畢業(yè)論文---基于plc的空氣源熱泵熱水器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　智能加熱控制系統(tǒng)</b></p><p>　　——基于PLC的空氣源熱泵熱水器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題已成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的兩大難題。近些年來(lái)，空氣源熱泵熱水系統(tǒng)因其節(jié)能、環(huán)保等顯著特點(diǎn)而越來(lái)越受到廣大消費(fèi)者的關(guān)注。PL

2、C也因其可靠性高、控制功能強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)逐漸在控制領(lǐng)域占據(jù)著舉足輕重的地位。而一個(gè)熱泵熱水器如果沒(méi)有好的控制系統(tǒng)，將會(huì)產(chǎn)生不必要的材料浪費(fèi)和環(huán)境污染。所以本課題基于PLC的空氣源熱泵熱水器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就是要結(jié)合二者的特點(diǎn)使熱泵的優(yōu)勢(shì)和效能得到最大程度的體現(xiàn)，從而達(dá)到緩解環(huán)境和能源問(wèn)題的目的。</p><p>　　基于電機(jī)的功耗與其轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系，所以本設(shè)計(jì)還用到了變頻器，充分結(jié)合了系統(tǒng)的特點(diǎn)，同時(shí)也達(dá)到了節(jié)能

3、的目的。</p><p>　　在控制領(lǐng)域，PID調(diào)節(jié)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便等特點(diǎn)成為了工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。本文還結(jié)合了PLC自帶的PID調(diào)節(jié)模塊，來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，既保證了合理供水，又降低了系統(tǒng)的功耗。</p><p>　　本設(shè)計(jì)完成的是PLC控制中的下位機(jī)部分，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)水箱水的一個(gè)加熱全過(guò)程。并結(jié)合變頻器和PID調(diào)節(jié)達(dá)到節(jié)能的目的。</p><

4、;p>　　關(guān)鍵字：PLC;變頻器;PID調(diào)節(jié)</p><p>　　INTELLIGENT HEATING CONTROL SYSTEM</p><p>　　--PLC-BASED AIR SOURCE HEAT PUMP WATER HEATER CONTROL SYSTEM</p><p><b>　　ABSTRACT</b></

5、p><p>　　Environmental issues and energy issues have become the two major problems restricting the development of the national economy. In recent years, the air source heat pump hot water system because of its r

6、emarkable characteristics such as energy-saving, environmental protection, which has attracted the attention of consumers. PLC also holds an important position in control field for its high reliability and strong control

7、 function. And if a heat pump water heater has not a good control system, it w</p><p>　　Based on motor power is proportional to the cube of its speed, so the design also uses a frequency converter, is combin

8、ed with the characteristics of the system, but also to achieve energy-saving purposes.</p><p>　　In the field of control PID regulator for its simple structure, stable, reliable, and convenient adjustment of

9、industrial control has become one of the main technology. This also comes with a PLC PID regulation module to regulate the motor speed, this not only ensures a reasonable water supply, but also reduces the system power c

10、onsumption.</p><p>　　This design has completed the PLC programming control part, achieved a whole tank water heating process. Combining the transducer to achieve the goal of saving energy</p><p>

11、;　　Key words: PLC; inverter; PID; adjustment</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒論 …………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1課題背景及意義 ……………………………………………………………1</p>&

12、lt;p>　　1.2國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)述 ……………………………………………………5</p><p>　　1.3本課題的主要內(nèi)容 …………………………………………………………9</p><p>　　第二章 硬件設(shè)計(jì)……………………………………………………………………10</p><p>　　2.1使用變頻器的原因…………………………………………………………10

13、</p><p>　　2.2變頻器的節(jié)能原理…………………………………………………………10</p><p>　　2.3變頻器的配線………………………………………………………………14</p><p>　　2.3.1配線圖…………………………………………………………………14</p><p>　　2.3.2配線注意事項(xiàng)………………………………

14、…………………………14</p><p>　　2.4操作及運(yùn)行…………………………………………………………………16</p><p>　　2.4.1操作說(shuō)明………………………………………………………………16</p><p>　　2.4.2操作范例………………………………………………………………17</p><p>　　2.5變頻器在該系統(tǒng)中

15、的運(yùn)用…………………………………………………18</p><p>　　第三章 PLC 程序設(shè)計(jì)………………………………………………………………23</p><p>　　3.1PLC參數(shù)I/O分配表…………………………………………………………23</p><p>　　3.2設(shè)計(jì)流程圖…………………………………………………………………23</p><

16、p>　　第四章 總結(jié)…………………………………………………………………………27</p><p>　　4.1設(shè)計(jì)內(nèi)容總結(jié)………………………………………………………………27</p><p>　　4.2心得體會(huì)……………………………………………………………………28</p><p>　　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………29&l

17、t;/p><p>　　致 謝…………………………………………………………………………………30</p><p>　　附 錄…………………………………………………………………………………31</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題背景及意義</p><p>　

18、　隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活的逐步提高，人們對(duì)生活品質(zhì)的追求使得對(duì)生活熱水的需求也越來(lái)越高。然而，全球工業(yè)化導(dǎo)致溫室氣體排放的增加、二氧化碳排放的增加、石油短缺、燃煤燃?xì)馕廴緡?yán)重、價(jià)格高昂。這些因素都使得環(huán)保的新能源及其應(yīng)用產(chǎn)品成為必然的選擇。一般來(lái)說(shuō)，在人們?nèi)粘Ｉ钪?，生活熱水的提供常常?lái)源于燃?xì)鉄崴鳌㈦姛崴骰蛘咛?yáng)能熱水器。近些年來(lái)，熱泵型熱水器因其節(jié)能、環(huán)保等顯著特點(diǎn)而越來(lái)越受到歐美及我國(guó)消費(fèi)者廣泛的關(guān)注。</p>

19、;<p>　　在我國(guó)，隨著人們生活水平的日益提高、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑能耗越來(lái)越大，尤其是生活熱水的能耗，在全社會(huì)倡導(dǎo)“節(jié)約能源”和政府主導(dǎo)的“節(jié)能減排”、“綠色發(fā)展”的環(huán)境中，有效減少生活用熱水的能耗是今后一段時(shí)期應(yīng)該得到重視的問(wèn)題。在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，利用空氣源熱泵制取生活熱水已經(jīng)成為比較流行的方式。下面簡(jiǎn)單介紹一下，空氣源熱泵的工作原理和特點(diǎn)。</p><p>　　（1）空氣源熱泵的工作原理&

