毕业设计（论文）-基于S7-200 PLC的中央空调控制系统的设计.docx

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1、毕业设计（论文）基于P1.C的中央空调控制系统的设计所在学院专业班级姓名学号指导老师合作导师2017年3月制毕业设计（论文）任务书学院专业班学生学号-X毕业设计（论文）题目：二、 毕业设计（论文）工作规定进行日期：2017年X月X日起至201X年Xf1.XHIh三、 毕业设计（论文）进行地点：四、 任务书的内容：指导教签名：年月日教研室主任签名：年月11学生签名：进度表第1周，明确设计任务,根据设计要求查阅相关参考资料.第2周，确定设计方案，绘制硬件结构图。第2周，分配P1.C输入和输出,绘制主电路，控制电路，P1.C接线图纸，进行期间选择和计算，编制罂件清单.。第3周，编写控制程序潦程图，编

2、写软件程序笫4周，整理资料，撰写毕业论文，反贪修改直至符合要求，打印装订。目录第I章概述3第2章总体方案4第3或硬件设计63. 1P1.C选择63.2 主电路图63.3 控制电路图83.4 P1.C1/0分配93.5 P1.C外围接线图10第4章软件设计124. 1P1.C内部使用地址定义124.2流程图设计134.3P1.C梯形图程序154.4语句表程序33第5章器件选择435. 1电机选型435. 2断路器选择435. 3交流接触器选型435. 4热过我继电器435. 5变频落选型435.6器件清堆44第6章调试466. 1调试方案466.2 调试工具466.3 硬件调试466.3 .1断

3、电检查466.4 .2通电检查476.4 软件调试476.5 调试总结48总结49参考文献50致谢51第1章概述中央空调控制系统的设计对自动化专业的学生而言是与时俱进、涵盖知识面广的课题.本课题研究的主要内容是学习集中式空调系统的各个环节，掌握空调系统原理、控制要求及性能指标：通过热力学和传热学知识，利用机理法创建空调房间数学模型，为控制方案的确立和控制参数调整奠定基础：利用服I可路闭环控制系统实现空调房间温度控制，并用P1.C的PID控制参数以达到良好效果.空调系统是现代建筑中的主要设备系统，是楼宇自动控制系统的主要监控对象之一。空调系统耗能在建筑总能耗中占40%左右，通过楼宇自动控制系统实

4、现其节能运行，意义重大。空调控制系统是要对室内温湿度等参数进行控制，使之很好地跟踪设定值，同时尽可能减少能源消耗，达到节能的目的。而其对象是不可预知的，如人员的多少、设备的发热量，空调系统又具有很大的滞后特性，系统中又有很多的检测、控制点。空调系统在运行过程中，控制系统要对其进行实时调控，对空调系统的控制系统性能要求较高。所以要达到很好的控制效果，乂要节能，就必须设计个良好的控制系统。目前空调系统应用越来越广泛，几乎所有的新建建筑物都有空调系统，人们对空调舒适度的要求越来越高，同时，由于空调耗能大，节能问题日益突出，所以研究空调系统的控制具有广泛的意义。对不同的工程，空调系统虽然有所不同,控制

5、方案也会有所不同，但其基本的分析方法、原理是相同的。故本次设计对于类似项目还具有普遍意义。第2章总体方案运行P1.C对中央空调实现集中控制，根据温度检测结果自动调节冷风机风量和风机启停组数.假设共有3台机组，每台功率为15k%使用一台变频器，任何时候同时只一台风机变频运行。通过检测温度，跟设定的温度进行比较，温度高于设定温度。延迟一定时间，预设1分钟，温度还是高于设定温度，则启动增加风机检测到温度低于设定温度，延迟一定时间，例如1分钟，定时时间到,温度还是低丁设定温度，则执行减少风机11采用温度传感器加变送器检测温度，变为O-IoV电信号,经P1.C的模拟量扩展模块转变为0到32000的数字量

