上，我国自行研制的智能控制系统相比于国外先进技术都会出现不稳定，鲁棒性差的特点。因此，我国在此领域还需做出进一步的努力。

1.3 研究内容与方法

本文在分析和综合了中央空调的控制特点和PLC(可编程逻辑控制器)工作特点及PID控制特点的基础上，结合对大连某铁路医院AP4中央空调控制系统具体实例的研究，在本文中对中央空调冷冻水阀门、空调送风机转速采用传统PID控制，对冬季空调加热器采取顺序启动的互锁控制，编辑了主空调机系统的PLC程序，并运用WinCC flexible软件进行了组态设计，最终完成了中央空调控制系统的设计。 研究工作的具体内容如下：

（1）对中央空调各系统工作原理进行了分析。 （2）对选取的硬件做了具体介绍及技术规格说明。

（3）采用STEP7-microwin32 V4.0编程软件设计了中央空调控制系统控制程序。 （4）采用西门子SMART700触摸屏作为人机界面，用WinCC flexible软件对系统进行了组态。

第二章 中央空调控制系统基本原理

2.1 中央空调原理与结构

2.1.1 空调制冷与制热原理

空调运用液化气体制冷的方式进行制冷，其运用的主要制冷制热原理是液体汽化吸热和冷凝放热效应。当制冷剂处于一密闭容器中时，液体和蒸汽会在某一压力下达到平衡，此时为饱和状态，液体不会汽化。如果此时把抽走密闭容器中的蒸汽，势必

会打破这一平衡，液体会继续汽化以达到新的平衡。液体汽化是需要吸收能量的，此过程中吸收的热量叫做汽化潜热，液体吸收热量的来源就会被冷却。在此的过程中，此时蒸汽压力对应的是常温下的饱和压力

【10】

。

空调制热的过程为制冷过程的逆过程，从压缩机出来的高温气体经过散热过程变成常温高压的液体，同时将热量散发出去进行制热。高压常温的液体经过膨胀节流阀进入蒸发器蒸发，从冷源吸热，变成低压的蒸汽被压缩机吸入完成整个循环。在这个循环过程中，制冷剂不断地通过散热器将从冷源和压缩机吸收的热量释放出去进行制热。但是，这一过程的效率十分低下，所以往往在空调主机中内设电加热器进行制热，简化了空调结构且制热效率较高。

空调制冷系统，主要是由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流膨胀阀四个基本部件组成。他们形成一个密闭的系统，在整个系统当中，不断流动的制冷剂相当于循环系统的血液，起着交换热量的作用；压缩机相当于系统的心脏，不断地从蒸发器中吸入气体并进行压缩将高压的气体泵出，推动这整个循环的进行；冷凝器起着降温的作用，将高压气体的温度降低使其冷凝成高压的液体；节流膨胀阀对制冷剂起着降压的作用，同时通过开度大小调控着制冷剂进入蒸发器的流量，进而调节制冷效果强弱；蒸发器是输送制冷量的装置，可以将冷源的热量吸收到系统当中。

2.1.2 中央空调结构介绍

在生产生活中，中央空调系统由于体积大，工作负荷也大，因而无法像家用小型空调一样直接采用冷凝器空气流通散热。一般建筑的的中央空调系统都采用冷却塔散热的方式，冷却塔通过淋喷的方式将冷却水中的热量释放到大气中，被冷却的冷却水再对中央空调冷凝器进行冷凝，散热效果较好。因此，大型建筑空调系统除空调主机房外还需增加冷却水循环的泵房。在大型空调系统中，中央空调蒸发器一般不直接与表冷器接触，往往对冷冻水进行制冷，冷冻水再经过表冷器或风机盘管对送风空气进

行制冷，可以通过调节冷冻水节流阀限制进入风机盘管的冷冻水流量，进而调节制冷量。具体结构如图2-1所示。

2-1 中央空调系统结构图

2.2 同步电动机工作原理

同步电机是一种常用的交流电机。它具有转子转速不变的特点，频率与转速之间的关系式为：n=ns=60fp，f为电网频率，p是电机的极对数，ns称为同步转速，因为不像异步电动机一样存在转差率所以被称为同步电机。当电网频率不变时，同步电机的转速也不变，与负荷的大小并没有关系，这点与异步电动机不同，而异步电动机的转速和负荷是有关系的，按照转差率的的大小具有不同的工作转矩转子磁场与合成磁场模型如图2-2所示。

【11】

。同步电机

2-2 同步电动机磁场模型

同步电动机可以作为同步补偿机使用，这是因为它的功率因数是可调节的，通过调节励磁电流的大小进而改变功角，处于正常励磁状态的功角为0，处于过励状态时，电流会超前电压，处于欠励状态时，电压会超前电流，生产中常常把处于过励状态的同步电动机接到电网上示。

【12】

。同步电动机励磁电流与定子电流的V形曲线如图2-3所

2-3 同步电机V形图