20、lt;/p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)簡(jiǎn)圖</b></p><p>　　與傳統(tǒng)的三種熱水器相比，利用空氣熱能的熱泵熱水器更節(jié)能、更環(huán)保。與日常生活中常用的雙制空調(diào)的制熱功能原理一樣，只不過(guò)加熱對(duì)象是水與空氣的區(qū)別。其工作原理為：熱泵熱水器內(nèi)有和空調(diào)內(nèi)的冷媒一樣的載熱工質(zhì)，在低壓液態(tài)下吸收環(huán)境空氣的熱能，在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)氣化，通過(guò)壓縮機(jī)的工作提高工質(zhì)的溫度，再通過(guò)冷凝器使

21、工質(zhì)冷凝為液態(tài)，同時(shí)釋放其熱量并傳給水箱中的水，達(dá)到制取熱水的目的【1】。</p><p>　　就像水泵將水從低處泵到高處一樣，熱泵熱水器利用電能將空氣中的熱能和輸入的電能一并傳給水箱中的冷水，加熱水以供使用。一般來(lái)說(shuō)，空氣源熱泵熱水器由室外的熱泵主機(jī)(與空調(diào)器室外機(jī)類(lèi)似)和耐壓的保溫水箱以及熱水末端(水龍頭、花灑等)組成。而熱泵主機(jī)又由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和電子節(jié)流裝置四個(gè)主要部分組成。整個(gè)循環(huán)中冷媒(或稱(chēng)熱

22、媒、制冷介質(zhì))在高壓冷凝與低壓蒸發(fā)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)熱量的運(yùn)輸和傳遞。</p><p>　　可以簡(jiǎn)單劃分為以下四個(gè)部分：</p><p>　?、? 低溫低壓制冷劑經(jīng)膨脹機(jī)構(gòu)節(jié)流降壓后，進(jìn)入空氣交換機(jī)中蒸發(fā)吸熱，從空氣中吸收大量的熱量Q1。</p><p>　?、? 蒸發(fā)吸熱后的制冷劑以氣態(tài)形式進(jìn)入壓縮機(jī)，被壓縮后，變成高溫高壓的制冷劑（此時(shí)制冷劑中所蘊(yùn)藏的熱量分為兩部分：一

23、部分是從空氣中吸收的熱量Q1，一部分是輸入壓縮機(jī)中的電能在壓縮制冷劑時(shí)轉(zhuǎn)化成的熱量Q2。</p><p>　　③. 被壓縮后的高溫高壓制冷劑進(jìn)入熱交換器，將其所含熱量（Q1+Q2）釋放給進(jìn)入熱換熱器中的冷水，冷水被加熱到55℃（最高達(dá)65℃）直接進(jìn)入保溫水箱儲(chǔ)存起來(lái)供用戶(hù)使用。</p><p>　　④. 放熱后的制冷劑以液態(tài)形式進(jìn)入膨脹機(jī)構(gòu)，節(jié)流降壓......如此不間斷進(jìn)行循環(huán)【2】。&

24、lt;/p><p>　　（2）空氣源熱泵的特點(diǎn)</p><p>　?、?、超大水量：水箱容量根據(jù)具體要求量身訂做，水量充足，可滿(mǎn)足不同客戶(hù)不同時(shí)段需求。</p><p>　?、凇⒔?jīng)濟(jì)節(jié)?。簭目諝庵蝎@取大量的能源，能效比高達(dá)300%～400%。根據(jù)使用規(guī)律設(shè)定熱水器自動(dòng)運(yùn)行時(shí)間，費(fèi)用自然節(jié)省。</p><p>　?、?、適用范圍廣：不受氣候影響，在環(huán)境

25、溫度為-10℃～43℃下均能正常工作，可廣泛應(yīng)用于家庭、賓館、酒店、學(xué)校、醫(yī)院、集體宿舍、住宅小區(qū)、桑拿等集中供熱。</p><p>　?、?、持久恒溫：使用非常簡(jiǎn)單，整個(gè)熱水器采用自動(dòng)化智能控制系統(tǒng)，用戶(hù)只需在初次使用時(shí)開(kāi)一下電源，在以后的使用過(guò)程中完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，到達(dá)用戶(hù)指定水溫時(shí)自動(dòng)停機(jī)，低于用戶(hù)指定水溫時(shí)系統(tǒng)自行開(kāi)機(jī)運(yùn)行，完全實(shí)現(xiàn)一天24小時(shí)隨時(shí)有熱水而不用等候。</p><p>

26、;　?、?、安全環(huán)保：結(jié)構(gòu)上水電完全分離，且無(wú)任何有害有毒氣體排放或燃燒，不受臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害的影響，絕對(duì)安全；</p><p>　　⑥、防凍功能：具有智能化霜功能，確保熱水器在低氣溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，它可根據(jù)室外環(huán)境溫度、蒸發(fā)器翅片溫度和機(jī)組運(yùn)行時(shí)間等多個(gè)參數(shù)綜合、智能判斷自動(dòng)進(jìn)入和退出化箱。 </p><p>　　⑦、安裝方便：體積小巧可以安裝在任何地方，安裝在室內(nèi)不占用空間，也可

27、以安裝在室外，如屋頂、地面等露天放置，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，占地面積小、安裝簡(jiǎn)單，無(wú)需另設(shè)機(jī)房。</p><p>　?、?、使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用低，設(shè)備性能穩(wěn)定，使用壽命可達(dá)15年以上。</p><p>　　由此可以看出空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的推行已經(jīng)勢(shì)在必行。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民居住條件的改善、生活品質(zhì)的提高，新建住宅幾乎全部需要安裝熱水器，再加之一些存在安全隱患的燃?xì)鉄崴餍枰鎿Q，因此，空氣

28、源熱泵熱水器在我國(guó)具有廣闊的發(fā)展前景【3】。</p><p>　　然而，再好的熱水器如果沒(méi)有一套與之緊密結(jié)合的優(yōu)良的控制系統(tǒng)，不僅它的優(yōu)勢(shì)很有可能不能全面的發(fā)揮出來(lái)，而且還可能造成不必要的能源消耗和危及到其他設(shè)備的安全運(yùn)行。例如，對(duì)熱水溫度的設(shè)置。這個(gè)參數(shù)的設(shè)置在系統(tǒng)節(jié)能上有為重要。由熱泵本身的制熱原理就可以看出，水的溫度越高，提升相同度數(shù)水溫耗能越多。所以在滿(mǎn)足用戶(hù)需求的情況下，水溫不宜偏高。據(jù)理論計(jì)算和有關(guān)資

29、料介紹，每降低1攝氏度的水溫，可節(jié)省約2%-2.5%的電能。不僅如此，降低水溫還可以減少系統(tǒng)的熱量損失和減少水垢。因此本文就是根據(jù)空氣源熱泵的原理及特點(diǎn)，再結(jié)合PLC控制、PID調(diào)節(jié)以及變頻原理，來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)全自動(dòng)的空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，從而達(dá)到更加有效及方便用戶(hù)用水和節(jié)能環(huán)保的目的。</p><p>　　PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)

