毕 业 设 计 [论 文]
题 目： 某大型厂房空调系统设计 学 院： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 吴 亮 月 学 号： 091409148
指导老师： 周 焱
完成时间： 2013年5月28日
摘 要
本文从该厂房安装空调自控系统的必要性出发，分析了厂房所在地的天气温度特点，结合设计施工过程中的基本需求，从多种型式中选取了最适合本厂房的各个硬件系统部分。
详细介绍了系统的硬件部分—空调系统的基本组成和作用，如空调风系统、空气处理系统、变频控制系统等重要组成部分。介绍完硬件系统开始详细描述软件部分，主要是为满足中央空调控制要求而编写的PLC 程序及对一些相关变频参数的设置。
在设计过程中使用例图对风系统进行面向对象的具体分析; 在设计和实现阶段使用类图、截图对各个系统结构、模块间关系予以描述。。由于对电机实现了软起动，大大降低了起动电流，避免了对电机和电网的冲击。同时系统还设计了报警和保护功能，使中央空调在发生异常时，能够自动报警和停机保护。
关键词：空调系统，风系统，PLC ，自动控制
ABSTRACT
In this paper, based on the necessity to install air conditioning automatic control system of the factory, the temperature characteristics of the weather that the factory locate is analyzed, and combined the basic needs of the design in the rocess of construction, choosed the most suitable part of every hardware system of the factory from kinds of styles.
Then the hardware parts of the air conditioning automatic control system —he role and the basic components of air conditioner are demonstrated in detail ，such as air conditioning wind systems, air handling systems, frequency control systems and other important components. A detailed description of the software components begins after an introduction to hardware system, MSEA system platform, ADS applications and data services software, and control METASYS system.
Object-oriented function to the wind system and water system is analyzed with the method of using diagrams in the progress of designment; In stage of designment and implementation system structure and relation between modules are represent with method of the class diagrams and screenshots, Achieved due to soft start the motor, Greatly reduce the starting current, Avoid the impact of the motor and power grid. At the same time the system is also designed to alarm and protection, The central air conditioning when an exception occurs, Automatically alarm and shutdown protection.
Key words : air conditioning system, air system, PLC, automatic control
II
目 录
摘 要 ............................................................. I ABSTRACT ........................................................... II
1绪 论 ............................................................. 1
1.1研究背景 ....................................................... 1
1.1.1建筑空调系统节能国外研究现状 ............................... 1
1.1.2建筑空调系统节能国内研究现状 ............................... 2
1.1.3我国建筑空调系统节能研究有待解决的问题 ..................... 2
1.1.4空调系统的设计与建筑节能 ................................... 3
1.1.5中央空调的发展 ............................................. 3
1.1.6无氟空调的发展 ............................................. 4
1.1.7舒适性空调的发展 ........................................... 4
1.1.8 其它空调新技术的发展 ....................................... 4
2器件选择 ........................................................... 5
2.1空气处理方式的比较与选择 ....................................... 5
2.2空调气流组织的比较与选择 ....................................... 8
2.3空气分布器的比较与选择 ......................................... 9
2.4空调水系统的比较与选择 ........................................ 10
3中央空调送风系统整体方案设计 ...................................... 13
3.1系统整体设计思想 .............................................. 13
3.2 系统控制方案的设计与选择 ...................................... 14
3.3 系统设计内容 .................................................. 15
4系统硬件设计 ...................................................... 17
4.1系统组成及各部分的分析选择 .................................... 17
4.1.1 系统组成 .................................................. 17
4.1.2 系统各部分的分析选择 ...................................... 17
4.2 系统电气控制原理图 ............................................ 18
4.2.1 系统主电路图 .............................................. 18
4.2.2 系统控制电路图 ............................................ 20
4.3 PLC 外围接线图 ................................................ 21
4.4 控制系统的I/O地址分配 ........................................ 21
4.5 系统外围接线图 ................................................ 23
5系统软件设计 ...................................................... 24
5.1系统工作过程分析 .............................................. 24
5.2 PLC 程序设计 .................................................. 25
5.2.1 系统运行主程序 ............................................ 26
5.2.2系统运行子程序 ............................................ 31
5.3 MM430参数设置 ................................................ 32
5.3.1 设置参数流程 .............................................. 32