6、信号，经P1.C计算得到实际温度，检测温度跟设定控制祖度比较，进行PII)控制,PID输出。到1.O的标准值，转成O到32000的整数，经模拟量输出模块,输出OT(W的电压信号，控制变频器的频率，然后变频器对风机电机进行无极调速，进行温度控制。控制系统的示意图如图2.1所示。启动按钮接P1.C的输入，用于按下启动按钮，启动系统。停止按钮接P1.C的输入，用于按下停止按钮，停止系统。急停开关接P1.C的输入，按下急停开关,全部输出停止，进行报警。手动启动和停止风机1到风机3的按钮接P1.C的输入，用于手幼时，通过按手动按钮可以维独启动和停止风机I到风机3.风机1到风机3的故障反馈接P1.C的输入

7、,用于检测风机电机故障,停止相应的风机,并进行报警.风机1到风机3的工频启动，变频启动接P1.C的输出，用于控制风机1到风机3工频或者变须运行。运行指示灯和故障指示灯接P1.C的输出，用于指示系统运行状态。变缴启动信号接P1.C的输出，用于启动变频器。温度传感潜加变送器TT1.接P1.C的模拟量输入，用于将温度信号转成OIOV的电压信号，然后将模拟量输入模块转成0到32000数字量信号，得到温度。P1.C模拟量输出模块输出的O-IOV的电压信号接P1.C的模拟量输入,用于控制变频频率。启州8停止蚓急停球钿自靛打开关手林耕正按钮只械蚁债A1.P1.C1#刖I施运行2瓶机工负运行一T2#湫I姆运行

8、）3瓶假蛇行赚甑灯朋1#肺3微机I111i)A2图27控制系统示意图第3章硬件设计3. 1P1.C选择根据控制工艺的要求，神定控制系统使用的输入输出点类型和点数。进行分析，系统共使用了13路数字量输入，9路数字量输出，1路模拟量输入，1路模拟珏输出。故可以选择西门子的S7-200P1.C中的CPU226,S7-226P1.C本体含有24路数字量输入，16路维电器输出，不含模拟量输入和输出，可以满足本系统的数字量输入和数字地输出的使用要求。由于系统还需要对湿度进行检查，另外需要对变频港进行控制，故可以增加块模拟量输入和模拟员输出混合EV235,含4路模拟员输入和1路模拟量输出，可以满足本系统的I

9、路模拟量输入和1路模拟量输出的控制需要。3.2主电路图主电路如图3-1所示。外部3相380V交流电,经1.I,1.2,1.3.N供设备使用。1.I,1.2,1.3是3相火或，N是零线。QFI是总的断路涔，起到通断设备电源作用。FUI是总熔断器，起到短路过潦保护作用。QF2是变频网路断路器，VFD1.是变频器，用于驱动风机电机变频运行。K7是变频器启动中间继电罂，P1.C通过控制KAI线圈得电，KAI常开触点闭合，接通变频器的端子5和9,启动变频器运行。AQWO是P1.C模拟量输入和输出模混合块EM235输出的O-IOV电压信号，用于控制变频器频率，对冷却风机电机进行无极调速.M1.是冷却风机1

10、电机，用于驱动冷却风机1。KM2是冷却风机1电机变频启动接触器，KH2线圈得电，KM2常开主触点闭合，使用变频黯VFDI驱动电机图3-1主电路图变频运行。FRI是冷却风机1电机回路过载热保护维电潜，起到过我保护冷却风机1,避免冷却风机1长时间过载运行，烧毁冷却风机1电机。QF3是冷却风机1工频启动回路断路器，KM1.是冷却风机1工频运行接触器。同样的，M2是冷却风机2电机，用于驱动冷却风机2.KM4是冷却风机2电机变频启动接触器。FR2是冷却风机2电机回路过冷热保护继电器。QF4是冷却风机2工频启动回路断路器，KM3是冷却风机2工频运行接触器。同样的，M3是冷却风机3电机，用F驱动冷却风机3。

11、KM6是冷却风机3电机变频启动接触器。FR3是冷却风机3电机回路过我热保护继电器。QF5是冷却风机3工频启动回路断路器，KM5是冷却风机3工频运行接触器。3.3 控制电路图控制电路如图3-2所示。外部220V交流电，QF4是控制电路断路器,FU2是控制电路短路过流保护熔断器。A1.是直流开关电源，经过1.招220V交流KM1.KM2KM3KM4X3KMe1.I1.IwsK3-4控制电路电变成24V直潦电,供P1.C的输入和输出，和P1.C的模拟量输入和输出混合模块EM233使用。KMI是濡风机工缴启动接触器，KA1.是14风机工频启动继电器，P1.C通过控制K1线圈得电，KA1.常开触点闭合，

