多功能被开发出来，集丰富的功能优点于一身，这是别的控制系统所没有的，为工业的发展提供了强有力的工具。 PLC 的结构主要由中央处理器（ CPU）、存储器（ RAM、 ROM
15、）、输入输出单元（ I/O）接口、电 源及外围设备等几大部分构成。 PLC 的硬件结构框图如图 1.1所示。 图 2.1 PLC 硬件结构框图 总体来说 ,可编程控制器是为工业生产而专门的一类 PC，基本上控制要求所需的接口PLC 都可以满足，因为它具有很多输入输出接口。可编程序控制器产品可以应用于各行各业中，它有硬件设置和软件设计要求，这都需 要根据具体的实际要求来完成。 PLC 模块化可以实现更多种需求，随着科技的不断发展， PLC 也发展的更加完备。 （二） PLC 的特点 1、高可靠性。 2、编程简单，使用方便。 3、控制程序多样，适用广泛。 4、功能完善，适应面广。 5、扩充方便，组
16、合灵活。 6、体积小，重量轻。 7、安装简单，维修方便。 2.2 PLC 的功能与选型 （一）功能 1、逻辑控制 2、定时控制 专科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 28 页 3、计数控制 4、步进 (顺序 )控制 5、 PID 控制 6、数据控制： PLC 具有数据处理能力。 7、通信和联网 8、其它：特殊功能模块，如：定位控制 模块， CRT 模块。 （二）选型 在确定课题并决定使用 PLC 完成任务时，选择使用何种 PLC 就成了最重要的事情。进行 PLC 系统设计时 ,第一步是要制定完整的控制方案要求 ,第二步是对 PLC 的进行选型以满足工程控制的各种需要。 PLC 选型的依据
17、有很多，最主要的就是根据工艺流程的特点来选型。在选型的时候，要考虑 PLC 是否是一个发展完整及可靠的系统，原则上来说，它要与工厂生产系统形成一个集成、标准的整体，并且其功能在拓展时要容易扩充。在进行编程时，了解 PLC 输入输出点数分布、功能表图和梯形图、 SFC 等编程语言会大大减少在程 序编写时所花费的时间。所以 ,PLC 设计选型和估算时 ,对实际生产过程的特点、系统要求进行简单有效的分析，明确需要做的任务目的，然后按照系统需求估算输入输出点数、存储器所需的容量等 ,最后综合这些条件选择一个适合并且高性能价格比的 PLC 以及与之相对应的控制系统。以下为选型时需要注意的方面： （ 1）
18、功能方面 早期的 PLC 只有逻辑运算、定时和计数功能 ,平常的 PLC 的运算功能除了这几个功能以外，还有数据移位、比较等；运算功能更多的 PLC 还具有代数运算、数据传送等；一般大型 PLC 具备模拟 PID 算法和其他高级操作功能。所有 的 PLC 都会具有一些比较普遍的功能，当有特殊的控制要求时，就要考虑所选择的 PLC 是否有能力胜任任务。因此，我们在 PLC 设计选型的时候要根据工业生产的具体需求，选择自己需要的运算功能。本课题设计的室内温度控制系统的要求有以下几种功能的选择： a.控制功能 b.编辑功能 c.诊断功能 d.机型的选择 e.对 PLC 响应时间的要求 （ 2）价格方
19、面 输入和输出点数的多少会影响其价格的大小。在选择 PLC 时，要充分考虑各种情况，不同厂家的 PLC 产品价格相差很大，有些功能类似，质量相当， I/O 点数相当， PLC 价格却相差很 大，在使用 PLC 较多情况下，这样的差价是必须考虑的因素。 因此，根据以上所述，结合本课题的各项要求，应该选用 PLC 类型为 FX2N-20MR： 20点 I/O 接口，电源为 220V，存储器为 8K。 三菱 FX2N 的主要特点：较高的可靠性；丰富的指令集；丰富的内置集成功能；实时特性强和强大的通信能力 。 2.3 PLC 的工作原理 PLC 的工作方式是从上到下按照顺序依次扫描，然后按照指令无限循
20、环。当 PLC 开专科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 28 页 始工作后， 进入扫描周期循环阶段， 即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。三个阶段全都完成即可视为一个扫描周期。 PLC 的 CPU 在整个的工作运行中会按照一定的扫描速度循环执行无数个扫描周期。 PLC 的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，一个扫描周期分为自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等步骤进行，这些步数所花费的时间加在一起就是一个扫描周期的时间。 图 2.2 表示一个扫描周期： 3.室内温度控制系统的软件设计 3.1 FX0N-3A功能模块设计 三菱 PLC模拟量输入和输出模块有许多种类，本课题用到的是 FX0N-3A控制模块。它是有输出通道和输入通道的输入输出混合模块（ 1 个输出通道，两个输入通道）。 1 个输出通道可以将 0-10V的电压或 4-20mA的电流输出； 2 个输入通道可以将 0-10V和 0-5V的电压或者 4-20mA的电流输入。 表 3.1 FX0N-3A概述