30、定性和可靠性，同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)述</p><p>　　基于PLC的空氣源熱泵熱水器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要運(yùn)用了PLC和變頻技術(shù)。下面就這兩個(gè)方面簡(jiǎn)單描述一下國(guó)內(nèi)外的一些研究發(fā)展和現(xiàn)狀。</p><

31、p><b>　　●PLC的發(fā)展?fàn)顟B(tài)</b></p><p>　　在可編程序控制器誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)的各個(gè)部門(mén)。繼電器控制系統(tǒng)通?？煽闯墒怯奢斎腚娐?、輸出電路、控制電路和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)四部分組成。其中輸入電路部分由按鈕、行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、傳感器等構(gòu)成，用以向系統(tǒng)送入控制信號(hào)。輸出電路部分由接觸器、電磁閥等執(zhí)行元器件構(gòu)成，用以控制各種被控對(duì)象（如電動(dòng)機(jī)、電爐、閥門(mén)等）?？?/p>

32、制電路部分是繼電器控制系統(tǒng)的核心，它通過(guò)導(dǎo)線將各個(gè)分立的繼電器、電子元器件連接起來(lái)，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施控制。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)部分是指上述的被控制對(duì)象或生產(chǎn)過(guò)程。</p><p>　　繼電器控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中曾起著重要作用。隨著生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，繼電器控制系統(tǒng)愈來(lái)愈難以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要。繼電器控制電路通常是針對(duì)某一固定動(dòng)作順序或生產(chǎn)工藝而設(shè)計(jì)的，它只能進(jìn)行邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等一些簡(jiǎn)單的控制，一旦動(dòng)作

33、數(shù)序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變壞，就必須進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，重新布線、裝配和調(diào)試。這就迫使人們研制新型工業(yè)控制系統(tǒng)，以取代原來(lái)已占統(tǒng)治地位的繼電器控制系統(tǒng)。</p><p>　　基于上述狀況，美國(guó)通用汽車(chē)公司（GM）于1986年提出了研制新型工業(yè)控制器的設(shè)想，第二年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）就研制出了世界上第一臺(tái)可編程序控制器。在這一時(shí)期，可編程序控制器雖然采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但實(shí)際上它只能完成順序控制，僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)

34、、技術(shù)等功能，所以人們將可編程序控制器稱(chēng)為PLC(Programmable Logic Controller),即可編程序邏輯控制器。</p><p>　　20世紀(jì)70年代末至80年代初，微處理器技術(shù)日趨成熟，使可編程序控制器的處理速度大大提高，并增加了許多特殊功能，如浮點(diǎn)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、查表等，使可編程序控制器不僅可進(jìn)行邏輯控制，而且還可對(duì)模擬量進(jìn)行控制。因此，美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)（NEMA）將它正式命名為PC（P

35、rogrammable Controller）。由于個(gè)人計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)也是PC(Personal Computer),為避免混淆，人們習(xí)慣上仍將可編程序控制器稱(chēng)為PLC。</p><p>　　20世紀(jì)80年代后，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化可編程序控制器的得到了驚人的發(fā)展，使之在概念、設(shè)計(jì)、性能價(jià)格比等方面有了重大的突破?？删幊绦蚩刂破骶哂辛烁咚儆?jì)數(shù)、中斷技術(shù)、PID

36、（比例、積分、微分）控制等功能，同時(shí)聯(lián)網(wǎng)通信能力也得到了加強(qiáng)，這些都使得可編程序控制器的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。為使這一新型工業(yè)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)和發(fā)展規(guī)模化，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）制定了PLC的標(biāo)準(zhǔn)，并給出了它的定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、技術(shù)和算數(shù)運(yùn)算等操作命令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)

37、程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)【4】。</p><p>　　PLC近年來(lái)的發(fā)展方向</p><p><b>　　（1）小型化</b></p><p>　　近年來(lái)，小型PLC的應(yīng)用十分普遍，超小型PLC的需求日益增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)機(jī)床行業(yè)應(yīng)用超小型PLC幾乎占1/4，因此國(guó)外許多PL

38、C廠家正在積極研制開(kāi)放各種超小型PLC。例如，日本歐姆龍公司的CPMIA系列PLC既可單機(jī)運(yùn)行，也可聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)發(fā)展的控制，CPMIA系列PLC的最小配置是6個(gè)數(shù)字量輸入和4個(gè)數(shù)字量輸出，還可根據(jù)實(shí)際情況擴(kuò)展模塊，最多可達(dá)100輸入和輸出。此外，它還具有模擬設(shè)定、高速計(jì)數(shù)等功能，是一種性能價(jià)格比較好的超小型PLC。</p><p><b>　?。?）網(wǎng)絡(luò)化</b></p><

39、p>　　多層次分布式控制系統(tǒng)與集中型相比，具有更高的安全性和可靠性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組態(tài)更為靈活方便，地域分布更廣，是當(dāng)前控制系統(tǒng)發(fā)展的主流。為實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)自動(dòng)化，世界上各PLC生產(chǎn)廠家不斷研制開(kāi)發(fā)功能更強(qiáng)的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種網(wǎng)絡(luò)一般是多級(jí)的，網(wǎng)路的最底層是現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行級(jí)，中間是協(xié)調(diào)級(jí)，最上層是組織管理級(jí)?，F(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行級(jí)可由多個(gè)PLC或者遠(yuǎn)程I/O工作站組成，中間一級(jí)由PLC或計(jì)算機(jī)構(gòu)成。最高一級(jí)一般由高性能的計(jì)算機(jī)組成。它們間采用工業(yè)以太網(wǎng)

40、和MAP網(wǎng)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，構(gòu)成多級(jí)分布式PLC。隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，這種多級(jí)分布式PLC控制系統(tǒng)除了控制功能外，還可實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)化、生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)調(diào)度、產(chǎn)品計(jì)劃、統(tǒng)計(jì)管理等功能，成為一種測(cè)、控、管一體化的多功能綜合系統(tǒng)【5】。</p><p><b>　?。?）兼容性</b></p><p>　　目前，PLC與計(jì)算機(jī)已成功的結(jié)合并廣泛應(yīng)用，稱(chēng)為控制系統(tǒng)中的一個(gè)重

41、要的組成部分和環(huán)節(jié)。隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，今后將更加注重PLC與其他智能控制系統(tǒng)的結(jié)合。許多PLC開(kāi)發(fā)商已經(jīng)注意到了PLC的兼容性，不僅是PLC與PLC的兼容，而且還注意到PLC與計(jì)算機(jī)的兼容，使之可充分利用計(jì)算機(jī)現(xiàn)有的軟件資源。例如歐姆龍CQMIH等系列PLC，其軟件編程、監(jiān)控都可在Windows操作平臺(tái)上操作和運(yùn)行。今后PLC將采用速度更快、功能更強(qiáng)的CPU，容量更大的存儲(chǔ)器，并將更充分利用計(jì)算機(jī)資源。PLC與工業(yè)控