12、接触器KM1.线圈得电，启动1#风机工频运行。KM2是1#风机变频启动接触器，KA2是1#风机变频启动维电器，P1.C通过控制KA2线圈得电,KA2常开触点闭合,接触器KM2线圈得电，启动IK风机变频运行。同样的，KM3是24风机工缴启动接触器，KA3是2空风机工频启动继电器，P1.C通过控制KA3线圈得电，KA3常开触点闭合，接触器KM3线圈得电，启动2#风机工频运行。同样的，KM4是24风机变频启动接触器,KA4是2#风机变频启动继电器,P1.C通过控制KA4线图得电,KA4常开触点闭合,接触器KM4线圈得电,启动2升风机变频运行。同样的，KM5是3笔风机工频启动接触器，KR5是胜风机工频

13、启动维电器，P1.C通过控制KA5线圈得电，KA5常开触点闭合，接触器KM53线圈得电，启动3#风机工频运行。同样的，KM6是3#风机变频启动接触器，KA6是3#风机变频启动维电器，P1.C通过控制KA6线圈得电，KA6常开触点闭合,接触器KM6线圈得电，启动3H风机变频运行。3.4 P1.CI/O分配P1.C系统的输入和输出分配如表3-1,3-2,3-3.3-4所示表3-1数字量输入分配表名称P1.C地址外部编号启动按钮10.0SB1.停止按钮10.1SB2急停开关10.2SB3自动手动模式选择10.3SA1.手动启动风机I10.4SB4手动停止风机I10.5SB5手动启动风机210.6SB

14、6手动停止风机210.7SB7手动启动风机3II.0SB8手动停止风机311.1SB9风机1故障11.2FR1.风机2故障11.3FR2风机3故隙11.4FR323-2数字量输出为,配表名称P1.C地址外部编号风机1号工频启动QO-OKA1.风机I号变缴启动Q0.1KA2风机2号工频启动QO.2KA3风机2号变频启动Q0.3KA4风机3号工频启动Q0.4KA5风机3号变频启动Q0.5KA6变频启动Q0.6KA7自动运行指示灯Q0.7HI.1故障指示灯Q1.OH1.2目W3-3模拟属输入方卜配表名称P1.C地址外部编号温度传感器AIWOTT1.表37模拟量输出分配表名称P1.C地址外部编号变频频

15、率捽制信号AQWO3.5 P1.C外围接线图P1.C输入和输出接线图见图3-3所示。外部22OV交流电经1.,N为P1.C提供电源。24V直流电为P1.C的输入和输出提供电源24V直流电为P1.C的模拟量输入和输出EM235提供电源.FR1.-IM三oI三三三3三4o5oo7I1.OI1.1.Q0.4Q05Qo6oo7soH1.FR21FR3,S7-200CPU226I1.AC220VN-NDC24VEM235AAM温度传感+变送的T1.图3-3P1.C输入和恤出接线图第4章软件设计4. 1P1.C内部使用地址定义为了便于编程和理解的方便,定义TP1.C内部地址定义部分内存使用标志M位，如表4

16、-1所示。表4-1P1.C内部地址名称P1.C地址备注一台风机运行MO.O:台风机运行MO.1三台风机运行MO.2没有风机运行M0.3风机1为变频风机Mt.0风机2为变频风机M1.1风机3为变版风机M4.2风机1号工频启动00.0KA1.风机1号变频启动qo.1KA2风机2号工频启动00.2K3风机2号变频启动00.3KA4风机3号工频启动OT.4KA5风机3号变频启动00.5KA6变频启动00.6KA7自动运行指示灯OT.7H1.I故障指示灯Q1.OH1.2一台变频运行增风机定时T1.O1.预设1分钟二台风机运行增加风机定T102预设1分钟一台变频运行执行战风机T1.1.1.预设1分钟二台风

