1、 中央空调控制系统设计- -I摘 要本文通过中央空调的运行控制要求的分析，采用西门子 s7-200 PLC 设计了中央空调控制系统。对出口温度控制采用冬夏两种控制模式，出口风压采用变频控制已达到节能效果，控制系统具有稳定性好等的优点，本系统具有一定的推广价值。关键词：空调系统；PID 控制；变频调速；PLC 编程四川理工学院毕业设计（论文）IIABSTRACTThis article analysis the control requirements of running central air-conditioning, Siemens s7-200 PLC with a central a
2、ir-conditioning control system design.Winter and summer temperature control on the export of two control modes, export wind frequency control has been used to save energy, and good stability control system has the advantages of the system has a potential market value.Key words: air-conditioning syst
3、em,；PID control； frequency control,；PLC programming王亮：中央空调控制系统设计目录摘 要 .IABSTRACT.II第 1 章 引 言 .11.1 中央空调介绍 .11.2 中央空调研究背景 .21.3 中央空调发展历史 .21.4 中央空调的发展现状 .41.5 本论文的主要工作 .6第 2 章 中央空调系统的原理及其构成 .72.1 中央空调系统的原理 .72.1.1 空气的物理性质 .72.1.2 空气调节原理 .112.1.3 中央空调原理 .162.2 中央空调系统的组成 .17第 3 章 中央空调控制系统的设计 .203.1 中央空
4、调控制系统的方案及要求 .203.1.1 空气温度控制 .203.1.2 湿度控制 .213.1.3 送风压力控制 .223.1.4 新风回风比例控制 .223.2 PID 算法和变频器的原理介绍及检测元件的选型 .223.2.1 PID 算法 .233.2.2 变频器调速原理及变频器的选型 .253.2.3 其他测量元件的选型 .333.3 I/O 分配及硬件接线图 .353.3.1 I/O 分配 .353.3.2 硬件接线图 .36第 4 章 中央空调系统程序设计 .384.1 PLC 简介 .384.2 PLC 编程软件介绍 .384.3 中央空调控制系统的工作过程 .394.4 梯形图
5、程序 .404.4.1 主程序 .404.4.2 温度控制程序 .414.4.3 湿度控制程序 .444.4.4 送风压力控制程序 .46第 5 章 结束语 .50致 谢 .51参考文献 .52- -1第 1 章 引 言1.1 中央空调介绍一般认为：制冷量大于 14000W，带风道的空调器称为中央空调或商用空调,其余称为家用空调。中央空调是集中处理空调负荷的系统形式，空调机组产生的冷（热）量是通过一定的介质输送到空调房间的。其核心是一种“小型的中央空调” ，是由一台主机通过风道送风或冷热源带动空调末端的方式来控制各房间以达到调节室内空气品质之目的的空调。它在制冷原理上、构造上类似于普通空调，但
6、又结合了中央空调的众多功能。其制冷量范围大致在 7120KW 之间，相应的可供单元住房面积 801500M2。多个户式中央空调模块的组合可供更大空调面积使用，如长虹中央空调MLRFS65 型冷水机组就是根据这种设计思路推出的，这种机型最多可以并联 8台组成一个中央空调子系统。多个中央空调子系统组合就可以满足大型公共建筑的空调需求。模块组合这种方式非常灵活，且各子系统的使用互不影响。空调机组产生的冷（热）量是通过一定的介质输送到空调房间的。输送介质主要有三种：空气、水、及制冷剂。据此可将户式中央空调分为风管系统、冷热水系统、制冷剂系统。小型中央空调系统是大型中央空调的小型化，几乎包含大型中央系统