42、制計(jì)算機(jī)、集散控制系統(tǒng)、嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等還將進(jìn)一步滲透與結(jié)合，這必將進(jìn)一步拓寬PLC的應(yīng)用領(lǐng)域【6】。</p><p><b>　?。?）標(biāo)準(zhǔn)化</b></p><p>　　長(zhǎng)期一來(lái)，PLC走的是專(zhuān)門(mén)化發(fā)展道路，使其在獲得成功的同時(shí)也帶來(lái)諸多的不便。例如，各個(gè)公司的PLC都有通信聯(lián)網(wǎng)的能力，但各個(gè)公司的PLC之間無(wú)法通信聯(lián)網(wǎng)，因此制定PLC的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)在必行。從19

43、78年起，國(guó)際電動(dòng)委員會(huì)在其下設(shè)TC65的SC65B中專(zhuān)設(shè)WGT工作組，制定PLC的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，到目前為止已公布和制定的標(biāo)準(zhǔn)有如下5個(gè)：</p><p>　　1131-1: General Information（一般信息）</p><p>　　1131-2: Equipment Characteristics And Test Requirement（設(shè)備特性與測(cè)試要求）</p>

44、;<p>　　1131-3: Programming Language（編程語(yǔ)言）</p><p>　　1131-4: User Guidelines（用戶(hù)向?qū)В?lt;/p><p>　　1131-5: MMS Companion Standard（制造信息規(guī)范伴隨標(biāo)準(zhǔn)）</p><p>　　●國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀</p><

45、p>　　變頻器的快速發(fā)展得益于電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)及電機(jī)控制理論的發(fā)展。1964年，最先提出把通信技術(shù)中的脈寬調(diào)制P刪技術(shù)應(yīng)用到交流傳動(dòng)中的是德國(guó)人。20世紀(jì)80年代初，日本學(xué)者提出了基于磁通軌跡的磁通軌跡控制方法。此方法以三相波形的整體生成效果為基礎(chǔ)，以逼近電機(jī)氣息的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成兩相調(diào)制波形，使變壓變頻VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)成為

46、變頻調(diào)速技術(shù)的核心。從20世紀(jì)80年代后半期開(kāi)始，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國(guó)家的基于VVVF技術(shù)的通用變頻器已商品化并廣泛應(yīng)用。1980年，德國(guó)人在應(yīng)用微處理器的矢量控制研究中取得了進(jìn)展，促進(jìn)了矢量控制的實(shí)用化。此后，日本廠商竟相研究矢量控制技術(shù)，并在產(chǎn)品性能和價(jià)格兩方面取得進(jìn)展；理論界則應(yīng)用現(xiàn)代控制理論把矢量控制的理論進(jìn)一步深化，取得了解耦控制、速度觀測(cè)、參數(shù)自適應(yīng)、無(wú)速度傳感器矢量控制等方面的理論成果。自1992年開(kāi)始，德國(guó)西門(mén)子公司相

47、繼開(kāi)發(fā)了6SE70系列通用變頻器，通過(guò)FC、VC、SC板可以分別實(shí)現(xiàn)頻率控制、矢量控制、伺服控制等；至1994年該系列通用變頻器的容量</p><p>　　國(guó)外在交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展方面特點(diǎn)為：市場(chǎng)需求量大；功率器件發(fā)展迅速；控制理論和微電子技術(shù)的支持。變頻器的發(fā)展水平是由電力電子技術(shù)、電機(jī)控制方式以及自動(dòng)化控制水平三個(gè)方面決定的。在現(xiàn)代自動(dòng)化控制領(lǐng)域中，以現(xiàn)代控制論為基礎(chǔ)，融入模糊控制、專(zhuān)家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

48、等新的控制理論，為高性能變頻調(diào)速提供了理論基礎(chǔ)；16位、32位高速微處理器以及信號(hào)處理器(DSP)和專(zhuān)用集成電路(ASIC)技術(shù)的快速發(fā)展，則為實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的高精度、多功能提供了硬件手段。在我國(guó)，60％的發(fā)電量是通過(guò)電動(dòng)機(jī)消耗掉的，因此，如何利用電機(jī)調(diào)速技術(shù)進(jìn)行電機(jī)運(yùn)行方式的改造以節(jié)約電能，一直受到國(guó)家和業(yè)界人士的重視。我國(guó)電氣傳動(dòng)產(chǎn)業(yè)始于1954年。當(dāng)時(shí)，在機(jī)械工業(yè)部屬下建立了我國(guó)第一個(gè)電氣傳動(dòng)成套公司，即現(xiàn)在的天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所

49、的前身。現(xiàn)在，我國(guó)約有200家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作，但自行開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品和國(guó)際市場(chǎng)上的同類(lèi)產(chǎn)品相比，還有比較大的技術(shù)差距。隨著改革開(kāi)放和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)采取要么直接從發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)口現(xiàn)成的變頻調(diào)速設(shè)備，要么內(nèi)外結(jié)合，即在自行設(shè)計(jì)制造的成套裝置中采用外國(guó)進(jìn)口或合資企業(yè)</p><p>　　1)變頻器的整體技術(shù)落后，國(guó)內(nèi)雖有很多單位投入了一定的人力、物力研究變頻技術(shù)并開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，但由

50、于分散，所以并沒(méi)有形成一定的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模。</p><p>　　2)變頻器產(chǎn)品所用半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)幾乎空白。</p><p>　　3)相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè)落后。</p><p>　　4)產(chǎn)品可靠性及工藝水平低。</p><p>　　1.3 本課題的主要內(nèi)容</p><p>　　本文主要通過(guò)對(duì)目前各熱水系統(tǒng)的分析，

51、并根據(jù)用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的要求，確定以可靠性高、使用簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、編程靈活的工控設(shè)備變頻器和PLC作為主要控制設(shè)備來(lái)設(shè)計(jì)該空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。具體而言論文主要包括以下內(nèi)容：</p><p>　　1）硬件部分。分析變頻器的節(jié)能原理，結(jié)合熱泵的特性和用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的要求，運(yùn)用變頻器來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在方便用戶(hù)用水的同時(shí)也達(dá)到了節(jié)能的目的。</p><p>　　2）軟件部分。介紹了PLC的特性和

52、編程語(yǔ)言，對(duì)實(shí)現(xiàn)供水控制的各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)也做了詳細(xì)的分析。</p><p><b>　　第二章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 使用變頻器的原因</p><p>　　我國(guó)的電動(dòng)機(jī)用電量占全國(guó)發(fā)電量的60％～70％，風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備年耗電量占全國(guó)電力消耗的1/3.造成這種狀況的主要原因是：風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過(guò)調(diào)節(jié)入口或

