触摸屏控制的中央空调系统毕业论文设计(编辑修改稿)

触摸屏控制的中央空调系统毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

楼、商场、厂房等场所，用于保持整栋大厦温度恒定。 如今，人们对中央空调系统提出新的要求就是舒适节能，要求 在能耗更低的情况下保持室内合适的温度、湿度，让使用者感觉最舒适。 显然， 中央空调系统 即应 按照舒适节能的目 标设计。 据统计，中央空调的用电量占各类大厦总用电量的 60%以上，其中，仅水泵的耗电量约占到空调系统耗电量的 20 一 40%，存在巨大的能源浪费。 采用新技术降低系统能耗 非常重要。 传统的设计中，中央空调的制冷机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统、盘管风机系统等的容量基本是按照建筑物最大制冷、制热负荷或新风交换量需求选定的，且留有充足余量。 无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在 工频状态下全速运行，虽然可满足最大的用户负荷，但不具备随用户负荷动态调节系统功率的特性，而在大多数时间里，用户负荷是较低的，这样就造成很大的能源浪费。 近年来节能降耗被国家摆到空前重要的位置。 而国家供电紧张形势依然没有根本缓解，电价不断上调，造成中央空调系统运行费用上升，如何控制空调系统的电能费用己经成为越来越多空调的经营管理者所关注的问题。 故采用变频调速技术节约低负荷时主压缩机系统和水泵、风机系统的电能消耗，具有极其重要的经济意义。 随着电力电子技术、微电子技术的发展，应用变频调速技术与 PLC 自动控制系统可 以大幅度节约电能和提高系统的自动化程度， 利用变频器、 PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，能有效地达到节能目的。 其节能效率通常都在 40%以上 ，并使系统具有运行可靠、结构简化、维护维修方便等优点，因此可用于新建的中央空调中也可用于对大量旧式中央空调的技术改造，具有广泛的应用领域。 随着工业自动化控制的发展 ,一种新的工控产品人机界面又称触摸屏出现 ,给予工业设备现场控制一种全新的图形操作界面。 它采用能高速通信的 32 位 RISC芯片 ,具有交 互性好 ,编程灵活 ,并且与 PLC 之间的连接简便 ,在工业设备控制中已经得到广泛应用。 本科生毕业设计 2 综上所述，本课题的研究意义在于： 1. 通过对中央空调系统的 集中控制 的研究，可以提高能量利用率 ，降低维护费用，减少 劳动强度 ， 智能控制， 对于当今能源短缺的形势具有重要意义。 2. 空调能耗的降低 相应的对以下方面也有重要作用： 解决当前电力供需矛盾、提高电网的负荷率和发电设备及输电设施利用率、保证电力系统安全经济运行、减小国家电力投资。 第 二 节 主要研究内容 经过系统的分析并结合实际情况，本次研究的内容和目标是实 现基于 触摸屏的 PLC 和变频器的中央空调系统的集中控制，该系统将利用 PLC 和变频器实现水泵电机的软启动和调速，使整个系统的 运行 达到 最佳状态。 1. 对变频技术用于大型中央空调系统的可行性进行分析，以 某 小区 的 中央空调系统为研究对象，确定 系统的集中控制方案及如何用 PLC 实现。 2. 确定 冷冻、冷却循环水泵采用 集中控制 的具体方案， 实现 PLC 的功能。 3． 通过对 PID 控制器基本原理的介绍 ， 初步 分析 模拟量 PID 算法的 控制。 本科生毕业设计 3 第二 章 中央空调 简述 本章将概要地讲述一下中央空调系统的一般组成及其分类，以及基本的 自动控制原理，然后着重讲解一下户式水冷式中央空调的结构和工作原理。 第一节 中央空调系统的 组成和分类 一、 中央空调系统的组成 中央空调系统是基于如下三大理论基础的： ① 质量守恒理论； ② 热力学第一定律； ③ 热力学第二定律。 基本上，中央空调系统的科学规律都可以根据以上三大理论，通过纯粹的数学推演和科学实验的修正来予以表达。 如再结合室内空气动力学和高等流体力学，那么所有的问题都可以迎刃而解。 中央空调系统一般由如 下三部分组成： ① 冷热源系统； ② 冷媒输送系统；③ 空气分布系统。 对于一个典型的中央空调系统，这三部分相互作用与传递，如流水作业般实现室内外物质与能量的交换。 典型的中央空调系统夏季热量搬运图如图 111 所示。 图 111 典型的中央空调系统夏季热量搬运图 基于以上论述，中央空调的自动控制，主要由如下三部分组成： ① 冷热源系统的群控。 ② 水系统控制； ③ 风系统控制。 二、中央空调系统的分类 1． 直流式：这种系统的新风全部来自室外，经处理达到所需的温、湿度和洁净度后，由风机送入空调房间。 在室内吸收了余热、余湿后全部经排风口排到室外。 2． 回风式：这种系统的特点是送风中除一部分室外空气外，还利用部分室内回风。 本科生毕业设计 4 回风系统由于利用了一部分回风，设备投资和运行费用比直流式大为减少。 回风式系统还可以分为一次回风系统和二次回风系统。 3． 封闭式：送风全部来自空调房间，而不补给新风。 这种系统运行费用低，但卫生条件差。 一个完整的室温调节系统是 由测定温度的传感器，变送器，调节器，执行器和房间对象等几个环节 组成的。 第 二 节 户式中央空调 一、 户式中央空调 器的分类与特点 （一 ） 户式中央空调器分类： 户式中央空调器 由室外主机、室内风机盘管及其连接部分组成。 户式中央空调器 按照输送冷热量的介质不同，可分为多联式、风管式和水冷式等三种类型。 （二） 户式中央空调器的特点： 1． 优点 （ 1） 舒适 它适合作为别墅、公寓、家庭的暗藏式空调器，可使冷（热）风均匀地分布到各房间，形成“零”温差，而且噪音极低，保证了宁静的家居环境，避免了其他分体机常有的直吹过冷和房 间冷热不均的现象。 （ 2）美观 空调风道与装修相结合，完全隐蔽，不占用室内空间，为现代家庭空调器（分体机、柜机）的换代产品。 （ 3）个性化设计 户式中央空调系统是小型化的中央空调系统，可以满足用户多居室的需求，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。 （ 4）制冷能量调节范围大 它采用区域温度控制，每一个房间可单独进行温度控制。 随着季节、时间、环境等变化，系统工作负荷也随之变化。 可根据负荷的要求自动控制机组的运行，从而达到最佳的性能。 2． 缺点 （ 1）设计布局与装修必须结合 本科生毕业设计 5 它的设计和安装要 与装修结合，才能达到良好的舒适性和装饰效果。 （ 2）电源负荷要求较高 它工作时的电负荷较大，老式住宅要考虑电路负荷是否满足。 （ 3）价格较昂贵 以一个 150 平方米的三室两厅计算，普通冷暖分体式空调器共需 19000 元左右，而户式中央空调系统一般情况下，大约需要 3 万元。 在安装价格上，户式中央空调器比起普通家用空调器 并不具有明显优势。 （ 4）维护困难，维护费用高。 （ 5）安装复杂，是一项系统工程。 二、 水管式中央空调器 结构及工作原理 水管式中央空调在每个房间的末端设备叫做“风机盘管”，它可以调节风机的转速，因 此可以对每个空调房间进行单独 调节， 较为节能。 冷媒系统一般配备一台压缩机冷凝器有风冷和水冷形式。 风机直接用轴流风机强制散热，水冷则由冷却水塔、冷冻泵、风机、 Y 型过滤器、水流开关等组成的冷却水系统完成热交换。 蒸发器主要以水 作为输送冷量或热量的传递介质，经由冷冻泵、补水阀、水箱、放空阀、平衡阀、循环水管线所组成的冷冻水系统输送到室内末端设备。 末端设备采用风机盘管来进行热量交换。 但该系统的缺点也显而易见，除了无法 直接引入新风之外，造价较高，安装难度大，水管也容易腐蚀，维护难度较大。 该中央空调系统的工作过程是一个 不断进行能量转换及热交换的过程。 其理想运行状态是：在冷冻水循环系统中，在冷冻泵的作用下冷冻水流经冷冻主机，在蒸发器进行热交换，被吸热降温后（ 7℃）被送到终端盘管风机或空调风机，经表冷器吸收空调室内空气的热量升温后（ 12℃ ），再由冷冻泵送到主机蒸发器形成闭合循环。 在冷却水循环系统中，在冷却泵的作用下冷却水 流经冷冻机，在冷凝器吸收升温后（ 37℃）被送到冷却塔，经风扇散热后（ 32℃）再由冷却泵送到主机，形成循环。 在这个过程里，冷冻水、冷却水作为能量传递的载体，在冷冻泵、冷却泵得到动能不停地循环在各自的管道系统里， 不断地将室内的热量经冷冻机的作用，由冷却塔排出。 本科生毕业设计 6 该系统的室内末端装置通常为风机盘管。 目前风机盘管一般均可以调节其风机转速，从而调节送入室内的冷（热）量。 因此，该系统可以对每个空调房间进行单独调节，满足不同房间不同的空调需求， 同时其节能性也较好。 此外，由于冷（热）水机组的输配系统所占空间较小，因此一般不受住宅层高的限制。 但此种系统一般难以引进新风，因此，对于通常密闭的空调房间而言，其舒适性较差。 室内的风机盘管有多种形式： 明装与暗装、立式与卧式、吊顶式等。 