7、所有部件。对于风冷式冷水机组小型中央空调系统包括用于循环水冷却的冷水机组，用于与空气二次换热的空气末端设备，水系统，风管系统，控制系统等，另外还包括其它一些辅材，主要有保温材料、水膨胀系统等；风管式中央空调系统包括一个制冷系统和一个风系统，还包括控制系统，风管和风口等。 王亮：中央空调控制系统设计21.2 中央空调研究背景随着建筑业、工商设施及人民生活质量的提高，中央空调产品的需求日益增加，近十年是我国制冷空调行业蓬勃发展的时期，制冷空调工业产值平均年增长率达 20，处于平稳的上升趋势，市场潜力巨大。随着世界范围内的产业结构调整，高新技术行业不断发展以及传统行业的高新技术改造都将导致大批的生产
8、办公用房需设置中央空调。由此可见，随着宏观经济的不断发展，采用中央空调的建筑物越来越多，因此，对中央空调制冷的需求量必将持续增加。现如今，随着人们生活水平的进一步提高，人们的居住观念和居住行为方式都发生了重大的改变，居住面积越来越大，居住档次越来越高，居住环境越来越美，居住内环境也得到了前所未有的重视，以人为本的居住观念和居住需求。随着人们生活水平的不断提高，人们对室内空气环境、建筑外部环境、小区环境要求也越来越高。同时，随着社会的不断进步，国家对节能、环保也将日益重视。传统空调必将由中央空调及区域供冷取代，中央空调的市场需求必然会增长。随着时代的进步，生产效率逐步提高，技术革新速度越来越快，
9、中央空调系统各种设备成本将不断下降；需求市场的不断增加引起产量水平上升，规模经济效应也会导致产品价格的下调。中央空调产品价格下调必然会增强其市场竞争力，中央空调的市场需求会逐渐增加。1.3 中央空调发展历史在 二 十 世 纪 六 ,七 十 年 代 ,美 国 地 区 发 生 罕 见 的 干 旱 天 气 ,为 解 决 干 旱 缺 水地 区 的 空 调 冷 热 源 问 题 ,美 国 率 先 研 制 出 风 冷 式 冷 水 机 ,用 空 气 散 热 代 替 冷却 塔 ,其 英 文 名 称 是 :Air cool Chiller,简 称 为 Chiller! 在 空 调 历 史 中 ， 美 国 已 经
10、发 展 和 改 进 了 有 风 管 的 中 央 单 元 式 系 统 ， 并 得 到了 正 在 现 场 安 装 和 修 理 有 风 管 的 单 元 式 空 调 系 统 的 空 调 设 备 分 销 商 和 经 销 商的 强 力 支 持 。 WRAC 是 最 简 单 和 最 便 宜 的 系 统 ， 能 够 很 容 易 的 在 零 售 商 店 中 购得 ， 并 在 持 续 高 温 来 的 时 候 自 己 安 装 。 同 时 ， 无 风 管 的 SRAC 和 SPAC 自 70年 代 起 在 有 别 于 美 国 市 场 的 动 力 下 在 日 本 得 到 发 展 和 改 进 。 之 后 ， 设 备 设
11、计和 制 造 技 术 在 90年 代 被 转 让 到 中 国 ， 这 是 通 过 与 当 地 公 司 (包 括 主 要 元 件 如- -3压 缩 机 、 热 交 换 器 、 电 劝 机 、 精 细 阀 和 电 子 控 制 器 的 本 地 制 造 商 )组 成 的 合资 公 司 进 行 的 。 在 90年 代 中 国 也 从 其 它 先 进 国 家 吸 收 了 较 大 型 空 调 设 备 的 先进 高 新 技 术 ， 并 与 多 数 是 美 国 的 大 公 司 组 成 合 资 企 业 。 现 今 ， 中 国 已 是 一 个顶 级 国 家 ， 她 的 当 地 主 要 工 厂 和 合 资 企 业 制
12、 造 了 大 量 SRAC 和 SPAC 以 满足 增 长 的 国 内 市 场 和 出 口 需 要 。 日 本 过 去 几 年 在 把 SRAC 和 SPAC 机 组 出口 到 中 国 、 欧 洲 和 中 东 以 建 立 新 的 市 场 。 但 是 中 国 现 今 已 是 最 大 的 空 调 出 口国 ， 在 2001年 出 口 的 WRAC， SRAC 和 SPAC 机 组 总 数 达 500万 台 ， 2002年 预 计 有 750或 800万 台 机 组 出 口 ， 而 日 本 正 在 失 去 出 口 的 地 位 。美 国 美 国 是 最 大 的 空 调 市 场 ， 占 世 界 总 空
13、调 设 备 销 售 额 的 28 ， 大多 数 是 有 风 管 的 单 元 式 空 调 系 统 。 但 是 ， 热 泵 比 例 相 对 的 低 ， 在 2001年 以数 量 计 占 20 而 以 销 售 额 计 占 30 。 美 国 空 调 市 场 与 其 它 国 家 的 差 别 ， 一些 明 显 的 原 因 是 ： 大 多 数 人 居 住 在 位 于 有 广 阔 空 间 的 郊 区 独 立 房 屋 内 ，可 以 更 方 便 地 为 整 个 室 内 空 间 的 舒 适 优 先 选 择 安 装 风 管 。 能 源 价 格 相 对 要低 ， 全 国 范 围 有 电 力 和 燃 气 可 以 供 应