17、机战少风机定时T112预设1分钟三台风机及少风机定时TU3预设1分钟风机全部停止唤醒定时T1.M预设1分钟PIDOJab1.cVB1.OOPID0的回路表起始地址温度测埴瓶的设定VDO预设50度温度读取VD1.。到50度温度设定VD8预设15度变瓶输出VD120到50Hz设定轮询时间VD16预设12小时，43200杪轮询一次轮询时间计时VD20单位是秒PID(1.PYVD1.OO标准化的过程变fitPIDO-SPVD104标准化的过程给定值PID(1.OIHPU1.VD108标准化的回路输出计算值PIDO_GainVD1.12回路增益PID0_SampIeTimeVD1.16采样时间（要修改请

18、.取新运行PID向导）PIDO_I_TieVD120积分时间Pn)(1.DJriVD124微分时间PIDO_D_COUnterVW1804.2流程图设计控制程序流程图如图47所示.开机初始化，使用特殊标志SMO.1运行一次进行参数设定，设定温度测量范围，设定控制温度，PID参数设定，设定中断时间，开启允许中断运行。系统启动后，读取模拟量温度IWO,将读取的0到32000的数值转换成0到50.0的温度，保持在相应的VDO数据中。当系统没有故障发生（包含按下急停开关，冷却风机电机发生过载故障等），进行报警。当选择了手动运行方式的话，执行手动操作。当选择了自动运行方式的话，按启动按钮，自动启动系统运

19、行，按停止按钮件止系统运行。当发生.故障时，进行故障报警，停止系统。检测到温度高于设定温度，启动增风机定时.，定时到，执行增风机。检测到温度低丁设定温度，启动减风机定时，定时到，执行减风机。图4-1控制流程图4.3P1.C梯形图程序ORGANIZATIONB1.OCK主程序：0B1.TIT1.E=BEGINNetwork1/开机初始化，设定中断时间，连接中断。到定时中断事件，允许中断执行Network3/模拟量输入处理/轮询启动风机逻辑SUBROUTINEB1.OCK初始化:SBROTIT1.E=BEGINNetwork1/开机初始化设定温度测量范围，预设0到50度/开机初始化设定P1.D参数

20、地址法杼F*Ssrv0nSM0.1仅第一个扫IS同期中接通为ONPIDO-DJmeVD124图分时间PIDOeGainVD112回路培第PIDOJJmeVDI20现邠捐P1.DO.SamUeTimeVD116采样时间度酸法里锁亡行斡D向与1SUBROUTINEB1.OCK模拟量读取处理:SBRITIT1.E=BEGINNetwork1/温度读取/O-IOV电压经EM235模拟量输入和辘出混合模块输入1变为0到32000数字员信号/将这个数字量信号转成双整数，保存在AeO中/然后八CO双整数转成浮点数，保存在ACo中/然后浮点数除以32000.0,得到0到1.o的标准值，保存在ACo中/然后范围

21、O到1.0的标准值乘以温度测量范围，得到测量的温度保存在VD4/ACO是累加器，保存临时数据。这里进行数据格式转换是为运算数据匹容地址AJW3-11SMOO力掇抠通为ON温度咕悭危图设定VDO预设啕划？温度倍愿者AWoTT1温度读取VD4SUBROUTINEB1.OCK输出：$BR2TIT1.E=BEGINNetwork1/自动运行指示灯Network2/风机1号工频启动网络2QOO苻号I地址I注皆二合同机运行IMQ1.风机1枚便11.2FR1.员机1吾芸统启动JqoiKA2风乩12工级启动000KAI见机2为支统双机M4.1风机3为交费凡机M4.2三口同机运行MO2手动启动风机110.4SB

22、4手动停止风机1105SB5自动手动模式选择10.3.A自动运行指示夕JIQO7H1.1.Ne1.WOrk3/风机2号工频启动注秆二&网机运行MQ1.风机1邠纱风机M40风机苏障113FR2风机涓变频启动003KA4双机雪工经启动QO2M42三台网机运行MQ2手动启动风机2IOSB6手动停止E,机2107自动手动根就送我10.3CA1.I自动运行指通007IH1.1Network4/风机3号工频启动存号IMW注暮二自风机运行IM01风机1为友典风机M4.0风机2为我频见机M41伺机曲蛙t1.4FR3!qo.5KAS风帆坞工效启动Q0.4KA5三8母机运行MO2.手动启动风机3小。SB8手动停止

