基于西门子S7-200PLC的中央空调温度自动控制系统与MCGS组态设计
摘要：中央空调在我们的日常生活中被广泛运用，但随着中央空调能耗问题日益突出，传统的控制系统已不符合当今人们对“节能环保”理念的要求。基于该问题，我们着手对中央空调温度控制系统进行了研究。
文章简单概述了中央空调的主要构成，和运行方式；从不同角度诠释了中央空调的控制技术的所包含的优缺点；分析了中央空调的控制要求，并通过综合分析解决了生产过程流程。在满足实际情况的的前提下，写出满足运行要求的PLC梯形图；开发出中央空调的PLC控制系统，并进行实际调试。在根据系统根据实际荷载的前提下，有序分流流量，实现恒温控制，从而有效的解决能耗问题。
论文设计中采用的是西门子的PLC，型号为S7-200PLC系列，该PLC担当本设计的主要控制单元，比例-积分-微分控制运行过程中产生的风速，湿度，温度，我们采用了 USS 协议下的的RS-485总线通讯的网络，使用 MCGS 工控组态软件，对运行情况进行不间断分析处理，在实际操作运行的情况下，我们要追求系统的稳定性，才能真正实现价值。
关键词：中央空调，PLC，PID，变频器
Abstract:Central air conditioners are widely used in our daily life, but with the increasing energy consumption of central air-conditioning, the traditional control system does not meet the requirements of the concept of "energy conservation and environmental protection". Based on this problem, we begin to study the central air conditioning temperature control system.
The main composition and operation mode of central air conditioning are briefly summarized, and the advantages and disadvantages of the control technology of central air conditioning are explained from different angles, the control requirements of central air conditioning are analyzed, and the production process is solved through comprehensive analysis. Under the premise of meeting the actual situation, the PLC ladder diagram satisfying the operation requirements is written, the PLC control system of the central air conditioner is developed, and the actual commissioning is carried out. According to the actual load of the system, the orderly diverted flow is realized to achieve constant temperature control, so as to effectively solve the energy consumption problem.
The design of the paper is the use of SIEMENS PLC, the model is S7-200PLC series, the PLC is the main control unit of this design, the wind speed, humidity and temperature produced in the operation process of proportional integral differential control, we adopt the RS-485 bus communication network under the USS protocol, and use the MCGS Industrial control configuration software. In order to achieve real value, we must carry out continuous analysis and analysis. In the actual operation and operation, we must pursue the stability of the system.
Key words: central air conditioning, PLC, PID, frequency converter
目录
摘 要 1
Abstract 1
第1章 绪论 6
1.1研究的内容和意义 6
1.1.1研究内容 6
1.1.2 研究意义 6
1.2 国内外发展现状 7
1.2.1 国内发展情况 7
1.2.2 国外发展情况 7
第2章 中央空调温度控制器系统介绍 8
2.1 中央空调温度控制器结构 8
2.1.1 中央空调温度控制器概述 8
2.1.2 中央空调温度自动控制系统结构 8
2.2 中央空调温度控制器系统工作原理 9
