58空调网 - 中央空调自动控制系统

中央空调自动控制系统教学目的：（1）中央空调自动控制系统是多输入、多输出系统，作为工程项目之一可以很好地培养学生对综合负载控制系统的基本技能。（2）培养学生掌握采用PLC+变频器控制中央空调系统的温度与湿度的方法。（3）掌握S7-200PLC与三菱变频器的使用及控制方法。（4）掌握S7-200PLC的编程软件STEP7V4.0SP3及力控组态软件V6.0的使用方法。（5）掌握中央空调系统的PID调节方法。重点与难点：重点：（1）系统的电气接线（2）STEP7V4.0SP3及力控组态软件V6.0的使用方法。（3）系统的联调难点：（1）控制参数的整定。（2）故障分析与故障排除。1.项目概况（1）智能建筑是现代高科技技术的产物，它是结合了现代建筑技术与信息技术，是信息社会发展的需要和未来建筑发展的方向。它主要由三大系统组成：楼宇自动化系统(BAS)、办公自动化系统(OAS)和通信自动化系统(CAS)，即目前流行的3A建筑的说法。（2）中央空调控制系统是楼宇自动化系统中最重要的组成部分之一。（3）中央空调系统是一个复杂的多输入、多输出的多变量系统，有温度、湿度等多个参数。2.基本理论中央空调控制系统的一般要求（1）被控区域温度的控制以达到工艺或舒适性要求；（2）被控区域湿度的控制以达到工艺或舒适性要求；（3）被控区域新风量的控制以达到工艺或人体健康要求；（4）对冷热水的水阀开度大小的控制以及送风量的控制使系统的能耗最低。中央空调系统的基本组成一般全空气空调系统，都包括水系统和风系统两个部分，其中水系统一般包括冷水机组、冷却水系统和冷冻水系统等；而风系统一般又包括送、回、排风系统三个部分。控制量恒温恒湿中央空调控制系统是一个多输入、多输出的大滞后控制系统，一般系统的被控参数可设定为两个：室内温度和湿度。空调系统的工况按室外季节变化情况，基本上可以分成两个运行工况：夏季工况和冬季工况。中央空调的恒温恒湿控制当被调房间温度与湿度受内部热源干扰或室外温湿度变化而发生波动时，首先由温度与湿度传感器把信号送给控制器，控制器与设定值进行比较后发出指令给执行器，执行器动作后，不断调整温湿度符合要求。MDPSPTdTHTDPSMVVVFM新风表冷初效过滤送风加热加湿中效过滤回风送风空调自动化控制器恒温恒湿中央空调系统图3.装置原理基本原理现代空调控制系统一般由传感器、控制器、执行器和被控对象等几个环节组成的单回路闭环典型室温控制系统原理框图如图11.2所示。调节器执行器调节阀房间传感器设定温度送风温度室内温度+-湿度的控制方法与温度控制相类似。装置组成模拟房间温湿度传感器送风机电气操作面板过滤网风门表冷器室压缩机水泵压缩机干式蒸发器压力控制器及压力表系统电气接线图压缩机SB7新风大SB1新风小SB2回风大SB3回风小SB4出风大SB5出风小SB6差压开关水流开关手/自动SB8+-1M-2MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I1.0I1.1I1.5Q0.0Q0.1Q0.2Q0.31LQ0.4Q0.5Q0.62LQ0.73LS7-200报警器新风大新风小回风大+-+-+-回风小出风大出风小压缩机RAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-温度传感器（4~20mA）温度（T1）湿度（H1）A+A-B+B-温湿度传感器（4~20mA）温度（T2）湿度（H2）C+C-D+D-变频器（4~20mA）水泵I0V0M0V0I0COMRAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-温湿度传感器（4~20mA）温度（T3）湿度（H3）E+E-F+F-G+G-H+H-变频器（4~20mA）送风机I1V1M1V1I1COMEM235EM235实验接线图（手/自动状态下）根据天煌提供的图纸绘制而成第1个DC24V第2个DC24V第2个DC24V第2个DC24VCOM1Ψ1新风风口温湿COM4-COM5-COM6外部连表冷器后温湿度COM2Ψ2COM7-COM8外部连COM3Ψ3出风口温湿度1M-2M1L-2L-3L外部连1.M0与M1在扩展模块中内部已经相连2.【COM4-COM5-COM6外部连+COM7-COM8外部连】两组内部已经相连。3.COM1、COM2、COM3内部已经相连。1L-2L-3L外部连1L-2L-3L外部连软件部分（1）安装软件（2）设置PC-PPI通讯（3）打开工程文件“THBCKZ-2.mwp”。（4）下载程序至PLC（5）插好加密狗，打开力控组态软件6.0。（6）按说明书与软件要求控制系统动作。（7）查看曲线，PID控制曲线只有在控制方式处于自动控制的况态下才能设置右边的参数(回路增益、积分时间、微分时间)。注意事项（1）请勿带电插拔PLC通讯电缆（2）请勿操作控制屏内侧线路（3）由于设置了对压缩机的保护，因此压缩不会频繁启动。（4）软件操作时，必须先连接好通讯电缆，并插上加密狗。（5）在手动切换到自动或自动切换到手动状态时，都应先将参数设为0，并等系统全部停止后方可以切换操作，如果出现控制不对或程序跑乱，只用关闭PLC主机电源，重新启动即可。