23、风机3i,89自助手动便式取10.3SA1自动运行强示灯Q07H1.1Network5/风机1号变频后动网络5MOOIIM4.0II0071.11.2Q0.0QOIIzII/I/、TI1111IIIIk)M0.1T1M0.2:THj法程匕台风机运行iMOI用机做障TTFR1.风机1号登频启动Q0.1KA2:血机喷心启动QOOka风机1为变频风机M401.Z台风机运狂M0.2；一台风机运行MOOI自动运京标灯IQ0.7H1.INetwork6/风机2号变频启动网络6符号I地址注好二日风机运行IMO1.11.3FR2风机蜴黄领启动Q03KA4风机造工统启动IQO2KA3现例绫级风机M41,三台风机

24、运行Mo2匚台风机运行MoOQ07H1.1Network7/风机3号变频启动网络7MOOM4.200711400.4Q0.5II.IIII/II/I1.I1.1.1.IIIIIIR|11NWNVD8I600PT100m存号顿风机全部停止唤所定的T114没有用漉行MO3遍度读取VD4超度设定VD8启动运行指示灯。0.7H1.INetwork9/风机全部停止，温度高于设定,唤醒定时时间到，启动台风机变频运行/系统运行，使用系统时钟脉冲SMO.5,运行时间每杪加I,结果保存在YD20网络IOAD0.RENENOIN1OUTIN2VD20SM0.5Q0,7IIIP1.1I1.0-VD20-存号I地址注

25、CtociJsSM05在1秒耕的储环周期内,接通为ON05：轮病时间计时VD20单位是秒自娓行jJQ0.7t1.1Network11/运行时间低于4小时，则风机1为第台风机，只有台的时候先启动风机1.运行时间高于4小时，低于8小时，则风机2为第一台风机，只有一台的时候先启动风机2/运行时间高于8小时,低于12小时，则风机3为第台风机，只有台的时候先启动风机3运行时间高于12小时，计时消零，从新开始1.DSMO.0网络11$MQO”20M40加号加注程AIWWJonSMOOM40风机2为发频风机M4.1风机3为变频印机M42轮I胡寸间计时VD20单位是秒INTERRUPTB1.OCKINT0:I

26、NTOT1.T1.E=BEGINNetwork1/输入归一化处理Network2/设定归一化处理Network3/调用PIDNetwork4/变频器控制输出网络4(5地址春海PIDOeOutpUVD1.08标减化的回路输比计筲值关嬲雨蒲腔AQwo英频启动QOSKA7登蟒出VDI2双机1号竞频启动QO1.KA2Trr-TrQ0334胤机指W频官幼QO5KA6Network54.4语句表程序organization_b1.ock主程序：oBTIT1.E=BEGINNetworkI开机初始化，参数设定1.DSMO.1CA1.1.SBRONetwork21.DSMO.11.PSAB=SMB34.0MO

27、VB100.SMB341.RDATCHINTO.101.PPENINetwork3模拟盘输入处理1.DSM0.0CA1.1.SBR1.Network4H输出控制1.DSM0.0CA1.1.SBR2Network5轮询启动风机逻辑1.DSM0.0CA1.1.SBR3END_ORGANIZATION_B1.OCKSUBROUTINE_B1.OCK初始化:SBRoTIT1.E=BEGINNetworkI1.DSMO.IAR=VDO.0.0MOVR50.0.VDONetwork2开机初始化设定温度，预设15度1.DSM0.1AR=VD8i0.0MOVR15.0.VD8Network31.DSM0.1A

