摘 要
随着人们生活质量的普遍提高以及科学技术的不断进步，中央空调也逐渐进入了人们的视野，成为人们生活中重要的一部分，同时它所消耗的能量也引起了社会的关注，中央空调的节能问题成为了人们期待解决的关键问题。
中央空调采用的变频技术从一定程度上极大地减少了能量的损耗，采用变频调速后，一方面成功的实现了电动机的软启动，在另一方面也减弱了振动和磨损，增长了电动机的寿命。中央空调水泵变频技术是中央空调节能降耗的一个有效途径，而且也得到国家政策的支持，代表了今后空调行业节能技改的方向。
这次所做的方案主要就是通过西门子S7-200系列的CPU226 作为控制元件来研究并且设计中央空调水泵变频调速控制系统。该设计论文将会叙述变频器和可编程控制器的工作原理，完成变频器、可编程控制器等的选型和参数设置，重点完成PLC硬件电路图和程序设计。
中央空调水泵变频调速控制系统的经济性十分可观，将会具有很好的前景和开阔的市场。
该论文有图43幅，表1个，参考文献31篇。
关键词：中央空调 变频调速 可编程控制器
2 中央空调系统方案
2.1中央空调系统构成
具体的中央空调的组成框图如图2-1所示。
图2-1 中央空调系统的构成从图2-1中我们可以很直观的看到，该构成图主要是由两个闭环的循环系统组成的，左边部分是冷却水循环系统，而右边部分是冷却塔循环系统，另外，者两个循环系统主要是由冷却电机和冷冻电机作用的，这两个电机在PLC的控制下通过变频器的作用不断的改变频率从而来维持房间内的温度，系统中温度的检测主要是通过热电阻来检测。
2.2中央空调变频控制系统的PID构架
鉴于在现实生活中，在整个空间系统里，用户的数量并不会维持不变，这就导致我们计算的理论压差值会和现实情况下的值有差距，因此，中央空调变频系统需要在原来循环系统的基础上增加PID调节。
该调节的原理方框图具体如图2-2所示。
图2-2 系统的调节原理图
3 设计中相关器件型号的选择
3.1可编程控制器型号的选择
3.1.1可编程控制器的介绍
可编程控制器，英文翻译表示为“Programmable Logic Controller”，简称PLC[2][[[]办公楼中央空调系统变频节能改造方案-百度文库[J/OL].互联网文档资源，2012-6-19.http://wenku.baidu.com/view/b93e6f6858fafab069dc0223.html.]]。可编程控制器是一种来源于继电器控制技术的以IT技术为核心的通用自动控制装置，一般用在工业现场[1]。通过对内存中的程序进行扫描从而实现把从输入电路的过程中得到的信息转换成我们所需要的有用的信息的过程，可编程控制器可以根据输出电路的具体情况来控制负载[4]。
可编程控制器在刚刚开始发展的时候，就因为它的可靠、灵活和体积小的特点为人们所接受，并常常被人们用来取代继电器的操作。随着人们对可编程控制器的不断研究和创新，可编程控制器成功的在微电子技术和IT技术的基础上融入了单片机的自动化特点，这意味着可编程控制器迈出了跨越性的一步[2]。
（1）PLC的硬件组成部分
构成PLC的硬件部分主要是中央处理单元也就是人们通常所称的CPU模块、存储器、输入/输出（I/O）电路、电源以及编程器等几个部分[2]，具体如图3-1所示。
图3-1 PLC的结构框图
3.2.1 A/D模块输入型号的选择
生活中存在各种各样的模拟量，这也在某种程度上促进了模拟量在控制过程的应用。A/D转换模块输入的信号并不是直接输入的，而是要经过传感器的作用后改变的电平信号[2]。输入的电平信号必须符合IEC的标准，它既可以是电流信号也可以是电压信号，只要在标准范围内即可。
输入的模拟量信号经过转换后提供给主控模块以处理数据和控制系统，这是模拟量输入模块的最基本功能[4]。
在本次设计中，方案需要把该模块和温测模块连接，设计要求将温度测试模块检测到的温度模拟量信号通过A/D模块转换后变成可以进行控制的数字量信号。因此，本次设计最终确定该模块使用西门子公司的EM231模块。
具体来说，结合本次设计的具体要求，方案确定EM231选择单极性0~20mA的电流输入类型，它的分辨率为5uA，开关SW1开启，开关SW2开启，而开关SW3将关闭。
A/D转换的电压信号和电流信号的输入/输出关系的坐标图具体如图3-2所示。
图3-2 A/D转换电压信号和电流信号的输入/输出关系图
3.2.2 D/A模块输出型号的选择
D/A转换模块是模拟量信号输出的模块，该模块主要是把数字量的信号转换成模拟量的信号。该模块是用来和冷却电机以及冷冻电机的变频器相连的，在通入直流电24V后可以进行温度检测。