5.3.2 参数设置 .................................................. 32
5.4 系统调试 ...................................................... 34
5.4.1 PLC系统程序调试 .......................................... 34
5.4.2 MM430关键参数的调试 ...................................... 35
6管道保温与系统消声、减震、防火排烟系统设计 ........................ 37
以下主要就水冷机组及其系统水管谈谈保温、防振和消声设计方法。 ....... 37
6.1管道保温 ...................................................... 37
6.2消声 .......................................................... 37
6.3系统减振 ...................................................... 38
6.4防火排烟系统设计 .............................................. 39
结 论 ............................................................. 40
参考文献 ........................................................... 41
致 谢 ............................................................. 42
1绪 论
工业的飞速发展推动了现代化的生产厂房发展，同时对厂房的环境提出了更高的要求，对恒温、恒湿环境的应用和需求也在日益增加。同时近年来能源短缺的现实，已经迫使我们把节能问题提到一个十分重要的位置上来。因此，认清目前存在的问题，高效利用空调系统的能源，采取有效的节能措施，提高经济效益就成为迫切需要解决的问题。
厂房恒温空调控制系统是完成精密制造不可缺少的部分，它是中央空调技术与计算机信息技术、控制技术、传感技术相结合的产物，是信息社会和经济发展的需要。厂房恒温恒湿空调系统目前主要有空调制冷系统、管道系统、自动控制系统三大系统组成，其中自动控制系统是厂房恒温恒湿空调控制系统中最基本和最重要的部分。
一个良好的恒温控制系统不但需要有良好的设备，还必须有优秀的管理。由于该空调系统的自动控制系统比较复杂，设备分散，采用人工操作的方式完成每台空调设备的操作已不可能，所以，该空调控制系统必须具有较高的自动化水平，要求在系统的中央控制室中就能进行和完成所有操作。在中央控制室中的监控计算机上，利用工业控制软件SYMMETRE 作为开发平台，主要可以完成集中操作空调系统的所有设备、关键设备的运行状态和技术参数的集中监控和自动记录、事先根据生产计划设定空调机组的运行计划、对设备的报警和异常情况进行自动记录等。
要保证加工质量，就要保证空调系统能将车间温、湿度在加工期间随时都控制在要求范围内，为了达到最优的控制效果，该空调自动控制系统还引入了模糊控制策略，利用分布在车间各个位置的智能温、湿度传感器采集不同位置的车间温、湿度信息，通过模糊控制器处理后，送入PLC 进行程序处理，控制多台空调机组动作，实时进行调整，使车间内的温、湿度总能处于系统设定的范围内。同时，还可以根据车间温、湿度变化情况，实时控制空调机组的运行，大大减少了能耗，保证系统的安全运行和有效节能。该系统的设计与实现为现代化精密制造的恒温控制与管理提供了新的思路，有效保证了生产制造精度。
1.1研究背景
1.1.1建筑空调系统节能国外研究现状
能源是整个经济系统的基本组成部份，作为一个能源消耗大国，美国在节能和提高能源利用率方面投入了大量的人力、物力。在美国的整个能源消耗中，有约
1/3以上消耗在建筑能耗上，这些能耗用来满足人们的热舒适、空气品质提高人们的生活质量。美国暖通空调制冷工程师协会、美国制冷协会、美国冷却塔协会等组织、美国能源部以及众多暖通空调设备生产厂家如York, Carrier等都为建筑节能做出了很大贡献。特别是美国制冷设备生产厂商投入了大量的资源研究高性能冷水机组，使得冷水机组单位制冷量的能耗仅为20世纪70年代的62.3%。美国在空调冷源水系统方面的研究也卓有成效，在冷却水系统方面着重于降低冷却水流量，以达到减少冷却水泵能耗的目的。日本是一个资源贫困的国家，其主要能源来自进口，同时又是一个能源高消费国家。因此，节能和提高能源的利用率对日本来讲有着重要的意义。长期以来，在建筑节能方面，日本做了大量工作，颁布了许多节能法规，提出了建筑节能的评价方法。日本的一些设备生产厂家对空调和制冷设备的投入也很大。Daikin 公司首推的变频VRV 系统，为中小型建筑安装集中式空调系统创造了条件；Sany 公司则在直燃式冷水机组上成绩卓著。世界各国大力发展可再生能源作为空调冷热源用能。地源热泵供暖空调是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的工程系统。在美国地源热泵系统占整个空调系统的20%左右; 瑞士40%的热泵为地源热泵，瑞典65%的热泵为地源热泵。
1.1.2建筑空调系统节能国内研究现状
我国是一个人均资源相对贫乏的国家，因此节能降耗有着十分重要的意义。近年来，由于国民经济的快速发展，使我国的能源显得越来越紧张。
随着经济建设的不断深入和人们生活水平的不断提高，空调建筑物越来越多，建筑物消耗的能量也越来越大，甚至出现了空调系统与经济建设争抢电力资源的情况。因此，在建筑物节能显得十分迫切。在我国建筑总能耗中，空调系统的能耗占有相当大的比重，因此研究探讨空调系统的节能就显得十分重要。在建筑物空调系统运行能耗中，冷源系统的能耗是最大的。近年来，我国暖通空调学术界和工程界在空调冷源系统的节能方面做了大量的研究工作。研究工作主要集中在冷源系统的形式选择上，对压缩式冷水机组和吸收式冷水机组的技术经济比较研究较多，通过对众多方案的分析已经基本达成共识：吸收式冷水机组节电而不节能，对其在我国的应用应区别对待，对于有余热可以利用的地区，应大力提倡使用吸收式冷水机组，而一般建筑物则应采用蒸汽压缩式制冷。当然，在进行冷热源系统的选择时，还要考虑建筑物所在地的气象条件、电力供应状况、能源情况、空调系统有无采用余热回收的可能性等方面的问题。
1.1.3我国建筑空调系统节能研究有待解决的问题
通过对一些地区空调系统的调查发现，设计人员在涉及选用冷水机组时多考虑其额定工况下的全负荷性能，而对其部分负荷性能的考虑较少。在风冷式冷水机
组和水冷式冷水机组的选择应用上我国制冷工程界也存在着认识上的差异。我国在冷源水系统方面的研究目前较少，一般都是按冷水机组的样本提供的冷却水量和冷冻水量进行冷却水泵和冷冻水泵的选择。对于水系统的水泵是否运行节能则关注不多。事实上，对于冷水机组的运行而言，冷凝器和蒸发器都要求定流量，因此，对于冷水机组部分负荷状态运行时，水泵的输出都是全负荷输出，水系统的全年运行能耗是相当大的。因此水系统的节能具有很大的潜力。
1.1.4空调系统的设计与建筑节能
空调制冷技术的诞生是建筑技术史一项重大进步，它标志着人类从被动适应宏观自然气候发展到主动控制建筑微气候，在改造和征服自然的过程的又迈出了坚实的一步。但是对空调的依赖也逐渐成为建筑能耗增长的最主要的原因。制冷空调系统的出现为人们创造了舒适的空调环境，但20世纪70年代的全球能源危机，使制冷空调系统这一能源消耗大户面临严重考验，节能降耗成为空调系统设计的关键环节。据统计，我国建筑能耗约占全国总能能耗的35%，空调能耗又约占建筑能耗的50%～60%左右。由此可见，暖通空调能耗占总能耗的比例可高达22.75%。因此，建筑中的空调系统节能已成为节能领域中的一个重点和热点。于是降低空调能耗也被纳于建筑节能的任务中，如何更好的利用现在的空调技术服务人类同时又能满足建筑能耗的要求，是现阶段专业技术人员的工作要点。而暖通空调设计方案的好坏直接影响着建筑环境的质量和节能状况。随着科学技术的迅速发展以及对节能和环保要求的不断提高，暖通空调领域中新的设计方案大量涌现，针对同一个设计项目，往往可以有很多不同的设计方案可供选择，设计人员要进行大量的方案比较和优选工作，设计方案技术经济性比较正在成为影响暖通空调设计质量和效率的一项重要工作。如何对暖通空调设计方案进行科学的比较和优选，是暖通空调设计人员在实际设计工作中经常遇到的一个重要技术难题。
1.1.5中央空调的发展
中央空调是目前空调消费的流行趋势。它与一般空调比，有着高性能运转、舒适静音、节能环保、能耗低的显著特点，它的出现改善了人们的生活质量。我国作为中央空调强国，从20世纪80年代初开始到现在，中央空调已占其空调市场的40％左右。中央空调在我国发展速度相当快，不到8年时间就达到与美国先进水平同步。进入2000年，国内企业尤其是远大科技集团将吸收式空调技术与PAM 控制技术结合应用，使空调完全进入中央空调的最高领域。它不仅使中央空调系统的优越性能充分发挥，更能利用吸收式空调的特点，准确提高能效，达到节能51％的目的。
1.1.6无氟空调的发展
臭氧层破坏是当前全球面临的重大的环境问题之一，由于以前空调业所采用的传统制冷剂对臭氧层有破坏作用及产生温室效应，对大气造成破坏，因而无氟空调是众所期待的产品。近年来以吸收式中央空调为代表的无氟空调的出现，标志着无氟空调时代的来临。
1.1.7舒适性空调的发展
健康是空调业发展的主题之一。以前的空调采用了多种健康技术，如负离子、离子集尘、多元光触媒等，这些技术的运用使空调产品的健康性能得到了极大提升。海尔空调把负离子、离子集尘、多元光触媒、双向换新风、健康除湿等领先技术在内的高科技手段组合起来使用，发挥了巨大的威力，而未来空调进步的一个方向也就是对各种技术的灵活使用。
1.1.8 其它空调新技术的发展
①HEPA 酶技术
HEPA酶杀菌技术，对于0.3微米以上的粉尘吸附率可达99.9 ％，对结核菌、大肠菌等有害细菌具有高效杀菌能力，对霉菌的生长也有很强的抑制作用。 ②冷触媒技术