28、R=VD16,().0MOVR432(0.0,VDI6Network4开机初始化设定P1.D参救1.DSMOJ1.PSAR=VDI12,0.0MOVR1.0,VDII21.RDAR=VDI16,0.0MOVR1.RD1.0.VDII6AR=VD120.0.0MOVR1.PP10.0.VD120AR=VD124,0.()MOVR0.0.VD)24END_SUBROUTINE_B1.OCKSUBRoUT1.NE_B1.OCK模拟也读取处理:SBR1.T1.T1.E=BEGINNetworkI1.DSM0.0iTDAIWO.ACODTRACO.ACO/R32(X)O.O.ACOMOVRACO,VD4

29、.RVDO.VD4END_SUBROUTINE_B1.OCKSUBROUT1NE_B1.OCK输出:SBR2TiT1.E=BEGINNetwork1自动运行指示灯1.D10.0OQ0.7AN10.1AN10.2AN10.3=Q0.7Network2H风机I号工频启动1.DM4.2AM0.11.DM0.2AM4.1.O1.D1.DM0.2AM4.2O1.DAQ0.71.D10.4OQ0.0AN10.510.3O1.DAN11.2ANQ0.1=QO.0Network3/风机2号工频启动1.DM4.0AMO.11.DM0.2AO1.DM4.01.DM0.2AO1.DM4.2AQ0.71.D10.60

30、Q0.2AN10.7AO1.D103AN11.3ANQ0.3QO.2Network4H风机3号工频启动1.DM4.1AMO.11.DM0.2AM4.IO1.D1.DM0.2AM4.0O1.DAQ0.71.D11.0OQ0.4ANII.IR10.3O1.DAN11.4ANQ0.5=Qo.4Network5风机I号变频后动1.DM0.0OMO.1OM0.2AM4.0AQO.7AN11.2ANQ0.0=QO.1Nctwork6风机2号变频启动1.DMo.0OMO.10M0.2AM4.IAQ0.7AN11.3ANQ0.2=Q0.3Network7风机3号变频启动1.DM0.0OMO.1OM0.2AM4

31、.2AQO.7AN11.4ANQ0.4=Q0.5Network8H变频启动1.DOQ0.1Q0.3OQ0.5AQ0.7=Q0.6Network9H故障指示灯1.D0010.211.211.3O11.4ANSMo.5=Q1.-OEND_SUBROUT1.NE_B1.OCKSUBROUTINE-B1.OCK轮询启动风机:SBR3TIT1.E=BEGINNCtWorkI开始执行一台风机运行1.DQ0.7ANM0.0ANM0.1ANM0.2ANSMo.3M().(),INetwork21.DQ0.7A1.PSM0.0ARVD4,VD8TON1.PPT1.O1.600ARVD4,VD8TON1.PPTI

32、()2,600ARVD4.VD8TONT112.6OONetwork51.DQ0.7A1.PSMO.IAT102RSMO.!,1M0.2,I1.PPATII2RSMO.I.IM0.0.1Network61.DQ().7AM0.2ARVD4、VD8TONTI13.6OONcVD4.VD8TONT1.14.600Network91.DQ0.7AMO.3ATI14RM03.1SM0.0.1NetworkIO1.DSM0.5EUAQ0.7+R1.0.VD20Network111.DSM0.01.PSR=VD20.14400.0AR=VD20,28800.0=M4.21.PPAR=VD20,43200.

33、0MOVR().0,VD20END.SUBROUT1NE.B1.OCKINTERRUPT_B1.OCKINTJ):INTOTIT1.E=BEGINNetworkI输入归一化处理1.DSM0.0ITDAIWO.ACODTRACO.ACOMOVRACO.VD100/R32OOO.O.VD100Network2H设定归一化处理1.DSM0.0MOVRVD8.VDI04/RVD0.VD104Network3调用PID1.DQ().IOOQ0.3Q0.5OQ0.6PIDVB1.ONetwork4H变领器控制输出1.DQ().IOQ0.30Q0.5OQ0.6MOVRVD108.VD12R50。VD12MOVRVD108.ACO女R32000.0,ACOROUNDACO.ACODTIACO.AQWONetwork5H变频停止，输出为01.DNQ0.6ANQ0.1ANQ0.3ANQ0.5MOVWO.AQWOENDNTERRUPT_B1.OCK第5章器件选择5. 1电机选型根据风机1到风机3,功*均为15k*电机选择ABB的电