2.2.1 制冷原理 9
2.2.2 控制原理 9
2.3 电机的软启动原理及应用 10
2.3.1 软启动设备介绍 10
2.3.2 软启动的应用 10
2.3.3 软启动和变频器的不同点 10
2.4 PID控制的设计 10
2.4.1 PID控制概述 10
2.4.2 PID控制原理 11
2.4.3 对空调系统的PID控制 12
2.5 本章小结 12
第3章 中央空调控制系统的硬件设计 13
3.1 变频器 13
3.1.1 变频器的介绍 13
3.1.2 西门子MM440变频器的性能 13
3.1.3 MM440变频器的使用说明 14
3.1.4 MM440变频器的选型 14
3.1.5 使用注意事项 15
3.2 PLC选型 15
3.2.1 PLC简介 15
3.2.2 PLC功能特点 15
3.2.3 PLC的工作原理 16
3.2.4 西门子S7—200介绍 16
3.3 PT100温度传感器 18
3.4 PT100温度变送器 19
3.5 人机界面设计方案 19
3.6 系统硬件设计 20
3.7 本章小结 21
第4章 软件设计 22
4.1 PLC编程 22
4.1.1 PLC编程软件 22
4.1.2 PLC主程序流程图 22
4.1.3 中央空调温度控制器控制系统的I/O分配表 23
4.1.4 程序中使用的存储器及其功能 23
4.1.5 中央空调温度控制器温度控制系统程序 24
4.2 通信设备 31
4.2.1 RS-485简介 31
4.2.2 USS协议 31
4.3 MCGS组态软件 31
4.3.1 MCGS组态软件简介 31
4.3.2 控制系统的MCGS组态 32
4.4 本章小结 34
第5章 结 论 35
致 谢 36
参考文献 37
第1章 绪论
1.1研究的内容和意义
1.1.1研究内容
随着社会日益提倡“节能”，“绿色”，“环保”的理念，所以我们采用传统PID控制，构成温差闭环自动控制系统，通过变频器，实现自动调节。其中我们通过控制水泵的流量减少不必要的能源浪费。 我们的主要控制单元采用西门子公司的S7-200系列，在USS通信协议下，RS-485总线对中央空的温度自动控制系统采取了分析，最后完成了组态设计，验证了温度自动控制系统是否达到节能效果。
1.中央空调温度控制器结构和工作原理分析；
2.中央空调温度控制器系统变频控制分析；
3.PLC的介绍及应用；
4.PID控制理论分析；
5.设计基于RS-485网络的控制系统；
6.提供西门子TD200系列，S7-200PLC 分别作为人机界面和主控制器。
1.1.2 研究意义
通过已经存在的主要问题，我们采取的侧重点不同，但主要目的都是为了解决能耗问题，提高能效性，符合当进社会发展规律。
传统的中央空调因为本身的缺陷，能耗很大，十分不经济。通过对温度控制器进行升级改造改造后，比以前更为节约能效，大概节省15%的不必要额外浪费，由于以前采用的温度控制器存在一定的技术短板，所以内部系统采用都是最大负荷，所以产生一个主要问题：无论负荷多少，电机都处于满载状态，因此导致不能随着负载程度合理作出调节，于是能源消耗自然增加。在发现存在的主要矛盾过后，针对现状，查阅书籍和请教老师，制作出合理解决方案，在一定程度上可以动态调节，使它符合运行环境。于是在设计中增加了软启动,此外，为了进一步优化控制效果，中央空调的冷水系统采用温差闭环控制和自动调节，提高空调的舒适感，节能系统还具有过流保护功能,提高系统的安全可靠性，这也是本次设计的一大亮点。
1.2 国内外发展现状
1.2.1 国内发展情况
近几年来，随着“绿色环保建筑”的兴起，对空调的温度控制系统的研究也在不断深入，但现阶段的中央空调温度自动控制系统仍依就为传统模式，所以存在以下几方面的问题：1.未直接使用自然语言知识描述系统，导致联动控制功能滞后；2.在现场实施时，系统性能不稳定，受控对象呈非线性关系；3.科技进步，需求类型呈现多样化，传统模式功能单一，要求提高控制系统的自适应学习能力。 由于我国的经济高速发展，家用和商用中央空调的普遍使用，人们对温度控制要求也在不断提高，需求和控制系统发展过程中，也呈现着“供需矛盾”，例如能耗过大问题，据统计我国的中央空调中大约有20%的电能是无需消耗的。
1.2.2 国外发展情况
在日韩和欧美发达国家中，对中央空调控制系统涉足时间早，研究深入，其中有大金（DAIKIN）的E-MAX直流变频系统，特灵（TRANE）KOOLMAN技术等，由此可见，发达国家对中央空调温度自动控制功能的重视。综上所述，未来我国发展控制系统时，要紧跟时代步伐，朝着人性化，需求化，节能化等有利方面迈进。
第2章 中央空调温度控制器系统介绍
2.1 中央空调温度控制器结构
2.1.1 中央空调温度控制器概述
中央空调温控器种类有机械式，也有电子式的，如果按照显示方式来分有液晶显示，也有调节式。总而言之，不同种类有不同的分类方式。
中央空调温控器发出的各种信号是通过程序来实现的，所以编写程序的好坏直接影响放应效果，也间接影响是否能有效控制电动二通阀和空调风机盘管。
单冷型管路系统和热泵型管路系统是中央空调温度自动控制系统当中运用十分广泛的。单冷型管路系统是产生制冷效果；热泵型管路系统是可以达到制冷和制热效果的。因此热泵型管路系统比单冷型管路系统多出电动四通阀的设备，来调整中央空调温度控制器制冷剂的循环路线。但是我们这次设计当中采用的是单冷型管路系统，只需产生制冷效果，达到研究目的。
空气调节系统和冷热源系统是中央空调温度自动控制系统的有机结合。其中的冷热源系统是中央空调温度自动控制系统十分重要的组成，一旦系统出现问题，就有可能导致其结构、运行方式出现负面效果，达不到预计理想状态。
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