小型水管式中央空调器的安装方便，因使用空气冷凝器而 省去了冷却塔，可安装于屋顶、阳台或室外，只需连通冷（热）水路、水泵即可进行系统冷（热）水循环。 其机组运转噪声低，对环境影响小，与同等能力的其他类型空调器相比，运转更加平稳，从而拓宽了其适应范围。 小型冷（热）水管式中央空调系统可满足用户的多居室需求，可适应用户的个性化需求，不受其他用户的影响；采用主机与末端分离安装方式，保证了宁静的居室环境；主机由微电脑 控制，在室内可完成全部操作；室内末端安装可采用暗藏方式，极适宜配合室内装修；系统可根据实际负荷自动化运行，节约能源及运行费用；将供冷、供暖费直接转化电费，开 机计费，停机则不计费，收费直观、合理。 本科生毕业设计 7 第三 章 可编程控制器 (PLC)简介 可编程控制器 (Programmable Logical Controller 简称 PLC) 是 一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。 它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。 纵观来说，可编程控制器其实 是在传统继电接触器控制的基础上 ,采用电子技术和计算机技术发展起来的工业控制装置。 由于可编程 控制器具有接口简单、维护方便、使用灵活、可靠性高、通用性强且编程简单、易于掌握等特点，其发展非常 迅速，已成为当今实现自动控制的主要手段之一。 第一 节 PLC的定义 国际电工委员会（ IEC）于 1987 年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。 在草案中对可编程控制器定义如下： “ 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。 它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程 控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计 ” 近年来，可编程控制器发展很快，几乎每年都推出不少新系列产品，其功能已远远超出了定义的范围 第二节 PLC的 结构 及工作原理 一 、 PLC 的结构 PLC 专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由 CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。 下图为一典型 PLC 结构简图。 本科生毕业设计 8 图 221 可编程序控制器结构框图 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同： （一） 中央处理 单元 (CPU) 中央处理单元 (CPU)是 PLC 的控制中枢。 它按照 PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、 I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。 当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。 等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应 的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高 PLC 的可靠性，近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。 这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。 （二） 存储器 存储器 用来 存放系统软件 ， 称为系统程序存储器。 （三） 输入 /输出接口 输入 /输出接口 通常也称 I / O 单元或 I / O 模块，是 PLC 与工业生产现场之间的连接通道。 本科生毕业设计 9 PLC 输入接口 可以检测被控对象的各种数据，用这些数据作为 PLC 对被控制对象进行控制的依据 PLC 输出接口 将处理结 果送给被控制对象，以实现控制目的 I / O 接口的作用 其实主要是 电平转换功能：由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而 PLC 内部 CPU 的处理的信号是标准电平信号。