（6）面板接线时，一定要注，AC220V的接线，只有接3L和Q0.7位，不可接到其他任何地方，否则会烧坏设备器件。接完线要请老师确认之后方可启动。4.训练内容项目特点中央空调自动控制系统是采用计算机控制的一个多输入、多输出量的集散控制系统，电气硬件部分采用S7-200与三菱S500变频器为核心控制中央空调的风系统与水系统；软件部分采用STEP_7-MicroWIN_V4_SP3进行软件编程，力控6.0进行组态，完成系统的参数采集与动态显示，对系统进行实时控制。训练目的工程实训的主要目的是：（1）了解中央空调自动控制系统的组成、工作原理；（2）了解各类传感器的基本原理；（3）掌握S7-200PLC与三菱S500变频器的使用方法及编程方法。（4）了解力控组态软件的基本使用方法。能独立完成系统的外围电路的接线；（5）培养故障排除能力及阅读工程图纸的能力，为工程实际及以后工作打下良好基础。训练的主要内容（1）中央空调系统的组成与基本原理、系统接线认识系统的基本构成，对各种传感器的位置分布及其功能有脚深刻的认识，了解系统的基本工作原理及基本控制方法。根据电气接线图，连接系统的电气连线。（2）中央空调系统的手动控制对中央空调系统进行手动控制，观察各部件的工作情况。（3）中央空调系统的数据采集与动态控制中央空调系统的数据采集与管理；中央空调的自动控制；监测冷水机组的运行状态、故障报警及手/自动状态；冷冻水进水水温、出水水温的数值（由液晶显示表显示）。控制新风机的启停，监测其运行状态、手/自动状态和故障报警，风机风流监视；控制送风机的启停，监测其运行状态、手/自动状态和故障报警，风机风流监视；监测送/回风机的运行压差状态，当其两侧压差低于设定值时，故障报警并停机；监测回风温、湿度；监测过滤器前后压差，到设定范围后通知清洗过滤器，以防堵塞；根据回风湿度与设定湿度，调节电磁加湿阀开度，保持送风湿度为设定值，精度为±10%RH；（4）中央空调系统的PID控制通过计算供回水之间的压差，将压差与设定值进行比较，用PI方式调节电动阀，使压差保持在设定的范围内；PID控制算法的整定；趋势图与历史曲线的显示；（5）STEP_7-MicroWIN_V4_SP3编程与力控组态软件组态。编写PLC编制时间程序自动控制风机启停（但注意不要覆盖原有程序）；力控组态软件的使用及组态程序的修改与编程（但注意不要覆盖原有程序）；（6）故障模拟与故障排除用纸堵住压差开关的一侧，模拟压差开关的故障，观察压差开关的报警情况。若在实验过程中出现故障，要求能根据故障现象，及时发现并排除故障。训练的主要步骤：（1）了解中央空调系统的硬件组成部分，熟悉传感器的位置与作用。（2）了解系统的软件组成部分，掌握基本操作方法。（3）熟悉系统的基本控制原理（4）检查水箱中是否有水，按实验接线图，接好导线，再将配套的PLC程序下载到PLC中，让系统工作在运行状态。（5）双击桌面“自控系统工程”进入组态监控界面，界面上显示对应的温度和湿度的实测值。（6）在默认的情况下，系统是处于手动状态，如果切换到自动状态下，可以按下SB8按钮，此时在软件的左下方会提示当前处于的控制方式，如果是出于手动状态时，在界面右边中间的地方会出现输入送风机的转速值，以及变频器的频率值，对应的送风机会开始运转，循环水系统也开始流动，水流开关动作，如果不动作请检查变频器的频率值是否太小或线路连接是否正常。（7）各风门的动作直接由SB1~SB6按钮来控制，其中开大或减小只能动作一个，不能同时开，按下SB7按钮后，需过二分钟后，压缩机才会启动，这只是为了防止压缩机频繁启动，从而带设置对压缩机的保护。（8）自动状态，先按下SB8按钮，此时进入自动控制状态，所有风阀都将关闭，在房间设置温度，设定完成后，点击启动按钮将会变灰色，系统开始运行，点击查看曲线，并可以对PID参数进行修改。（9）压差开关动作条件：当新风过滤网变脏时，就会触动压差开关报警，（可以用纸来模拟过滤脏堵），压差开关动作，报警器启动，但制冷系统不会停机。（10）手动状态下参数设定来控制开通，从0到90度的开启需11秒，同样关闭也要同样的时间。（11）学习设置变频率的频率值的方法。5.思考题（1）新风口温度、表冷器室出口温度、模拟房间温度、出风口温度之间的大小关系？（2）若变频器的频率设置太小，会有什么现象？（3）压差开关的工作原理？（4）系统的PID参数如何设定？（5）变频器的频率范围如何设定？（6）讨论中央空调节能有哪些措施？6.参考文献[1]苏玮．楼宇自动化工程技术训练[M]．山东大学出版社，2007(8)：32-36．[2]刘显成．智能建筑的发展与展望[J]．武汉建设，2007(4).[3]黄翔．空调工程[M]．机械工业出版社，2006(5)：11-13．[4]鲁劲松.中央空调自控系统的设计与研究,河北工业大学硕士论文，2007.[5]曲丽萍.楼宇自动化系统[M].中国电力出版社，2004.[6]沈晔.楼宇自动化技术与工程[M].机械工业出版社，2009.[7]程大章.智能建筑楼宇自控系统[M].中国建筑工业出版社，2005.[8]殷际英.楼宇设备自动化技术[M].化学工业出版，2004.