结合本次设计，方案最终选择西门子公司的EM232模块。EM232模块可以一次性完成几个操作，速率很高。
D/A模块的输入/输出的具体关系如图3-3所示。
图3-3 D/A转换模块电压、电流的输入/输出关系从图3-3中，我们可以看出来，无论是电压关系还是电流关系，D/A模块都呈现一个线性关系，不过，也存在一些不同，电压关系是正比例关系，而电流关系则是有一个初值，而且尽管电流随直线变化，但它的值仍然都大于初始值+4mA。
4 主电路模块
系统的主电路如图4-2所示：
图4-2 PLC主电路图由图4-2可见，主电路中有2个冷却电机和1个冷冻电机，冷却电机对应冷却泵，而冷冻电机则对应冷冻泵。当KM1常开触点闭合时，1#冷却电机将会在工频下运行，当KM2常开触点闭合时，1#冷却电机则在变频器的作用下变频运行；当KM1和KM3都闭合时，2#冷却电机工频运行，当只有KM3常开触点闭合时，2#冷却电机将会变频运行；当KM4常开触点闭合时，冷冻电机将会变频运行。另外，通过KA1和KA3可以完成变频器的启动，KA2和KA4则是复位功能。
4.4热电阻与EM231硬件连接图
PT100热电阻变换器与EM231模块的硬件连接图如图4-3所示:
图4-3 热电阻与EM231硬件连接图
5 系统软件的梯形图设计
本次系统软件梯形图设计主要是由初始化程序、主程序、PID调节程序以及中断服务程序四个部分组成[2][11][21]。
基于PLC的变频调速控制系统的软件工作原理：PLC是变频调速控制设计中的重要配置，系统中PLC主要是用来下载程序并进行CPU的控制，通过把PLC和EM231还有EM232模块相连，很大程度上减少了外部连线，给用户带来了极大的方便[10]。另外，PLC运行的时候，温度输入信号是由EM231提供的，而输出信号是由EM232输出的。并且在整个设计的程序中，PID调节的程序担任着很重要的角色，系统将会根据PID调节来实现对变频器的调节控制，从而对电机的转速进行调节。通过程序的编写，本次设计还将加入了报警的功能。PLC软件程序的编写采用了容易使人理解的梯形图语言编程方案。
通常的情况下，变频调速控制系统是一种闭环自动控制系统，它主要是由变频器实现的[[[] 何志勇.论PLC在中央空调自控及节能领域中应用[J].建筑工程应用与设计，2014（19）,1146.]]。因此，程序的中关于变频调节的程序是非常重要的。
在梯形图设计中，中断服务程序也是必不可少的。另外，定时中断INT0的中断时间是200毫秒。
5.1 主程序设计
在本次系统设计中，PLC程序设计的最主要的也是最基本的要求就是完成系统设计的最基本的频率控制和调节的功能。
分模块来说，PLC程序设计共分为四个部分：
（1）控制部分 该模块部分硬件主要是由开关按钮组成，程序中则是通过控制语句来体现；
（2）指示灯灯光报警部分 这个部分的硬件是2个LED灯，在程序中通过互锁等指令语句来使其在故障的时候能够亮；
（3）变频器给定部分 该模块部分主要是进行变频器的给定，并且该部分能够进行工作模式的处理；
（4）变频器设定模块 该模块部分主要是进行对变频器相关参数的设定并在信号转换后进入PLC主程序的设计。
PLC在通电运行后，系统将会对下载的程序进行扫描，扫描程序的过程是不断循环的。并且，每次循环就是一次扫描，而每次扫描的时间就被称为扫描周期[10]。扫描周期中，系统的程序将会完成输入、输出、自检、通讯和中断这五个部分[[[] 陈洪然.大型酒店空调系统节能控制研究[D].大连海事大学硕士论文，2013-9-1.]]。
设计的主程序的梯形图程序如图5-1到图5-12 。
程序运行时要对整个程序的温测模块初始化，避免出现系统内存留之前的温测参数而影响运行结果。该程序当SM0.1=on时，程序运行：水泵进行初始化运行，另外系统程序将分别把一个32位的实数通过不同的IN输入传送到所指的双字长的各自的存储单元中，即MOVR 5.0，VD212得温度增益、MOVR 0.2，VD216得温度采样、MOVR 2.5，VD220得温度积分、MOVR 0.0，VD224温度微分等。同时，温差的测量也会随着实数值得输入而改变。具体程序见图5—1和图5-2：
图5-1 上电初始化程序
文章底部可以获取博主的联系方式，获取源码、查看详细的视频演示，或者了解其他版本的信息。
所有项目都经过了严格的测试和完善。对于本系统，我们提供全方位的支持，包括修改时间和标题，以及完整的安装、部署、运行和调试服务，确保系统能在你的电脑上顺利运行。