53、出口的擋板、閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸出功率大量的能源消耗在擋板、閥門(mén)地截流過(guò)程中。</p><p>　　由于風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)大多為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，軸功率與轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，所以當(dāng)風(fēng)機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速下降時(shí)，消耗的功率也大大下降，因此節(jié)能潛力非常大，最有效的節(jié)能措施就是采用變頻調(diào)速器來(lái)調(diào)節(jié)流量、風(fēng)量，應(yīng)用變頻器節(jié)電率為20％～50％，而且通常在設(shè)計(jì)中，用戶(hù)水泵電機(jī)設(shè)計(jì)的容量比實(shí)際需要高出很多，存在“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象，

54、效率低下，造成電能的大量浪費(fèi)。因此推廣交流變頻調(diào)速裝置效益顯著。</p><p>　　采用變頻器驅(qū)動(dòng)具有很高的節(jié)能空間。目前許多國(guó)家均已指定流量壓力控制必須采用變頻調(diào)速裝置取代傳統(tǒng)方式，中國(guó)國(guó)家能源法第29條第二款也明確規(guī)定風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載應(yīng)該采用電力電子調(diào)速【7】。</p><p>　　2.2 變頻器的節(jié)能原理</p><p>　　實(shí)際情況:工廠用水是由一臺(tái)水泵將外源

55、水抽至工廠儲(chǔ)水池，再由另外一臺(tái)水泵根據(jù)工廠實(shí)際用水量的大小來(lái)將水供給工廠使用。 </p><p>　　在一般情況下，水泵采用恒速交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，而用水量卻是變化的，為了保證水池的正常供水，工人要在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常調(diào)節(jié)擋板或閥門(mén)開(kāi)度大小來(lái)控制水泵的抽水量，或者將水池中用不完的水白白流掉。這樣做不僅增大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且有大量的電能浪費(fèi)在水泵閥門(mén)阻力的損失上。因此就要求水泵處于變工況運(yùn)行，若利用變頻器進(jìn)行調(diào)速，以調(diào)節(jié)電動(dòng)

56、機(jī)轉(zhuǎn)速的方法取代調(diào)節(jié)擋板或閥門(mén)，則不僅可以減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，還能達(dá)到節(jié)約電能目的，對(duì)提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有重要意義【8】。</p><p>　　變頻調(diào)速節(jié)能裝置的節(jié)能原理</p><p><b>　　變頻節(jié)能</b></p><p>　　由流體力學(xué)可知，P（功率）=Q（流量）╳H（壓力），流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，功

57、率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速N可成比例的下降，而此時(shí)軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。</p><p>　　水泵變頻器控制節(jié)能原理</p><p>　　(A) 水泵特性分析</p><p>　　根據(jù)離心泵特性曲線的有關(guān)公式：</p><p>　　P=K1QH

58、 （2-1）</p><p>　　（2-1）式中說(shuō)明在相同的軸功率下，若通過(guò)出口閥門(mén)調(diào)節(jié)泵機(jī)流量，將引起泵機(jī)揚(yáng)程的相應(yīng)改變，流量越小，揚(yáng)程變得越大，但實(shí)際抽水時(shí)，由于揚(yáng)程是基本不變的，由此就產(chǎn)生了更多的富余揚(yáng)程。</p><p>　　Q=K2n

59、 （2-2）</p><p>　　H=K3n2 （2-3）</p><p>　　由（2-1）、（2-2）、（2-3）式得：</p><p>　　P=K4n3

60、 （2-4）</p><p>　?。?-4）式說(shuō)明泵機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，若設(shè)法降低轉(zhuǎn)速，就可以減小泵機(jī)軸功率，再由（2-1）可知，就可實(shí)現(xiàn)流量或揚(yáng)程的自由調(diào)節(jié)。</p><p>　　P/Q=K5n2 （2-5）</p><

61、;p>　?。?-5）式說(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)，排放每m3 水能耗（即功耗）與轉(zhuǎn)速立方成正比，這說(shuō)明在達(dá)到實(shí)際供水流量前提下，轉(zhuǎn)速越小，功耗越小。式中：K1，K2，K3，K4，K5為常數(shù)，P為泵機(jī)軸功率； Q為泵機(jī)流量； H為泵機(jī)揚(yáng)程；n為泵機(jī)轉(zhuǎn)速。</p><p>　　例如：一臺(tái)水泵電機(jī)功率為55KW，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時(shí)，其耗電量為28.16KW，省電48.8％，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時(shí)，其耗電量為6

62、.875KW，省電87.5％。</p><p>　　(B) 電機(jī)特性分析</p><p>　　根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的工作原理：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n=60/p.f，電機(jī)的：</p><p>　　n=60/p.f（1-s） （2-6）</p><p>　

63、　式中：f為電機(jī)的電源頻率；</p><p>　　p為電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；</p><p><b>　　S為轉(zhuǎn)差率。</b></p><p>　　由于電機(jī)的S和P為常數(shù)，所以（2-6）式可知電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率有固定的正比例關(guān)系。</p><p><b>　　(C) 節(jié)能原理</b></p>

64、<p>　　由電機(jī)特性分析可知，均勻改變電機(jī)供電頻率F，就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變泵機(jī)的轉(zhuǎn)速；結(jié)合泵機(jī)特性分析，降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)輸入功率也隨之減少，泵機(jī)軸功率就相應(yīng)減少。這就是變頻器控制水泵的節(jié)能原理【9】。</p><p><b>　　功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能</b></p><p>　　無(wú)功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的

65、降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無(wú)功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，由公式P=S╳COSФ，Q=S╳SINФ，其中S－視在功率，P－有功功率，Q－無(wú)功功率，COSФ－功率因數(shù)，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵電機(jī)的功率因數(shù)在0.6-0.7之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，COSФ≈1，從而減少了無(wú)功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。</p><p><b>　

66、　軟啟動(dòng)節(jié)能</b></p><p>　　由于電機(jī)為直接啟動(dòng)或Y/D啟動(dòng)，啟動(dòng)電流等于（４-7）倍額定電流，這樣會(huì)對(duì)機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過(guò)高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門(mén)的損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開(kāi)始，最大值也不超過(guò)額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門(mén)

67、的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。</p><p>　　另外，水泵起動(dòng)時(shí)的急扭和突然停機(jī)時(shí)的水錘現(xiàn)象往往容易造成管道松動(dòng)或破裂，嚴(yán)重的可能造成電機(jī)的損壞，水泵采用變頻器調(diào)速以后，可以根據(jù)工藝的需要，實(shí)現(xiàn)泵機(jī)的軟啟和軟停，從而使急扭及水錘現(xiàn)象得到解決。而且在用水量不大的情況下，可以降低泵機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣不僅避免了水泵長(zhǎng)期工作在滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)，造成的電機(jī)過(guò)早的老化，而且變頻器的軟啟動(dòng)大大減小泵機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)機(jī)械的沖擊，也具有節(jié)