14、， 在 冬 季 可 以 通 过 天 然 气 管 路 网 络 用 燃气 炉 取 暖 。 大 部 分 陆 地 在 冬 季 的 寒 冷 天 气 并 不 适 用 没 有 辅 助 电 加 热 的 热 泵 ，而 辅 助 电 加 热 是 不 经 济 的 。 强 大 工 业 分 销 商 和 经 济 商 网 络 以 相 对 低 的 安 装 费用 和 维 修 后 缓 支 持 推 销 有 风 管 的 中 央 空 调 系 统 。 日 本 开 利 公 司 五 十 年 代 发 明 溴 化 锂 机 组 技 术 以 后 并 没 有 马 上 大 力 推 广（ 当 时 美 国 的 电 力 、 能 源 并 不 紧 缺 ， 全 球
15、对 氟 里 昂 制 冷 剂 破 坏 地 球 大 气 臭 氧层 还 没 有 引 起 足 够 的 重 视 ） 、 也 没 有 进 一 步 研 究 发 展 。 日 本 厂 商 引 进 溴 化 锂技 术 以 后 便 大 力 发 展 ， 诸 如 荏 原 、 日 立 、 三 菱 重 工 、 川 崎 重 工 等 公 司 都 形 成了 成 熟 、 稳 定 的 技 术 ， 现 在 日 本 国 内 溴 化 锂 机 组 占 据 了 主 机 市 场 份 额 的90 左 右 。 而 到 了 八 十 年 代 全 球 对 氟 里 昂 制 冷 剂 地 球 大 气 臭 氧 层 的 破坏 引 起 广 泛 的 重 视 ， 再 加
16、上 电 力 、 能 源 日 益 紧 缺 ， 各 个 国 家 的 厂 商 开 始 重 视溴 化 锂 技 术 ， 但 发 现 日 本 公 司 已 经 形 成 了 强 大 的 竞 争 实 力 、 成 熟 稳 定 的 技 术 。同 时 ， 公 司 致 力 于 围 绕 中 央 空 调 系 统 不 断 地 开 发 新 产 品 ， 发 展 新 事 业 ， 逐步 实 现 从 中 央 空 调 主 机 供 应 商 向 中 央 空 调 系 统 集 成 供 应 商 的 转 变 。1.4 中央空调的发展现状伴随着计算机控制技术的发展，世界上 HVAC 系统的控制从五十年代开始就王亮：中央空调控制系统设计4采用气动仪表控
17、制系统，六十年代改进为电动单元组合仪表，七十年代采用小型专用微型计算机进行集中式控制系统，直到 1984 年，美国哈特福德市第一幢采用微星计算机集散式控制系统大厦的出现，标志着智能建筑时代的开始。集散式自控系统，目前技术趋于成熟，主要技术特征是采用了 DDC（Direct Digital Control)。作为控制系统中的主要单元控制器，目前国内外主要采用的是常规的 PID控制，因其控制简单实用低成本技术成熟易于实现参数调整方便并且具有一定的鲁棒性，在空气调节的应比较广泛。年和等对控制阀门和执行器实现温度和湿度控制的不同特性做了研究。年和对控制的废气温度控制系统的单位阶跃响应做了仿真研究。年A
18、 L M A N 等人将 PID 控制用于压缩机和蒸发器的电机速度调节，以实现制冷去湿，并建立了系统的数学模型遗迹 PID 算法的三个参数的解析整定发发，同时给出了系统的两种控制策略。我国空调产业一直沿用家用空调和中央空调的分类，家用空调和中央空调的两类生产厂家互不涉足。目前,市场出售的两类空调都有其局限性 :一般家用空调使用于小面积、居室少的环境中,大型建筑采用中央空调。但是随着社会经济的不断发展与进步,随着居民居住面积的增大,对室内空气品质的要求也越来越高。例如一个三居室用户要装三部空调器,需要三个不同的室外空间 ,原来使用的家用空调特别是分体式空调器的安装就受到限制;虽然有些空调器生产厂
19、家加装了排气扇,但空气流通不畅,空气质量差等弊端仍没有从根本上克服。而大型中央空调虽可同时为多用户集中供冷暖,但缺少个性化选择、自由度小 ,一次性投资较大,只能应用在大型建筑物和高档住宅小区,同时中央空调用于大型建筑特别是出租式建筑时又会遇到收费较困难等问题。为了解决上述两种空调的弊端户式中央空调就应运而生。通过分析得出户式中央空调的一下优点：户式中央空调系统是小型化的中央空调系统 可满足用户多居室需求, 以家庭为单元,可适应用户的个性化需求不受其他用户影响。由于户式空调采用了分体式空调室内机与室外机相分离的结构形式,使主机与末端装置相分离,这样就保证了宁静的家居环境;符合空调低噪声的发展趋势。
