青岛黄海学院2016届毕业设计（论文）

图4电动机恒

功率调速特性

在中央系统中，冷

轴功率P与转速n会有一定的关系，既为： 点：

1.软启动可以降低启动电流对电网的冲击； 2.调速范围广可实现无级平滑调速； 3.能做到与直流调速方法相同的效果。

Q1n1?Q2n2空调的水循环却泵、冷冻泵和

水泵是主要的制冷设备。水泵以不同的速度运行的话，水泵的流量Q、扬程H、

P1?n1????P2?n2?3(2.4)

H1n1?()2H2n2从公式2.4可看出，通过改变频率来改变电机转速与传统方法相比具有以下优

交流变频调速技术是多门技术集成的高新技术企业。调速性能好并且节能效果明显，不仅可以减少损耗、避免浪费资源也降低了成本，为企业和公司带来更多的利润，从而吸引更多的客户，同时也刺激国内外研究人员开发新的技术[9]。

2.3电机的软启动原理及应用

2.3.1软启动设备介绍

电压由零慢慢增加到额定电压，所以没有冲击载荷，不受冲击转矩平滑启动。这就是软启动。电机的软启动可以通过软启动器或者变频器来实现。

软启动器是一种集电机软起动、软停车、多种保护功能于一体的新颖的电机控制装置。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联的晶闸管及其控制电路。运用不同的方法触发脉冲，控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。软起动器和变频

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器是两种完全不同用途的产品。变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂得多。电动机软起动器是运用串接于电源与被控电机之间的软启动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至启动结束，赋予电机全电压，即为软启动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。

变频器通过改变频率来完成电动机的工作。软起动器完成其余的泵开启、停止操作，变频器可以使泵运行时平衡旋转和平滑切换。

2.4PID控制的设计

随着现代社会的发展，PID控制越来越影响着人们的生活[10]。PID控制的优点如下：

1.适应性强，可以广泛的应用于各种行业；

2.算法简单，使用方便，容易通过简单的硬件和软件方式实现[11]。

因为以上优点，PID控制越来越受人们的欢迎。人们需要测量和控制温度，很长一段时间，国内外科技工作者对温度控制器进行了研究开发，从而出现了PID温度调节器。

2.4.1 PID控制原理

PID通过对三个参数的控制实现对温度的控制，对于一个控制系统，合理设置这三个参数才可以达到更好的控制效果。

图5PID控制系统原理图

如图5所示，PID控制器各部分在控制中的调节规律及作用的简单介绍如下： 1.比例增益P

比例增益P用于改变误差来设置信号放大系数的不同； 2.积分时间I

通过比例增益P放大不同信号的积分时间增加(或减少)，以减缓变化的步伐，防止振动；

3.微分时间D

微分时间D是提前调整动作，缩短时间，调整动态误差。

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2.4.2PID的反馈逻辑及参数调整原则

反馈逻辑指反馈信号被感应到就可以实现输出。寒冷的冬天，如果返回水温很低，反馈信号减少，表明室温较低，要求提高逆变器的输出频率和电机转速[12]。由此可见，相同的偏置温度低，反馈信号减少，但逆变器的频率是向相反的方向变化，这是逻辑的引入反馈的原因。

PID参数调整是结合实际工作情况，改变一个或同时改变多个参数来实现最佳的调节，从而会降低损坏时间，带来更多的经济效益。

第三章中央空调控制系统的硬件设计

3.1变频器的原理

基于PLC的中央空调控制系统硬件包含变频器、PLC、温度变送器和人机界面。各个硬件都可以实现各自的功能。各部分功能如下：

1.变频器：为了调速，并降低启动电流；

2.PLC：PLC作为控制单元，是整个系统的控制核心，PLC控制器通过温度传感器和内存控制器，根据室内温度，换热控制速度，来控制变频器的频率，控制电机转速，调节水分含量，节约能源的目的；

3.温度变送器：采用热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、电压电流转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20mA电流信号输出[13]；

4.人机界面：人机界面又称用户界面或使用者界面，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。

变频器原理是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。通过对变频器性能及实现的功能的对比，故采用西门子MM440变频器。

3.2西门子MM440变频器

西门子MM440变频器运行的环境条件：

1.变频器要求的环境温度都是0～40度，这个温度比较适合变频器正常运行； 2.空气的相对湿度≤95%，无凝露；

3.不允许变频器经常受到撞击，也不允许把变频器装在过多遭受震动的位置； 4.不允许把变频器装在距离电磁辐射源较近的位置。

3.3PLC选型

3.3.1PLC简介

PLC控制系统，既可编程逻辑控制器，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[14]。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程

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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，是工业控制的核心部分。自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用[15]。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。

3.3.2PLC控制功能的选择

PLC控制功能的选择包括运算控制功能、通信编程功能、诊断功能和处理速度等特性。

1.运算控制功能

可编程逻辑控制器包括逻辑运算功能，定时和计数功能，还包括数据转换、比较操作函数和更复杂的算术与代数操作功能，数据传输，可以实现可编程序逻辑控制器、PID算法和其他先进计算函数的仿真。控制功能包括：PID控制、前馈补偿控制[16]。

2.通信编程功能

大中型可编程序逻辑控制器系统应该支持多种现场总线和标准通信协议(TCP/IP等)，通信协议应符合ISO/IEEE沟通，应该是一个开放的通信网络。PLC通信总线包括接口设备和电缆，应符合国际标准总线通信，通信距离应根据实际需求来设定，编程包括离线编程和在线编程两种方式。

3.诊断功能

可诊断出问题所在，并较快解决。 4.处理速度

目前，可编程逻辑控制器接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.2～0.4ms。理论联系实际的同时，也为便于今后对系统的进一步改造或者提升，所以需要留出一定的I/O口以做扩展使用。故选用的是西门子S7-200PLC作为主控制器，其主机型号为CPU226。

3.4系统电路连接

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