68、能的作用，其節(jié)電率一般在15%-40%左右【10】。</p><p>　　2.3 變頻器的配線</p><p><b>　　2.3.1 配線圖</b></p><p>　　變頻器配線部分，分為主回路和控制回路。打開(kāi)變頻器外殼的蓋子，就可以看到主回路端子和控制回路端子，配線時(shí)需依照下面的基本配線圖來(lái)準(zhǔn)確連接。</p><p&g

69、t;　　圖2.1 基本配線圖</p><p>　　2.3.2 配線注意事項(xiàng)</p><p><b>　?。?）主回路配線</b></p><p>　　●配線時(shí)，配線線徑規(guī)格的選定，需依照電工法規(guī)的規(guī)定施行配線，以確保安全。</p><p>　　●電源配線最好使用隔離線或線管，并將隔離層或線管兩端接地。</p>

70、<p>　　●務(wù)必在電源與輸入端子（R、S、T）之間裝空氣斷路開(kāi)關(guān)NFB。（如使用漏電斷路開(kāi)關(guān)時(shí)，需使用帶高頻對(duì)策的斷路開(kāi)關(guān)）。</p><p>　　●動(dòng)力線與控制線需分開(kāi)布置，不可置于同一線槽中。</p><p>　　●務(wù)將交流電源接至變頻器輸出端（U、V、W）。</p><p>　　●輸出配線不可碰到變頻器外殼金屬部分，否則可能造成接地短路。<

71、;/p><p>　　●變頻器的輸出端不可使用移相電容器、LC、RC雜訊濾波器等元件。</p><p>　　●變頻器主回路配線必須遠(yuǎn)離其他控制設(shè)備。</p><p>　　●當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的配線超過(guò)15米（220V系列），（380V級(jí)30米）時(shí)，在馬達(dá)的線圈內(nèi)部將產(chǎn)生很高的dv/dt,這對(duì)馬達(dá)的層間絕緣將產(chǎn)生破環(huán)，需改用變頻器專(zhuān)用的交流馬達(dá)或加裝電抗器變頻器測(cè)。<

72、;/p><p>　　●變頻器與電機(jī)間距較長(zhǎng)時(shí)，請(qǐng)降低載波頻率，因載波越大，其電纜線上的高次諧波漏電流絕大，漏電流會(huì)對(duì)變頻器及其它設(shè)備產(chǎn)生不利影響</p><p>　?。?）控制回路配線（信號(hào)線）</p><p>　　●信號(hào)線不可與主回路配線置于同一線槽中，否則可能會(huì)產(chǎn)生干擾。</p><p>　　●信號(hào)線需使用屏蔽線，并單端接地，線徑尺寸為0.5

73、-2平方毫米，控制線建議使用1平方毫米的屏蔽線。</p><p><b>　　（3）接地線</b></p><p>　　●接地線的使用，需依照電氣設(shè)備技術(shù)基本長(zhǎng)度與尺寸使用。</p><p>　　●絕對(duì)避免與電焊機(jī)、動(dòng)力機(jī)械等大電力設(shè)備共用接地極。</p><p>　　●接地線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離大電力設(shè)備動(dòng)力線。</p&g

74、t;<p>　　●接地配線必須越短越好。</p><p>　　●接地端子絕對(duì)不可接到零線上。</p><p><b>　　2.4 操作及運(yùn)行</b></p><p>　　2.4.1 操作說(shuō)明</p><p><b>　　（1）鍵盤(pán)</b></p><p>　　圖

75、2.2 鍵盤(pán)界面圖</p><p>　?。?）狀態(tài)提示燈功能說(shuō)明</p><p>　　□Hz:當(dāng)LED顯示內(nèi)容為頻率數(shù)據(jù)時(shí)，該指示燈亮。</p><p>　　□I：當(dāng)LED顯示內(nèi)容為電流數(shù)據(jù)時(shí)，該指示燈亮。</p><p>　　□FWD：當(dāng)變頻器處于正轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，該指示燈亮。</p><p>　　□REV：當(dāng)變頻器處于反

76、轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，該指示燈亮。</p><p><b>　?。?）監(jiān)視運(yùn)行參數(shù)</b></p><p>　　變頻器在運(yùn)行過(guò)程中，按一次“DATA”鍵，再按“▲”或“▼”鍵選擇觀看運(yùn)行電流或運(yùn)行頻率。Hz燈亮表示頻率，I燈亮表示電流。</p><p><b>　?。?）查看故障記錄</b></p><p>　

77、　變頻器在運(yùn)行過(guò)程中或待機(jī)狀態(tài)下，按兩次“PRGM”鍵，再按“▲”或“▼”鍵可逐次觀看最近4次故障記錄。觀看完后按“DATA”鍵，變頻器復(fù)位。</p><p><b>　　（5）參數(shù)修改步驟</b></p><p>　　變頻器在待機(jī)狀態(tài)下：</p><p>　　步驟1：按“PRGM”，變頻器顯示“Fxxx”,“xxx”為參數(shù)號(hào)。</p&g

78、t;<p>　　步驟2：按“▲”或“▼”鍵選擇所要參數(shù)號(hào)碼，按“STOP/RESET”鍵移動(dòng)光標(biāo)位置。</p><p>　　步驟3：按“RD/WT”鍵讀取該參數(shù)的內(nèi)容。</p><p>　　步驟4：按“▲”或“▼”鍵修改該參數(shù)值，按“STOP/RESET”鍵可移動(dòng)光標(biāo)位置。</p><p>　　步驟5：按“RD/WT”鍵把數(shù)值設(shè)定。</p>

79、<p>　　如欲修改其它參數(shù)，重復(fù)步驟1-5即可。</p><p><b>　　2.4.2操作范例</b></p><p>　?。?）修改參數(shù)（將F002的參數(shù)值從10S改為5S）。</p><p>　　變頻器通電后，鍵盤(pán)顯示“0.00”，按一次“PRGM”鍵，鍵盤(pán)顯示“F000”；按“▲”調(diào)到“F002”，按一次“RD/WT”鍵

80、，讀取該參數(shù)內(nèi)容，鍵盤(pán)顯示“10.0”，按“▼”鍵把“10”改為“5”，按一次“RD/WT”鍵設(shè)定，然后按“DATA”鍵即可。</p><p>　?。?）變頻器參數(shù)初始化</p><p>　　變頻器通電后，鍵盤(pán)顯示“0.00”，按一次“PRGM”鍵，鍵盤(pán)顯示“F000”；按“▲”調(diào)到“F094”，按一次“RD/WT”鍵，鍵盤(pán)顯示“0”，按“▲”鍵改為“1”，按“RD/WT”鍵設(shè)定，再按兩次

