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精品资料(2021-2022收藏)PLC在中央空调中的应用.doc
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机电控制与可编程程序控制器技术
课程设计任务书
课题名称:plc 在中央空调上的应用
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2
1 绪 论
1.1 选题背景及研究意义
随着国民经济的发展和人民生活水平的同益提高,中央空调系统己广泛应
用于工业与民用建筑域,如宾馆、酒店、写字楼、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。
新建的中央空调系统在按照舒适节能的目标设计,而越来越多的使用多年的中
央空调控制系统在进行改造以实现节能、舒适的目的。
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—40%,存在巨大的能源浪费。
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
系统和水泵的电能消耗,具有极其重要的经济意义。
1.2 PLC 控制国内外发展现状
1.2.1 PLC 的发展历程
在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动
作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。传
统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 GM(通用汽
车)公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字设备公司(DEC)
研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于
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电气控制,这就是第一代可编程序控制器,称 Programmable ,是世界上公认的第
一台 PLC. 限于当时的元器件条件及计算机发展水平,早期的 PLC 主要由分立
元件和中小规模集成电路组成,可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20
世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器,使 PLC 增
加了运算、数据传送及处理等功能,完成了真正具有计算机特征的工业控制装
置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用,可编程控制器采
用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言,并将参加运算及处理的计
算机存储元件都以继电器命名。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念
相结合的产物。个人计算机(简称 PC)发展起来后,为了方便,也为了反映可
编程控制器的功能特点,可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller
(PLC)。
20 世纪 70 年代中末期,可编程控制器进入实用化发展阶段,计算机技术已
全面引入可编程控制器中,使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体
积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了
它在现代工业中的地位。20 世纪 80 年代初,可编程控制器在先进工业国家中已
获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、
产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增
多,产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
上世纪 80 年代至 90 年代中期,是 PLC 发展最快的时期,年增长率一直保
持为 30~40%。在这时期,PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能
力和网络能力得到大幅度提高,PLC 逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取
代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。
20 世纪末期,可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从
控制规模上来说,这个时期发展了大型机和超小型机;从控制能力上来说,诞
生了各种各样的特殊功能单元,用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控
制场合;从产品的配套能力来说,生产了各种人机界面单元、通信单元,使应
用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前,可编程控制器在机械
制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
21 世纪,PLC 会有更大的发展。从技术上看,计算机技术的新成果会更多
地应用于可编程控制器的设计和制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、
智能更强的品种出现;从产品规模上看,会进一步向超小型及超大型方向发展;
从产品的配套性上看,产品的品种会更丰富、规格更齐全,完美的人机界面、
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完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求;从市场上看,各国各
自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破,会出现少数几个品牌
垄断国际市场的局面,会出现国际通用的编程语言;从网络的发展情况来看,
可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器
技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统 DCS(Distributed Control
System)中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展,可编程
控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分,将在工业及工业
以外的众多领域发挥越来越大的作用。
1.2.2 PLC 控制国外发展现状分析
目前,世界上有 200 多家 PLC 厂商,400 多种的 PLC 产品,PLC 产品可按地
域分成三大流派:一个流派是美国产品。一个是欧洲产品,一个是日本产品。
1.欧美 PLC 主要生产厂家及产品性能:
(1)美国通用电气公司 GE-Ⅱ系列 PLC,GE 公司的代表产品是:
小型机:GE-1,GE-1/J,GE-1/P
中型机:GE-Ⅲ
大型机:GE-Ⅴ
(2)德国西门子(SIEMENS)公司 S 系列 PLC
德国西门子(SIEMENS)公司生产的可编程控制器在我国的应用也相当广泛,
在冶金,化工,印刷生产线等领域都有应用。西门子(SIEMENS)公司的 P LC
产品包括 LOGO,S7-200,S7-300,S7-400,工业网络,HIM 人机界面,工业软件等。
超小型:SIMATIC S7-200 PLC
中型:SIMATIC S7-300 PLC
工业通讯网络(SIMATIC NET)
人机界面(HIM)硬件
SIMATIC S7 工业软件:编程工具,基于 PC 的控制软件,人机界面软件
2.日本 PLC 主要生产厂家及产品性能:
(1)日本三菱公司 PLC
小型:F1/F2/FX 系列
大中型:A 系列,QnA,Q 系列
(2)日本立石(OMRON)公司 PLC
SYSMAC C 系列 PLC
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整体式结构的微型 PLC 机是以 C20P 为代表的机型
OMRON 中型机以 C20H 系列最为典型
(3)日本松下公司 PLC
松下公司的 PLC 产品中,FPO 为微型机,FP1 为整体是小型机,FP3 为中型
机,FP5/FP10S(FP10 的改进型),FP20 为大型机,其中 FP20 是最新产品。
1.2.3 国内近几年 PLC 控制的发展
由于计算机网络技术和集成电路的迅速发展,PLC 向小型化、微型化和高速
化发展。在应用中,PLC 可与上位机联网,也可下挂 PLC,组成分布式控制系统。
PLC 已广泛应用于冶金、电力、石油、化工、建材、机械、轻工、食品、市政、
交通和军工等行业。 据美国 FROST&SULLIVA 公司的报告,全球 PLC 从 1993 年的
39 亿美元上升到 2000 年的 76 亿美元,由占工控机市场的 46%上升到 50%。 1995
年国内市场销售 PLC 约为 6.6 万套,其中国产 1.6 万套,约为 4800 万人民币,
进口约 5 万套,约有 7000 万美元;1996 年国内市场销售约为 9 万套,其中进口
8 万套,总计约合人民币 15 亿元。专家估计,2000 年 PLC 的国内市场销售达到
15-20 万套,约 25-35 亿元,其中进口占 90%左右。上述数据表明:我国 PLC 市
场几乎被国外产品占领,国内 PLC 产品的市场占有率不足 10%。(以上 PLC 统计
数据包括小型 PLC) 据专家估计,国内 PLC 产品的年增长率为 12%,以满足石油、
化工、电力、市政等行业技改的需要,到 2005 年全国 PLC 需求量将达到 25 万
套左右,约人民币 35-45 亿元。 PLC 产品的主要生产厂家 目前,全世界 PLC 生
产厂家约 200 家,生产 300 多个品种。主要的国外生产厂家包括 Siemens、
Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE、富士、日立、光洋等等。据电子部 98 年调
查结果表明,国内应用 Siemens 产品的用户占 20.8%,Modicon 占 14%左右,
A-B14%左右,OMRON14%占 14 左右,三菱 8.3%,GE6.25%,富士 4.2%;其他(日
立、光洋等)4%。 目前,我国的 PLC 生产有一定的发展,小型 PLC 的有些品种
已批量生产,中型 PLC 已有产品,大型 PLC 也开始研制,合资企业得到发展,
有的产品不仅供应国内市场,而且还有出口。国内 PLC 形成产品化生产的企业
约 30 多家,年产量超过 1000 台的不到 10 家。主要有苏州机床电器厂、上海香
岛机电制造有限公司、机械部北京机械工业自动化所、江苏嘉华实业有限公司、
苏州电子计算机厂、杭州机床电器厂、辽宁无线电二厂等。国内产品的市场占
有率不到 10%。 从以上数据可知,国内 PLC 产品仍以国外产品为主,并以
Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE 的产品为主。 技术发展趋势 开放式
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