冷触媒这一技术采用日本专利，是一种低温低吸附的材料，根据吸附--催化原理，在常温下就能对甲醛等有害物质边吸附边分解成二氧化碳和水，这种触媒不需要再生，不需更换，使用寿命长达十年以上。
③体感温度控制技术
智能装在遥控器上的感温元件，感知室内人们活动范围的温度，并将信息发射到主机接收器上，使主机随时调整运行状态，实现真正的体感温度控制自动化。 ④人感控制技术
人感控制技术利用双红外感应器控测人的方位，自动调节送风方向（左送风、中送风、右送风或全方位送风），风随人行。
⑤PTC 电辅助加热技术
PTC电辅助加热技术，可在超低温条件下迅速制热，效力强劲，安全可靠，可长期使用。
2器件选择
本设计为纺织厂厂房空调系统的设计，系统的选定应注意档次和安全的要求。本课题拟设定占地面积约为4000平方米，建筑面积为10000平方米。共分为两层，第一层为生产车间，第二层主要是中央控制室和办公室。屋顶有风机和冷却塔。在前期的需求分析过程中，设定此厂房对生产车间内温湿度的控制要求较高，温度的控制范围在±2.0C ，相对湿度控制范围在±5%。在研究过程中对课题进行了反复论证后，确定将模糊控制技术引入到中央空调控制系统中，使系统具有模糊控制灵活、适应性强的特点，且较之传统PID 控制，减少震荡，从而达到节能目的。
本建筑物为非高层建筑，建筑物各区域均有外窗自然采光和室外遮阳设备。
2.1空气处理方式的比较与选择
空调系统的分类方式很多，根据空调冷热源的布置，冷媒输送方式及空气处理过程的特点，概括性地说空调系统一般有三种形式，即集中式空调系统、半集中式空调系统、分散式空调系统。对空调系统的选择，《采暖通风与空气调节设计规范》（GBG19－87）规定了选择空调系统的总原则和要求：
①选择空调系统时，应根据建筑物的用途、规模、使用特点、室外气象条件、负荷变化情况和参数要求等因素，通过技术经济比较确定。这样就可在满足要求的前提下，尽量做到投资省、系统运行经济和能耗小。
②对集中式空调系统，要求一般宜用单风管式的空调系统，当房间负荷变化较大，采用变风量系统能满足要求时，不宜采用定风量再热的定风量再热式系统，不过普通舒适性空调对空调精度无严格的要求，目前仍较多采用无再热的定风量集中式系统。仅作为夏季降温用的系统，不应采用二次回风系统。
③空调面积较小的房间，或建筑物中仅个别房间有空调要求的情况，宜采用分散式空调系统。对空气调节房间较多，且各房间空调要求不一的建筑物，条件 许可时，宜采用四管制或双风道变风量空调系统。
④面积很大的空调房间，或者室内空气设计状态相同、热湿比和使用时间也大致相同，且不要求单独调节的多个空调房间，通常多采用单风管、低速、一次回风、无再热的定风量集中式空调系统。这种系统现在在我国民用建筑舒适性中央空调中采用最多。
分别以定风量全空气系统，风机盘管+新风系统和单元式空调机，作为集中式空调、半集中式空调和分散式空调系统的代表，比较其特征和适用性，见下表2.1：
表2.1 空气处理方式的比较表
根据以上各系统的特征及优缺点，结合本厂房情况，本设计空调风系统选择集中式系统，因为此厂房对生产厂房室内温湿度的控制要求较高，温度的控制范围在±2.0 ℃，相对湿度控制范围在±5%，只有集中式空调系统可以严格地控制室内温度和室内相对湿度，而且本建筑共分为两层，第一层为生产车间，第二层主要是中央控制室和办公室。集中式系统使用寿命长，而且本建筑面积大，可布置风道，室内温度精确，还能满足洁净度要求严格的生产车间等室内空气清洁度要求不同的需求。
2.2空调气流组织的比较与选择
所谓气流组织，就是指如何送入空调房间内的空气，使其在室内合理的流动和分配。空调房间的温度场和速度场的均匀与气流组织的合理与否有着密切的关系，气流组织的好坏直接影响到要保证的区域温差和气流速度的规定值及洁净房间内空气洁净度。目前对于一般性舒适性空调来说送风口一般采用侧送风或散流器上平送风。
根据以下对气流组织的分析及比较，在本设计中空调房间均采用散流器上部平送，下部回风的气流组织方式。 气流组织的基本要求：
表2.2 空调气流组织的基本要求：选择散流器送风
根据以上各系统的特征及优缺点，结合本厂房情况，本设计空调送风采用上送下回。从送风口的布置把风口设于顶棚或侧墙的房间上部，把回风口设于地板或侧墙的房间下部，即可形成上送下回的空气分布方式，一般来说全年中以冬季送热风为主且建筑的楼层较高的舒适型空调系统中，此外再有恒温要求和洁净度要求的公益性空调中也可以采用这种方式，本建筑共分为两层，第一层为生产车间，第二层主要是中央控制室和办公室，考虑建筑层对恒温和洁净度有较高的要求，因此适合选用上送下回的送风方式。
2.3空气分布器的比较与选择
送风气流组织包括送风形式及空气分布器的类型，这里只对上述两种的空气布
类型进行比较，如表2.4。
表2.4常见空气分布器的型式、特征及适用范围
根据以上各分布器的特征及优缺点本系统设计选用双层百叶风口，它由两层叶片组成，分别是里层的固定叶片和外层的可调节叶片，同样作为侧送风口，双层百叶风口的空气流动性能比单层百叶风口要好，故它在精度要求较高的的工艺空调中被采用，另外在公共建筑的舒适型空调。含出风口的风机盘管组合独立新风系统中也经常被才用，本建筑采用的是风机盘管加新风的系统，且对精度要求高，因此选用双层百叶风口。
2.4空调水系统的比较与选择
空调水系统包括冷水系统和冷却水系统两个部分，它们有不同类型可供选择。详见下表2.5。
根据各系统的特征及优缺点，结合本厂房情况，本设计空调水系统选择闭式、
同程、双管制、单式泵系统，这样布置的优点是在满足厂房生产区温度湿度要求的前提下便于系统的调节，节约能源。
本系统设计采用双管制供应冷冻水，具有结构简单，初期投资小等特点。同时考虑到节能与管道内清洁等问题，可以采用闭式系统，不与大气相接触，仅在系统最高点设置膨胀水箱，管路不易产生污垢和腐蚀，不需要克服系统静水压头，水泵耗电较小。
由于设计属于两层建筑，因此可以采用同程式水系统，此系统除了供回水管路外，还有一根同程管，由于各并联环路的管路总长度基本相同，各用户盘管的水阻力大致相等，所以系统的水力稳定性好，流量分配均匀，且此系统属于垂直同程系统。
12
3中央空调送风系统整体方案设计
3.1系统整体设计思想
该设计以纺织厂厂房为设计背景，厂房空气调节的作用大体可分为二个：其一、满足车间生产工艺所适合的温度、湿度条件；其二、保证生产工人拥有一个良好、健康的工作环境，这两点具有同等的重要性。为了保证整个车间的温、湿度控制质量，首先需要一个总控开关按照一定控制要求来启动和关闭中央空调系统，利用中央空调系统内部安装的传感器，随时检测车间的温、湿度状况，而后将信号送给控制机构，控制的对象就是几台风机，风机启动之后，通过一个阀门根据需要来决定给车间送风，也就是使系统由局部送风来满足车间工作要求，或使整个车间按照舒适性空调的要求进行全面送风，同时根据需风量的大小，利用变频技术使局部送风在恒压状态下进行。在用风量小的情况下，如果一台风机连续运行超过一定工作时间，则按照控制要求自动切换到下一台风机，即系统具有“风机转换功能”，避免因一台风机工作时间过长，降低生产效率和影响风机工作寿命。同时，系统启动时采用软启动来提高系统性能，在应急或检修时，系统配备手动控制功能，最后，为了保证系统安全、顺利的工作，还需设置完善的报警功能。 基于以上的设计思想，中央空调恒压送风系统原理图如图3-1所示。
总控
图3-1 中央空调恒压送风系统原理图
在该系统设计中，采用了1#、2#、3#三台风机，首先由总控来控制电磁阀YV1, 根据需求启动和关闭中央空调, 平时电磁阀YV2处于失电状态，也就是关闭局部送风阀。中央空调的局部送风或全面送风，由传感器将检测到的信号（采用人工模拟实现）直接送给控制机构，来选择正确的送风方式。局部送风和全面送风共用1#、2#、3#三台风机，一般情况下，三台风机根据全面送风的需求多少，利用变频器按一定的控制逻辑运行，使全面送风在恒压状态下进行。此时处在运行中的
织机，当传感器检测到其湿度不足时，电磁阀YV2得电，此时关闭全面送风阀，打开局部送风阀，1#、2#、3#风机开始提供局部送风，以此来满足织机的湿度需求，并根据需风量的大小，利用变频器使局部送风也在恒压状态下进行。系统经过一段时间的工作，织机湿度合适后，三台风机再次转换为全面送风使用。
3.2 系统控制方案的设计与选择
长时间以来，自动控制系统存在着多种控制方式，比如继电接触器控制方式、逻辑电子电路控制方式、单片机控制方式、可编程序控制器(PLC)控制方式等四种主要的控制方式。其特点分别如下： ①继电接触器控制的特点
该控制电路硬件接线多，体积大，连线复杂，修改困难。触点开、闭速度为几十毫秒，难以实现对控制执行速度要求高的场合，而且容易出现触点抖动。时间继电器在限时控制方面，精度不高，易受环境影响。系统设计、施工、调试周期长，可靠性与可维护性差，寿命短。因价格低廉，该系统可用于要求不高的控制场合。
②逻辑电子电路控制的特点
该控制电路往往采用一台电机固定于变频状态，其余电机均为工频状态的方式，难以实现电机机组全部软启动、全流量变频调节，控制精度较低，工频启动时有冲击，抗干扰能力较弱。 ③单片机控制的特点
尽管单片机控制优于逻辑控制，但在对不同管网调试麻烦，扩展功能时往往要对主电路进行修改，不够灵活方便。 ④可编程序控制器控制的特点
PLC (Programmable Logic Controller) 是一种面向生产过程控制的数字电子装置，它使用了可编程序的存贮器以存贮指令，用以执行诸如逻辑、顺序、定时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟的输入、输出接口控制机械或生产过程。这种控制电路跟踪快、控制精度高、抗干扰能力强、扩展功能灵活方便，可实现恒压 (或变压) 全流量变频调节，具有稳定性好、高效节能、调试方便等显著优点。
鉴于以上四种方案的特点比较，故该设计采用可编程序控制器控制方式。在硬件设计上，只需确定PLC 的硬件配置和I/O的外部接线，不需要诸如继电器之类的固体电子器件和大量繁杂的硬接线电路。当控制要求改变，需要变更控制系统的功能时，只要改变存贮器中的控制程序即可。PLC 的输入、输出可直接与交流220V 、直流24V 等强电相连，并有较强的带载能力, PLC抗干扰能力强、可靠性