81、“PRGM”鍵，鍵盤(pán)顯示“0.--”，然后再按一次”STOP/RESET”鍵，變頻器開(kāi)始初始化。進(jìn)過(guò)三秒鐘后變頻器初始化結(jié)束，鍵盤(pán)顯示“0.00”。備注：</p><p>　　1）按以上步驟進(jìn)行參數(shù)初始化，如果初始化失敗，查看參數(shù)“F095”（1代表除F000和F095之外的所有參數(shù)不可修改，2代表所有參數(shù)只可寫(xiě)入RAM存儲(chǔ)器，不存入EPROM存儲(chǔ)器）是否鎖定。</p><p>　　2）按

82、以上步驟初始化，只對(duì)“R/W”類(lèi)型的參數(shù)有效，要對(duì)“FR/W”類(lèi)型的參數(shù)進(jìn)行修改，必須先把“F096”設(shè)為“1”。</p><p>　　3）“FR/W”類(lèi)型的參數(shù)在變頻器出廠時(shí)已設(shè)置好，一般情況下不用修改，否則變頻器將不能正常工作【11】。</p><p>　　2.5 變頻器在該系統(tǒng)中的運(yùn)用</p><p>　　圖2.3 外部連接簡(jiǎn)圖</p><

83、p>　　圖2.1為PLC與變頻器的接線圖，其中AQO是水箱水溫的一個(gè)工程量，在進(jìn)行程序編寫(xiě)時(shí)，需對(duì)它的硬件進(jìn)行配置。Y3是抽水泵。另外用到的端子是FWD,它與DCM端子短接時(shí)變頻器正轉(zhuǎn)；開(kāi)路時(shí)減速并停止。那變頻器是怎么來(lái)控制Y3也就是抽水泵的轉(zhuǎn)速的呢，還需要先介紹一下用到的變頻器的兩個(gè)功能參數(shù)F039和FO40（見(jiàn)表2-1）。</p><p>　　表2-1 功能參數(shù)表</p><p>

84、;　　在本系統(tǒng)中采用的是F039=1的運(yùn)行控制方式，即由FWD和REV端子來(lái)決定運(yùn)行控制方式。由于電路中連接的是FWD端子，所以根據(jù)下面的功能表（表2-2）可知，當(dāng)FWD連接時(shí)，實(shí)現(xiàn)的是正轉(zhuǎn)運(yùn)行的操作，在整個(gè)系統(tǒng)里體現(xiàn)的是將水箱里的水泵入到熱泵中。</p><p>　　表2-2 F039的功能表</p><p>　　該系統(tǒng)頻率的輸入來(lái)源，采用的是頻率設(shè)定選擇這一功能參數(shù)F040=1的情況，

85、即由模擬信號(hào)0—10V輸入VI來(lái)設(shè)定。在這個(gè)模式，VI端子的電壓信號(hào)將會(huì)用來(lái)決定變頻器運(yùn)行時(shí)候的輸出頻率。至于運(yùn)行方向的控制則是由F039來(lái)決定。在進(jìn)行硬件配置（如圖2.2）時(shí)， </p><p><b>　　圖2.4 硬件配置</b></p><p>　　其工程量的范圍設(shè)定為0—1000。而系統(tǒng)中變頻器的變頻在0—50HZ。在程序中體現(xiàn)為水箱水溫的工程量值與500來(lái)

86、進(jìn)行比較，低于500模擬信號(hào)為5V,對(duì)應(yīng)的頻率值為25HZ.當(dāng)水溫上升時(shí)，其工程量的值也在增加，當(dāng)它大于500時(shí)就會(huì)與PLC里的模擬信號(hào)一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。比如當(dāng)工程量為800時(shí)，對(duì)應(yīng)的電壓為8V，變頻器的頻率為40HZ。從水溫和抽水泵轉(zhuǎn)速的角度來(lái)看，即當(dāng)水箱水溫比較低時(shí)，變頻器的頻率也對(duì)應(yīng)的比較低，這樣就控制了抽水泵的轉(zhuǎn)速，也就是說(shuō)水箱水溫比較低時(shí)，泵入水箱的冷水比較少。這樣對(duì)水箱里水溫的影響也不大。既合理又節(jié)能【12】。</p>

87、;<p><b>　　●實(shí)物圖</b></p><p>　　圖2.5 實(shí)物連接圖</p><p><b>　　●連線</b></p><p>　　相對(duì)于之前做過(guò)的課程設(shè)計(jì)的硬件連線來(lái)說(shuō)，該設(shè)計(jì)用到的元器件和連線比較多。在這種情況下，元件和連線的布局就有一定的講究了。在課程設(shè)計(jì)中，我們主要就是關(guān)心線的接口有沒(méi)有

88、接對(duì)，接觸良不良好，有沒(méi)有注意接地等這些問(wèn)題。經(jīng)過(guò)這畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，我發(fā)現(xiàn)對(duì)于硬件的連線遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能只注意這些問(wèn)題。元器件多了，首先它的布局非常重要，如果只是單純的連對(duì)接口，很有可能就會(huì)造成接線的混亂。其次，各個(gè)元件之間還需要考慮它們會(huì)不會(huì)有相互的影響。像我們這一個(gè)系統(tǒng)在長(zhǎng)沙某中學(xué)投入運(yùn)行的初期，發(fā)現(xiàn)每次水箱里的水溫總是比預(yù)先設(shè)定的值波動(dòng)大于5度，一開(kāi)始總以為是程序的問(wèn)題，在數(shù)次嘗試沒(méi)有什么見(jiàn)效的情況下，我們變化了一下思維，從硬件部分著手考

89、慮，才發(fā)現(xiàn)原來(lái)在安裝時(shí)，PLC的下方是一個(gè)水溫和水位的變送器，而變送器旁邊是一排的交流接觸器。本身變送器是工作在380V的這樣一個(gè)強(qiáng)電的環(huán)境中的，再加上接觸器的啟動(dòng)也需要強(qiáng)電環(huán)境，所以?xún)蓚€(gè)的強(qiáng)電產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)相互影響，而導(dǎo)致對(duì)變送器中的模擬信號(hào)有較大的干擾，從而會(huì)出現(xiàn)很大誤差。所以最后我們把變送器安裝在了安裝箱的外面，這樣就擴(kuò)大了變送器與接觸器之間的距離，使它們磁場(chǎng)的相互干擾減少了一些，最后實(shí)現(xiàn)</p><p>　