高。在PLC 的电源电路和 I/O接口中，还设置了多种滤波电路，以抑制高频干扰信号。软件上，PLC 设置了故障检测及自诊断程序，用来检测系统硬件是否正常，程序是否正确，便于自动地做出相应的处理，如报警、封锁输出、保护数据等。通过计算机或编程器可以方便的对PLC 控制程序进行写入、读出、检测、修改等; 还可对PLC 的工作进行监控，使PLC 的操作及维护变得容易。PLC 还具有很强的自诊断能力，能随时检查出自身的故障，并显示给操作人员，使操作人员能迅速检查、判断故障原因。由于用软件编程取代了继电器硬接线，实现控制，使得工作量大为减少，缩短了施工周期。
该系统主要的设计任务就是利用恒压控制单元使一台变频器同时控制多台风机，或者循环控制多台风机，实现送风的恒定和风机的软起动，以及风机的工频与变频的切换，同时还要能对运行数据进行传输。根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，该设计决定采用“PLC+变频器+传感器”的核心控制模式。 该控制方式灵活方便，具有良好的通信接口，可以方便地与其他的系统进行数据交换，而且由于PLC 产品的系列化和模块化，所以可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。同时由于PLC 的抗干扰能力强、可靠性高，因此该系统能适用于各类不同要求的恒压送风场合，并且与送风机组的容量大小无关。该控制方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点，又能达到系统稳定性及控制精度的要求。
3.3 系统设计内容
由上一节选择、设计的系统方案，可以看出该设计实质上就是PLC 与变频器及传感器的一个应用系统，所以系统的设计主要包括硬件设计、软件设计两部分，具体设计内容有： ①硬件设计
要进行硬件的设计，首先要正确选取硬件的组成部分，硬件选择主要是对变频器、风机机组、传感器、控制柜及操作台、PLC 及扩展模块的选择。由于该系统应用了PLC, 这里需要对控制系统的I/O及地址分配做一定的工作，除此之外，系统还对主电路、控制电路及变频调速电路作了具体的设计。 ②软件设计
应用软件是根据指令系统及系统功能的要求进行的，因此，选择的指令系统，其功能好坏对应用系统软件设计影响很大。该系统软件设计，主要是为配合硬件控制要求编写的PLC 程序及一些相关变频参数的设置。当接下来调试系统时，也主要是对系统中的PLC 程序及变频器关键参数进行一番调试。
为了直观的体现该系统的方案设计，和进一步检验设计的正确性，系统借助自
动化系MM430变频器实验室已有的控制设备，从实际应用的角度，在正确连接控制线路的基础上，通过PLC 编程和MM430参数设置，简单的模拟了一下该系统基本的主要控制功能。
4系统硬件设计
4.1系统组成及各部分的分析选择
4.1.1 系统组成
系统所需的主要硬件有: 软启动器、变频器、风机机组、传感器、PLC 及扩展模块、控制柜及操作台等。其组成框图如图4-1所示。
图4-1 系统硬件组成
4.1.2 系统各部分的分析选择
①PLC
PLC 是整个变频恒压送风控制系统的核心，它要完成对系统中所有输入信号的采集、所有输出单元的控制、恒压的实现以及对外的数据交换。
西门子S7-200 PLC 系统是紧凑型可编程序控制器。系统的硬件构架由丰富的CPU 模块和扩展模块组成，它能够满足各种设备的自动化控制需求。S7-200 除具有PLC 基本的控制功能外, 更在以下方面有独到之处: 1)功能强大的指令集;2) 丰富而强大的通讯功能;3) 编程软件的易用性。
CPU 226，24点输入，16点输出，DC24V ，集成了以下丰富的内置功能：1）高速记速器输入;2）短暂脉冲捕捉功能;3) 高速脉冲输出;4)I/O硬件中断事件;5)PID 控制，PID 自整定功能;6) 支持多种工艺配方;7) 数据记录（归档）。
选择PLC 时，考虑到了西门子PLC S7-200的指令执行速度、指令丰富程度、内存空间、通讯接口及协议、带扩展模块的能力和编程软件方便等多方面因素。所以, 系统选用了西门子PLC S7-200作为中央空调送风系统的程序控制平台。
②变频器和风机机组
变频器和风机机组作为系统的执行机构，完成系统对外的送风量输送。风机是输出环节，变频器是对风机进行转速控制的单元，变频器根据传感器送来的控制信号改变风机的运行频率，从而完成对风机的转速控制。
MM430为水泵和风机的专用型变频器，功率为7.5kw ～250kw ，三相交流电源（380v ～480v ），内置PID 控制器，具有6个数字输入，2个模拟输入，1个用于电动机过热保护的PTC/KTV输入；2个模拟输出，3个继电器输出，是 S7-200自动化系统的理想配套设备；从7.5kw 至250kw 的变频器都具有统一的控制方法和I/O界面。
MM430调速系统的电机使用了专用于变频调速的进口西门子三相异步电动机，250kW ，4极380V 进线。
③传感器
传感器直接对系统中的各种信号进行采集，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构 (即风机) 进行控制。该设计主要是将织机湿度信号变成模拟量信号。
在运行过程中，当传感器出现故障时，系统有可能开启所有的风机，而此时的用风量又达不到，出现这样的情况时，关闭所有风机并进行报警。
④软启动器
当系统采用手动或变频固定方式运行时，如果电机的功率较大，不允许直接启动时，需采用软启动器进行降压启动。在选择软启动器时，注意了与电机的额定功率、额定电流相匹配。当系统的自动部分出现问题时，而此时的送风又不能中断, 因此手动启动是系统不可缺少的组成部分。
⑤控制柜及操作台
控制柜内装有空气开关、交流接触器、快速熔断器、三相进线电抗器、MM430变频器、出线电抗器、S7—200PLC 等主器件，柜门装有运行指示灯、显示仪表等。操作台上需装有各种指示灯、按钮、电压表，电流表，频率显示仪表等，便于观察和记录。计算机内安装MM430变频器调试软件和S7—200PLC 编程软件。
⑥报警装置
作为一个控制系统，报警是必不可少的重要组成部分。由于该系统能适用于不同的送风领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行，防止因电机过载、变频器报警、电网过大波动等故障，因此系统必须要对各种报警量进行监测，由PLC 判断报警类别，进行显示和保护动作控制，以免造成不必要的损失。
以上就是对系统所需设备的简单分析及选择，这项工作正确合理与否关系着整个系统的工作性能和状态。
4.2 系统电气控制原理图
4.2.1 系统主电路图
图4-2所示为电气控制系统主电路图。三台风机分别为M1、M2、M3。接触器
KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行；接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行；FR1、FR2、FR3分别为三台风机过载保护用的热继电器；QS1、QS2、QS3、QS4分别为变频器和三台风机主电路的隔离开关；FU1为主电路的熔断器，VVVF 为西门子MM430变频器。
在QS1、QS2、QS3、QS4隔离开关闭合的情况下，若KM1得电吸合，风机M1起动，执行全面送风，当需局部送风，变频运行时，KM2得电闭合，同时断开KM1，风机M1执行变频调速的局部送风。同理，风机M2、M3在系统需要时，按照要求起停。
N 图4-2 系统主电路图
4.2.2 系统控制电路图
图4-3所示为电气控制系统控制电路。图中SA 为手动/自动转换开关，SA 打在1的位置为手动控制状态；打在2的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮SB1—SB8控制三台风机的启/停和电磁阀YV2的通/断；自动运行时，系统在PLC 程序控制下运行。
图4-3的HL10为自动运行状态电源指示灯，Q1.0—Q1.7为PLC 的输出继电器，旁边的4、6、8等数字为接线编号。
图4-3 系统控制电路图
毕 业 设 计 [论 文]
题 目： 某大型厂房空调系统设计 学 院： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 吴 亮 月 学 号： 091409148
指导老师： 周 焱
完成时间： 2013年5月28日
摘 要
本文从该厂房安装空调自控系统的必要性出发，分析了厂房所在地的天气温度特点，结合设计施工过程中的基本需求，从多种型式中选取了最适合本厂房的各个硬件系统部分。
详细介绍了系统的硬件部分—空调系统的基本组成和作用，如空调风系统、空气处理系统、变频控制系统等重要组成部分。介绍完硬件系统开始详细描述软件部分，主要是为满足中央空调控制要求而编写的PLC 程序及对一些相关变频参数的设置。
在设计过程中使用例图对风系统进行面向对象的具体分析; 在设计和实现阶段使用类图、截图对各个系统结构、模块间关系予以描述。。由于对电机实现了软起动，大大降低了起动电流，避免了对电机和电网的冲击。同时系统还设计了报警和保护功能，使中央空调在发生异常时，能够自动报警和停机保护。
关键词：空调系统，风系统，PLC ，自动控制
ABSTRACT
In this paper, based on the necessity to install air conditioning automatic control system of the factory, the temperature characteristics of the weather that the factory locate is analyzed, and combined the basic needs of the design in the rocess of construction, choosed the most suitable part of every hardware system of the factory from kinds of styles.
Then the hardware parts of the air conditioning automatic control system —he role and the basic components of air conditioner are demonstrated in detail ，such as air conditioning wind systems, air handling systems, frequency control systems and other important components. A detailed description of the software components begins after an introduction to hardware system, MSEA system platform, ADS applications and data services software, and control METASYS system.
Object-oriented function to the wind system and water system is analyzed with the method of using diagrams in the progress of designment; In stage of designment and implementation system structure and relation between modules are represent with method of the class diagrams and screenshots, Achieved due to soft start the motor, Greatly reduce the starting current, Avoid the impact of the motor and power grid. At the same time the system is also designed to alarm and protection, The central air conditioning when an exception occurs, Automatically alarm and shutdown protection.
Key words : air conditioning system, air system, PLC, automatic control
II
目 录
摘 要 ............................................................. I ABSTRACT ........................................................... II
1绪 论 ............................................................. 1
1.1研究背景 ....................................................... 1
1.1.1建筑空调系统节能国外研究现状 ............................... 1
1.1.2建筑空调系统节能国内研究现状 ............................... 2
1.1.3我国建筑空调系统节能研究有待解决的问题 ..................... 2
1.1.4空调系统的设计与建筑节能 ................................... 3
1.1.5中央空调的发展 ............................................. 3
1.1.6无氟空调的发展 ............................................. 4
1.1.7舒适性空调的发展 ........................................... 4
1.1.8 其它空调新技术的发展 ....................................... 4
2器件选择 ........................................................... 5
2.1空气处理方式的比较与选择 ....................................... 5
2.2空调气流组织的比较与选择 ....................................... 8
2.3空气分布器的比较与选择 ......................................... 9
2.4空调水系统的比较与选择 ........................................ 10
3中央空调送风系统整体方案设计 ...................................... 13
3.1系统整体设计思想 .............................................. 13
3.2 系统控制方案的设计与选择 ...................................... 14
3.3 系统设计内容 .................................................. 15
4系统硬件设计 ...................................................... 17
4.1系统组成及各部分的分析选择 .................................... 17
4.1.1 系统组成 .................................................. 17
4.1.2 系统各部分的分析选择 ...................................... 17
4.2 系统电气控制原理图 ............................................ 18
4.2.1 系统主电路图 .............................................. 18
4.2.2 系统控制电路图 ............................................ 20
4.3 PLC 外围接线图 ................................................ 21
4.4 控制系统的I/O地址分配 ........................................ 21
4.5 系统外围接线图 ................................................ 23
5系统软件设计 ...................................................... 24
5.1系统工作过程分析 .............................................. 24
5.2 PLC 程序设计 .................................................. 25
5.2.1 系统运行主程序 ............................................ 26
5.2.2系统运行子程序 ............................................ 31
5.3 MM430参数设置 ................................................ 32
5.3.1 设置参数流程 .............................................. 32
5.3.2 参数设置 .................................................. 32
5.4 系统调试 ...................................................... 34
5.4.1 PLC系统程序调试 .......................................... 34
5.4.2 MM430关键参数的调试 ...................................... 35
6管道保温与系统消声、减震、防火排烟系统设计 ........................ 37
以下主要就水冷机组及其系统水管谈谈保温、防振和消声设计方法。 ....... 37
6.1管道保温 ...................................................... 37
6.2消声 .......................................................... 37
6.3系统减振 ...................................................... 38
6.4防火排烟系统设计 .............................................. 39
结 论 ............................................................. 40
参考文献 ........................................................... 41
致 谢 ............................................................. 42
1绪 论
工业的飞速发展推动了现代化的生产厂房发展，同时对厂房的环境提出了更高的要求，对恒温、恒湿环境的应用和需求也在日益增加。同时近年来能源短缺的现实，已经迫使我们把节能问题提到一个十分重要的位置上来。因此，认清目前存在的问题，高效利用空调系统的能源，采取有效的节能措施，提高经济效益就成为迫切需要解决的问题。
厂房恒温空调控制系统是完成精密制造不可缺少的部分，它是中央空调技术与计算机信息技术、控制技术、传感技术相结合的产物，是信息社会和经济发展的需要。厂房恒温恒湿空调系统目前主要有空调制冷系统、管道系统、自动控制系统三大系统组成，其中自动控制系统是厂房恒温恒湿空调控制系统中最基本和最重要的部分。
一个良好的恒温控制系统不但需要有良好的设备，还必须有优秀的管理。由于该空调系统的自动控制系统比较复杂，设备分散，采用人工操作的方式完成每台空调设备的操作已不可能，所以，该空调控制系统必须具有较高的自动化水平，要求在系统的中央控制室中就能进行和完成所有操作。在中央控制室中的监控计算机上，利用工业控制软件SYMMETRE 作为开发平台，主要可以完成集中操作空调系统的所有设备、关键设备的运行状态和技术参数的集中监控和自动记录、事先根据生产计划设定空调机组的运行计划、对设备的报警和异常情况进行自动记录等。
要保证加工质量，就要保证空调系统能将车间温、湿度在加工期间随时都控制在要求范围内，为了达到最优的控制效果，该空调自动控制系统还引入了模糊控制策略，利用分布在车间各个位置的智能温、湿度传感器采集不同位置的车间温、湿度信息，通过模糊控制器处理后，送入PLC 进行程序处理，控制多台空调机组动作，实时进行调整，使车间内的温、湿度总能处于系统设定的范围内。同时，还可以根据车间温、湿度变化情况，实时控制空调机组的运行，大大减少了能耗，保证系统的安全运行和有效节能。该系统的设计与实现为现代化精密制造的恒温控制与管理提供了新的思路，有效保证了生产制造精度。
1.1研究背景
1.1.1建筑空调系统节能国外研究现状
能源是整个经济系统的基本组成部份，作为一个能源消耗大国，美国在节能和提高能源利用率方面投入了大量的人力、物力。在美国的整个能源消耗中，有约
1/3以上消耗在建筑能耗上，这些能耗用来满足人们的热舒适、空气品质提高人们的生活质量。美国暖通空调制冷工程师协会、美国制冷协会、美国冷却塔协会等组织、美国能源部以及众多暖通空调设备生产厂家如York, Carrier等都为建筑节能做出了很大贡献。特别是美国制冷设备生产厂商投入了大量的资源研究高性能冷水机组，使得冷水机组单位制冷量的能耗仅为20世纪70年代的62.3%。美国在空调冷源水系统方面的研究也卓有成效，在冷却水系统方面着重于降低冷却水流量，以达到减少冷却水泵能耗的目的。日本是一个资源贫困的国家，其主要能源来自进口，同时又是一个能源高消费国家。因此，节能和提高能源的利用率对日本来讲有着重要的意义。长期以来，在建筑节能方面，日本做了大量工作，颁布了许多节能法规，提出了建筑节能的评价方法。日本的一些设备生产厂家对空调和制冷设备的投入也很大。Daikin 公司首推的变频VRV 系统，为中小型建筑安装集中式空调系统创造了条件；Sany 公司则在直燃式冷水机组上成绩卓著。世界各国大力发展可再生能源作为空调冷热源用能。地源热泵供暖空调是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的工程系统。在美国地源热泵系统占整个空调系统的20%左右; 瑞士40%的热泵为地源热泵，瑞典65%的热泵为地源热泵。
1.1.2建筑空调系统节能国内研究现状
我国是一个人均资源相对贫乏的国家，因此节能降耗有着十分重要的意义。近年来，由于国民经济的快速发展，使我国的能源显得越来越紧张。
随着经济建设的不断深入和人们生活水平的不断提高，空调建筑物越来越多，建筑物消耗的能量也越来越大，甚至出现了空调系统与经济建设争抢电力资源的情况。因此，在建筑物节能显得十分迫切。在我国建筑总能耗中，空调系统的能耗占有相当大的比重，因此研究探讨空调系统的节能就显得十分重要。在建筑物空调系统运行能耗中，冷源系统的能耗是最大的。近年来，我国暖通空调学术界和工程界在空调冷源系统的节能方面做了大量的研究工作。研究工作主要集中在冷源系统的形式选择上，对压缩式冷水机组和吸收式冷水机组的技术经济比较研究较多，通过对众多方案的分析已经基本达成共识：吸收式冷水机组节电而不节能，对其在我国的应用应区别对待，对于有余热可以利用的地区，应大力提倡使用吸收式冷水机组，而一般建筑物则应采用蒸汽压缩式制冷。当然，在进行冷热源系统的选择时，还要考虑建筑物所在地的气象条件、电力供应状况、能源情况、空调系统有无采用余热回收的可能性等方面的问题。
1.1.3我国建筑空调系统节能研究有待解决的问题
通过对一些地区空调系统的调查发现，设计人员在涉及选用冷水机组时多考虑其额定工况下的全负荷性能，而对其部分负荷性能的考虑较少。在风冷式冷水机
组和水冷式冷水机组的选择应用上我国制冷工程界也存在着认识上的差异。我国在冷源水系统方面的研究目前较少，一般都是按冷水机组的样本提供的冷却水量和冷冻水量进行冷却水泵和冷冻水泵的选择。对于水系统的水泵是否运行节能则关注不多。事实上，对于冷水机组的运行而言，冷凝器和蒸发器都要求定流量，因此，对于冷水机组部分负荷状态运行时，水泵的输出都是全负荷输出，水系统的全年运行能耗是相当大的。因此水系统的节能具有很大的潜力。
1.1.4空调系统的设计与建筑节能
空调制冷技术的诞生是建筑技术史一项重大进步，它标志着人类从被动适应宏观自然气候发展到主动控制建筑微气候，在改造和征服自然的过程的又迈出了坚实的一步。但是对空调的依赖也逐渐成为建筑能耗增长的最主要的原因。制冷空调系统的出现为人们创造了舒适的空调环境，但20世纪70年代的全球能源危机，使制冷空调系统这一能源消耗大户面临严重考验，节能降耗成为空调系统设计的关键环节。据统计，我国建筑能耗约占全国总能能耗的35%，空调能耗又约占建筑能耗的50%～60%左右。由此可见，暖通空调能耗占总能耗的比例可高达22.75%。因此，建筑中的空调系统节能已成为节能领域中的一个重点和热点。于是降低空调能耗也被纳于建筑节能的任务中，如何更好的利用现在的空调技术服务人类同时又能满足建筑能耗的要求，是现阶段专业技术人员的工作要点。而暖通空调设计方案的好坏直接影响着建筑环境的质量和节能状况。随着科学技术的迅速发展以及对节能和环保要求的不断提高，暖通空调领域中新的设计方案大量涌现，针对同一个设计项目，往往可以有很多不同的设计方案可供选择，设计人员要进行大量的方案比较和优选工作，设计方案技术经济性比较正在成为影响暖通空调设计质量和效率的一项重要工作。如何对暖通空调设计方案进行科学的比较和优选，是暖通空调设计人员在实际设计工作中经常遇到的一个重要技术难题。
1.1.5中央空调的发展
中央空调是目前空调消费的流行趋势。它与一般空调比，有着高性能运转、舒适静音、节能环保、能耗低的显著特点，它的出现改善了人们的生活质量。我国作为中央空调强国，从20世纪80年代初开始到现在，中央空调已占其空调市场的40％左右。中央空调在我国发展速度相当快，不到8年时间就达到与美国先进水平同步。进入2000年，国内企业尤其是远大科技集团将吸收式空调技术与PAM 控制技术结合应用，使空调完全进入中央空调的最高领域。它不仅使中央空调系统的优越性能充分发挥，更能利用吸收式空调的特点，准确提高能效，达到节能51％的目的。
1.1.6无氟空调的发展
臭氧层破坏是当前全球面临的重大的环境问题之一，由于以前空调业所采用的传统制冷剂对臭氧层有破坏作用及产生温室效应，对大气造成破坏，因而无氟空调是众所期待的产品。近年来以吸收式中央空调为代表的无氟空调的出现，标志着无氟空调时代的来临。
1.1.7舒适性空调的发展
健康是空调业发展的主题之一。以前的空调采用了多种健康技术，如负离子、离子集尘、多元光触媒等，这些技术的运用使空调产品的健康性能得到了极大提升。海尔空调把负离子、离子集尘、多元光触媒、双向换新风、健康除湿等领先技术在内的高科技手段组合起来使用，发挥了巨大的威力，而未来空调进步的一个方向也就是对各种技术的灵活使用。
1.1.8 其它空调新技术的发展
①HEPA 酶技术
HEPA酶杀菌技术，对于0.3微米以上的粉尘吸附率可达99.9 ％，对结核菌、大肠菌等有害细菌具有高效杀菌能力，对霉菌的生长也有很强的抑制作用。 ②冷触媒技术
冷触媒这一技术采用日本专利，是一种低温低吸附的材料，根据吸附--催化原理，在常温下就能对甲醛等有害物质边吸附边分解成二氧化碳和水，这种触媒不需要再生，不需更换，使用寿命长达十年以上。
③体感温度控制技术
智能装在遥控器上的感温元件，感知室内人们活动范围的温度，并将信息发射到主机接收器上，使主机随时调整运行状态，实现真正的体感温度控制自动化。 ④人感控制技术
人感控制技术利用双红外感应器控测人的方位，自动调节送风方向（左送风、中送风、右送风或全方位送风），风随人行。
⑤PTC 电辅助加热技术
PTC电辅助加热技术，可在超低温条件下迅速制热，效力强劲，安全可靠，可长期使用。
2器件选择
本设计为纺织厂厂房空调系统的设计，系统的选定应注意档次和安全的要求。本课题拟设定占地面积约为4000平方米，建筑面积为10000平方米。共分为两层，第一层为生产车间，第二层主要是中央控制室和办公室。屋顶有风机和冷却塔。在前期的需求分析过程中，设定此厂房对生产车间内温湿度的控制要求较高，温度的控制范围在±2.0C ，相对湿度控制范围在±5%。在研究过程中对课题进行了反复论证后，确定将模糊控制技术引入到中央空调控制系统中，使系统具有模糊控制灵活、适应性强的特点，且较之传统PID 控制，减少震荡，从而达到节能目的。
本建筑物为非高层建筑，建筑物各区域均有外窗自然采光和室外遮阳设备。
2.1空气处理方式的比较与选择
空调系统的分类方式很多，根据空调冷热源的布置，冷媒输送方式及空气处理过程的特点，概括性地说空调系统一般有三种形式，即集中式空调系统、半集中式空调系统、分散式空调系统。对空调系统的选择，《采暖通风与空气调节设计规范》（GBG19－87）规定了选择空调系统的总原则和要求：
①选择空调系统时，应根据建筑物的用途、规模、使用特点、室外气象条件、负荷变化情况和参数要求等因素，通过技术经济比较确定。这样就可在满足要求的前提下，尽量做到投资省、系统运行经济和能耗小。
②对集中式空调系统，要求一般宜用单风管式的空调系统，当房间负荷变化较大，采用变风量系统能满足要求时，不宜采用定风量再热的定风量再热式系统，不过普通舒适性空调对空调精度无严格的要求，目前仍较多采用无再热的定风量集中式系统。仅作为夏季降温用的系统，不应采用二次回风系统。
③空调面积较小的房间，或建筑物中仅个别房间有空调要求的情况，宜采用分散式空调系统。对空气调节房间较多，且各房间空调要求不一的建筑物，条件 许可时，宜采用四管制或双风道变风量空调系统。
④面积很大的空调房间，或者室内空气设计状态相同、热湿比和使用时间也大致相同，且不要求单独调节的多个空调房间，通常多采用单风管、低速、一次回风、无再热的定风量集中式空调系统。这种系统现在在我国民用建筑舒适性中央空调中采用最多。
分别以定风量全空气系统，风机盘管+新风系统和单元式空调机，作为集中式空调、半集中式空调和分散式空调系统的代表，比较其特征和适用性，见下表2.1：
表2.1 空气处理方式的比较表
根据以上各系统的特征及优缺点，结合本厂房情况，本设计空调风系统选择集中式系统，因为此厂房对生产厂房室内温湿度的控制要求较高，温度的控制范围在±2.0 ℃，相对湿度控制范围在±5%，只有集中式空调系统可以严格地控制室内温度和室内相对湿度，而且本建筑共分为两层，第一层为生产车间，第二层主要是中央控制室和办公室。集中式系统使用寿命长，而且本建筑面积大，可布置风道，室内温度精确，还能满足洁净度要求严格的生产车间等室内空气清洁度要求不同的需求。
2.2空调气流组织的比较与选择
所谓气流组织，就是指如何送入空调房间内的空气，使其在室内合理的流动和分配。空调房间的温度场和速度场的均匀与气流组织的合理与否有着密切的关系，气流组织的好坏直接影响到要保证的区域温差和气流速度的规定值及洁净房间内空气洁净度。目前对于一般性舒适性空调来说送风口一般采用侧送风或散流器上平送风。
根据以下对气流组织的分析及比较，在本设计中空调房间均采用散流器上部平送，下部回风的气流组织方式。 气流组织的基本要求：
表2.2 空调气流组织的基本要求：选择散流器送风
根据以上各系统的特征及优缺点，结合本厂房情况，本设计空调送风采用上送下回。从送风口的布置把风口设于顶棚或侧墙的房间上部，把回风口设于地板或侧墙的房间下部，即可形成上送下回的空气分布方式，一般来说全年中以冬季送热风为主且建筑的楼层较高的舒适型空调系统中，此外再有恒温要求和洁净度要求的公益性空调中也可以采用这种方式，本建筑共分为两层，第一层为生产车间，第二层主要是中央控制室和办公室，考虑建筑层对恒温和洁净度有较高的要求，因此适合选用上送下回的送风方式。
2.3空气分布器的比较与选择
送风气流组织包括送风形式及空气分布器的类型，这里只对上述两种的空气布
类型进行比较，如表2.4。
表2.4常见空气分布器的型式、特征及适用范围
根据以上各分布器的特征及优缺点本系统设计选用双层百叶风口，它由两层叶片组成，分别是里层的固定叶片和外层的可调节叶片，同样作为侧送风口，双层百叶风口的空气流动性能比单层百叶风口要好，故它在精度要求较高的的工艺空调中被采用，另外在公共建筑的舒适型空调。含出风口的风机盘管组合独立新风系统中也经常被才用，本建筑采用的是风机盘管加新风的系统，且对精度要求高，因此选用双层百叶风口。
2.4空调水系统的比较与选择
空调水系统包括冷水系统和冷却水系统两个部分，它们有不同类型可供选择。详见下表2.5。
根据各系统的特征及优缺点，结合本厂房情况，本设计空调水系统选择闭式、
同程、双管制、单式泵系统，这样布置的优点是在满足厂房生产区温度湿度要求的前提下便于系统的调节，节约能源。
本系统设计采用双管制供应冷冻水，具有结构简单，初期投资小等特点。同时考虑到节能与管道内清洁等问题，可以采用闭式系统，不与大气相接触，仅在系统最高点设置膨胀水箱，管路不易产生污垢和腐蚀，不需要克服系统静水压头，水泵耗电较小。
由于设计属于两层建筑，因此可以采用同程式水系统，此系统除了供回水管路外，还有一根同程管，由于各并联环路的管路总长度基本相同，各用户盘管的水阻力大致相等，所以系统的水力稳定性好，流量分配均匀，且此系统属于垂直同程系统。
12
3中央空调送风系统整体方案设计
3.1系统整体设计思想
该设计以纺织厂厂房为设计背景，厂房空气调节的作用大体可分为二个：其一、满足车间生产工艺所适合的温度、湿度条件；其二、保证生产工人拥有一个良好、健康的工作环境，这两点具有同等的重要性。为了保证整个车间的温、湿度控制质量，首先需要一个总控开关按照一定控制要求来启动和关闭中央空调系统，利用中央空调系统内部安装的传感器，随时检测车间的温、湿度状况，而后将信号送给控制机构，控制的对象就是几台风机，风机启动之后，通过一个阀门根据需要来决定给车间送风，也就是使系统由局部送风来满足车间工作要求，或使整个车间按照舒适性空调的要求进行全面送风，同时根据需风量的大小，利用变频技术使局部送风在恒压状态下进行。在用风量小的情况下，如果一台风机连续运行超过一定工作时间，则按照控制要求自动切换到下一台风机，即系统具有“风机转换功能”，避免因一台风机工作时间过长，降低生产效率和影响风机工作寿命。同时，系统启动时采用软启动来提高系统性能，在应急或检修时，系统配备手动控制功能，最后，为了保证系统安全、顺利的工作，还需设置完善的报警功能。 基于以上的设计思想，中央空调恒压送风系统原理图如图3-1所示。
总控
图3-1 中央空调恒压送风系统原理图
在该系统设计中，采用了1#、2#、3#三台风机，首先由总控来控制电磁阀YV1, 根据需求启动和关闭中央空调, 平时电磁阀YV2处于失电状态，也就是关闭局部送风阀。中央空调的局部送风或全面送风，由传感器将检测到的信号（采用人工模拟实现）直接送给控制机构，来选择正确的送风方式。局部送风和全面送风共用1#、2#、3#三台风机，一般情况下，三台风机根据全面送风的需求多少，利用变频器按一定的控制逻辑运行，使全面送风在恒压状态下进行。此时处在运行中的
织机，当传感器检测到其湿度不足时，电磁阀YV2得电，此时关闭全面送风阀，打开局部送风阀，1#、2#、3#风机开始提供局部送风，以此来满足织机的湿度需求，并根据需风量的大小，利用变频器使局部送风也在恒压状态下进行。系统经过一段时间的工作，织机湿度合适后，三台风机再次转换为全面送风使用。
3.2 系统控制方案的设计与选择
长时间以来，自动控制系统存在着多种控制方式，比如继电接触器控制方式、逻辑电子电路控制方式、单片机控制方式、可编程序控制器(PLC)控制方式等四种主要的控制方式。其特点分别如下： ①继电接触器控制的特点
该控制电路硬件接线多，体积大，连线复杂，修改困难。触点开、闭速度为几十毫秒，难以实现对控制执行速度要求高的场合，而且容易出现触点抖动。时间继电器在限时控制方面，精度不高，易受环境影响。系统设计、施工、调试周期长，可靠性与可维护性差，寿命短。因价格低廉，该系统可用于要求不高的控制场合。
②逻辑电子电路控制的特点
该控制电路往往采用一台电机固定于变频状态，其余电机均为工频状态的方式，难以实现电机机组全部软启动、全流量变频调节，控制精度较低，工频启动时有冲击，抗干扰能力较弱。 ③单片机控制的特点
尽管单片机控制优于逻辑控制，但在对不同管网调试麻烦，扩展功能时往往要对主电路进行修改，不够灵活方便。 ④可编程序控制器控制的特点
PLC (Programmable Logic Controller) 是一种面向生产过程控制的数字电子装置，它使用了可编程序的存贮器以存贮指令，用以执行诸如逻辑、顺序、定时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟的输入、输出接口控制机械或生产过程。这种控制电路跟踪快、控制精度高、抗干扰能力强、扩展功能灵活方便，可实现恒压 (或变压) 全流量变频调节，具有稳定性好、高效节能、调试方便等显著优点。
鉴于以上四种方案的特点比较，故该设计采用可编程序控制器控制方式。在硬件设计上，只需确定PLC 的硬件配置和I/O的外部接线，不需要诸如继电器之类的固体电子器件和大量繁杂的硬接线电路。当控制要求改变，需要变更控制系统的功能时，只要改变存贮器中的控制程序即可。PLC 的输入、输出可直接与交流220V 、直流24V 等强电相连，并有较强的带载能力, PLC抗干扰能力强、可靠性
高。在PLC 的电源电路和 I/O接口中，还设置了多种滤波电路，以抑制高频干扰信号。软件上，PLC 设置了故障检测及自诊断程序，用来检测系统硬件是否正常，程序是否正确，便于自动地做出相应的处理，如报警、封锁输出、保护数据等。通过计算机或编程器可以方便的对PLC 控制程序进行写入、读出、检测、修改等; 还可对PLC 的工作进行监控，使PLC 的操作及维护变得容易。PLC 还具有很强的自诊断能力，能随时检查出自身的故障，并显示给操作人员，使操作人员能迅速检查、判断故障原因。由于用软件编程取代了继电器硬接线，实现控制，使得工作量大为减少，缩短了施工周期。
该系统主要的设计任务就是利用恒压控制单元使一台变频器同时控制多台风机，或者循环控制多台风机，实现送风的恒定和风机的软起动，以及风机的工频与变频的切换，同时还要能对运行数据进行传输。根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，该设计决定采用“PLC+变频器+传感器”的核心控制模式。 该控制方式灵活方便，具有良好的通信接口，可以方便地与其他的系统进行数据交换，而且由于PLC 产品的系列化和模块化，所以可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。同时由于PLC 的抗干扰能力强、可靠性高，因此该系统能适用于各类不同要求的恒压送风场合，并且与送风机组的容量大小无关。该控制方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点，又能达到系统稳定性及控制精度的要求。
3.3 系统设计内容
由上一节选择、设计的系统方案，可以看出该设计实质上就是PLC 与变频器及传感器的一个应用系统，所以系统的设计主要包括硬件设计、软件设计两部分，具体设计内容有： ①硬件设计
要进行硬件的设计，首先要正确选取硬件的组成部分，硬件选择主要是对变频器、风机机组、传感器、控制柜及操作台、PLC 及扩展模块的选择。由于该系统应用了PLC, 这里需要对控制系统的I/O及地址分配做一定的工作，除此之外，系统还对主电路、控制电路及变频调速电路作了具体的设计。 ②软件设计
应用软件是根据指令系统及系统功能的要求进行的，因此，选择的指令系统，其功能好坏对应用系统软件设计影响很大。该系统软件设计，主要是为配合硬件控制要求编写的PLC 程序及一些相关变频参数的设置。当接下来调试系统时，也主要是对系统中的PLC 程序及变频器关键参数进行一番调试。
为了直观的体现该系统的方案设计，和进一步检验设计的正确性，系统借助自
动化系MM430变频器实验室已有的控制设备，从实际应用的角度，在正确连接控制线路的基础上，通过PLC 编程和MM430参数设置，简单的模拟了一下该系统基本的主要控制功能。
4系统硬件设计
4.1系统组成及各部分的分析选择
4.1.1 系统组成
系统所需的主要硬件有: 软启动器、变频器、风机机组、传感器、PLC 及扩展模块、控制柜及操作台等。其组成框图如图4-1所示。
图4-1 系统硬件组成
4.1.2 系统各部分的分析选择
①PLC
PLC 是整个变频恒压送风控制系统的核心，它要完成对系统中所有输入信号的采集、所有输出单元的控制、恒压的实现以及对外的数据交换。
西门子S7-200 PLC 系统是紧凑型可编程序控制器。系统的硬件构架由丰富的CPU 模块和扩展模块组成，它能够满足各种设备的自动化控制需求。S7-200 除具有PLC 基本的控制功能外, 更在以下方面有独到之处: 1)功能强大的指令集;2) 丰富而强大的通讯功能;3) 编程软件的易用性。
CPU 226，24点输入，16点输出，DC24V ，集成了以下丰富的内置功能：1）高速记速器输入;2）短暂脉冲捕捉功能;3) 高速脉冲输出;4)I/O硬件中断事件;5)PID 控制，PID 自整定功能;6) 支持多种工艺配方;7) 数据记录（归档）。
选择PLC 时，考虑到了西门子PLC S7-200的指令执行速度、指令丰富程度、内存空间、通讯接口及协议、带扩展模块的能力和编程软件方便等多方面因素。所以, 系统选用了西门子PLC S7-200作为中央空调送风系统的程序控制平台。
②变频器和风机机组
变频器和风机机组作为系统的执行机构，完成系统对外的送风量输送。风机是输出环节，变频器是对风机进行转速控制的单元，变频器根据传感器送来的控制信号改变风机的运行频率，从而完成对风机的转速控制。
MM430为水泵和风机的专用型变频器，功率为7.5kw ～250kw ，三相交流电源（380v ～480v ），内置PID 控制器，具有6个数字输入，2个模拟输入，1个用于电动机过热保护的PTC/KTV输入；2个模拟输出，3个继电器输出，是 S7-200自动化系统的理想配套设备；从7.5kw 至250kw 的变频器都具有统一的控制方法和I/O界面。
MM430调速系统的电机使用了专用于变频调速的进口西门子三相异步电动机，250kW ，4极380V 进线。
③传感器
传感器直接对系统中的各种信号进行采集，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构 (即风机) 进行控制。该设计主要是将织机湿度信号变成模拟量信号。
在运行过程中，当传感器出现故障时，系统有可能开启所有的风机，而此时的用风量又达不到，出现这样的情况时，关闭所有风机并进行报警。
④软启动器
当系统采用手动或变频固定方式运行时，如果电机的功率较大，不允许直接启动时，需采用软启动器进行降压启动。在选择软启动器时，注意了与电机的额定功率、额定电流相匹配。当系统的自动部分出现问题时，而此时的送风又不能中断, 因此手动启动是系统不可缺少的组成部分。
⑤控制柜及操作台
控制柜内装有空气开关、交流接触器、快速熔断器、三相进线电抗器、MM430变频器、出线电抗器、S7—200PLC 等主器件，柜门装有运行指示灯、显示仪表等。操作台上需装有各种指示灯、按钮、电压表，电流表，频率显示仪表等，便于观察和记录。计算机内安装MM430变频器调试软件和S7—200PLC 编程软件。
⑥报警装置
作为一个控制系统，报警是必不可少的重要组成部分。由于该系统能适用于不同的送风领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行，防止因电机过载、变频器报警、电网过大波动等故障，因此系统必须要对各种报警量进行监测，由PLC 判断报警类别，进行显示和保护动作控制，以免造成不必要的损失。
以上就是对系统所需设备的简单分析及选择，这项工作正确合理与否关系着整个系统的工作性能和状态。
4.2 系统电气控制原理图
4.2.1 系统主电路图
图4-2所示为电气控制系统主电路图。三台风机分别为M1、M2、M3。接触器
KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行；接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行；FR1、FR2、FR3分别为三台风机过载保护用的热继电器；QS1、QS2、QS3、QS4分别为变频器和三台风机主电路的隔离开关；FU1为主电路的熔断器，VVVF 为西门子MM430变频器。
在QS1、QS2、QS3、QS4隔离开关闭合的情况下，若KM1得电吸合，风机M1起动，执行全面送风，当需局部送风，变频运行时，KM2得电闭合，同时断开KM1，风机M1执行变频调速的局部送风。同理，风机M2、M3在系统需要时，按照要求起停。
N 图4-2 系统主电路图
4.2.2 系统控制电路图
图4-3所示为电气控制系统控制电路。图中SA 为手动/自动转换开关，SA 打在1的位置为手动控制状态；打在2的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮SB1—SB8控制三台风机的启/停和电磁阀YV2的通/断；自动运行时，系统在PLC 程序控制下运行。
图4-3的HL10为自动运行状态电源指示灯，Q1.0—Q1.7为PLC 的输出继电器，旁边的4、6、8等数字为接线编号。
图4-3 系统控制电路图