90、　●變頻器參數(shù)的設(shè)定操作</p><p>　　將變頻器連接好了之后，還有一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，那就是在變頻器鍵盤(pán)上給參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。要設(shè)定的參數(shù)就是上面介紹的F039和F040。具體的操作步驟如下：</p><p>　　接線→上電→按PRGM鍵→進(jìn)入修改狀態(tài)→按▲▼鍵到F039→按RD/WT讀出參數(shù)→按▲▼鍵修改為1→按RD/WT寫(xiě)入?yún)?shù)→再按PRGM鍵→按▲▼鍵到F040→按RD/WT讀出參數(shù)→

91、按▲▼鍵修改為1→按RD/WT寫(xiě)入?yún)?shù)→按DATA鍵進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。</p><p>　　第三章 PLC程序設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 PLC參數(shù)I/O分配表</p><p>　　表3-1 I/O分配表</p><p>　　該系統(tǒng)采用的是海為的PLC，其端口可直接接到相應(yīng)的接口。</p><p><b>

92、　　連接的實(shí)物圖如下：</b></p><p><b>　　3.2 設(shè)計(jì)流程圖</b></p><p>　　1）正常加熱。當(dāng)水箱的水位大于設(shè)定的最低水位時(shí)，打開(kāi)抽水泵和熱泵主機(jī)，并實(shí)時(shí)監(jiān)控水箱的水位，當(dāng)水位達(dá)到預(yù)定的最大水位時(shí)，關(guān)閉水箱進(jìn)水閥。直至水箱水溫達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，停止加熱。</p><p>　　2）直熱模式。當(dāng)處于用水高峰期而

93、水箱里的水又供應(yīng)不足的情況下，需打開(kāi)直熱模式。在正常加熱的情況，是自來(lái)水先經(jīng)過(guò)抽水泵到達(dá)水箱，再進(jìn)入熱泵進(jìn)行加熱，然后返回水箱的一個(gè)過(guò)程。而直熱模式是自來(lái)水直接經(jīng)過(guò)直熱閥進(jìn)入到熱泵里，經(jīng)過(guò)熱泵的一個(gè)循環(huán)加熱后到達(dá)水箱。根據(jù)熱泵的一個(gè)加熱特性，加熱使水溫上升同樣的溫度，初始水溫越低，它的效率越高，同時(shí)功耗也越低。這一點(diǎn)也體現(xiàn)了該系統(tǒng)的節(jié)能性。</p><p>　　3）PID模塊。在該控制系統(tǒng)中，PID模塊的作用就是

94、來(lái)調(diào)節(jié)和控制閥門(mén)的開(kāi)度。該系統(tǒng)是針對(duì)于溫度這個(gè)參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)的，當(dāng)溫度小于設(shè)定值時(shí)，減小閥門(mén)開(kāi)度。當(dāng)溫度偏高時(shí)，增大閥門(mén)的開(kāi)度。PID三個(gè)參數(shù)的最終確定需要經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行時(shí)各方面數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整的【13】。</p><p>　　4）初始化模塊。由于PLC采用的是循環(huán)掃描的工作方式，所以在程序設(shè)計(jì)中，每一個(gè)掃描周期都必須有一個(gè)初始化模塊，對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)初始狀態(tài)進(jìn)行確定，包括定時(shí)開(kāi)關(guān)，水位下降，正常加熱標(biāo)志，系統(tǒng)標(biāo)志等【14】。&

95、lt;/p><p>　　下面為初始化、加熱和PID調(diào)節(jié)三個(gè)部分程序設(shè)計(jì)流程圖。</p><p>　　圖3.1 初始化流程圖</p><p><b>　　圖3.2加熱流程圖</b></p><p>　　圖3.3 PID調(diào)節(jié)流程圖</p><p><b>　　第四章 總結(jié)</b>&l

96、t;/p><p>　　4.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容總結(jié)</p><p><b>　　1)思路的設(shè)定</b></p><p>　　設(shè)計(jì)思路是設(shè)計(jì)的靈魂，一個(gè)好的設(shè)計(jì)必定有一個(gè)清晰而精簡(jiǎn)的思路。在我接觸這個(gè)課題的初期，曾以為這個(gè)課題的思路整理非常的簡(jiǎn)單。不就是看水箱里的水位和水溫兩個(gè)參數(shù)嘛，沒(méi)達(dá)到預(yù)定的水位和水溫就繼續(xù)抽水和加熱，達(dá)到了就停。雖然大的方向沒(méi)有錯(cuò)，但

97、是要保證這個(gè)大的方向能順利進(jìn)行，需要注意的細(xì)節(jié)是很多的。從上面給出的三個(gè)程序流程圖就可以看得出來(lái)。比如初始化模塊中設(shè)定完成正常加熱標(biāo)志為1就非有不可。因?yàn)檫@是判斷后面是否需要啟動(dòng)加熱的先決條件。</p><p><b>　　2）軟件的調(diào)試</b></p><p>　　由于本課題只完成PLC下位機(jī)的部分，所以無(wú)法進(jìn)行聯(lián)機(jī)運(yùn)行，只能做簡(jiǎn)單的脫機(jī)仿真來(lái)檢驗(yàn)程序。PLC的仿真

98、跟其它的編程軟件一樣，如果程序有錯(cuò)誤，軟件會(huì)有相應(yīng)的提醒，這樣就可以根據(jù)提示以及自己的思路來(lái)對(duì)程序進(jìn)行修改。在本次設(shè)計(jì)，脫機(jī)仿真時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，但一接入現(xiàn)場(chǎng)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，理論值跟實(shí)際值之間存在的差距，這就要求重新對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化，特別是各參數(shù)的設(shè)定。像該設(shè)計(jì)中，有很多處的延遲時(shí)間，就是在現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)后調(diào)整的。</p><p><b>　　3）硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　

99、　這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我更加清楚的認(rèn)識(shí)到了，全面了解硬件部分各元器件特性和相互之間的聯(lián)系與影響是相當(dāng)重要的。比如本次設(shè)計(jì)中變頻器的使用，只有充分了解了它的原理和工作特性等，才能很好對(duì)它加以利用。其次是各元器件的連線與布局，這一部分在第二章的2.5節(jié)的連線中有詳細(xì)介紹。這里不再重復(fù)。</p><p><b>　　4.2 心得體會(huì)</b></p><p>　　大學(xué)四年里，我

100、們電子專(zhuān)業(yè)完成了不少的課程設(shè)計(jì)，但我感覺(jué)真正讓我們認(rèn)清自己的設(shè)計(jì)水平以及理解和運(yùn)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)能力的只有這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。首先，課程設(shè)計(jì)的時(shí)間很短只有兩周，但畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)兩個(gè)多月。時(shí)間上就決定了所做工作量的差距。課程設(shè)計(jì)涉及的范圍較小，而且每天都會(huì)有老師指導(dǎo)，基本能保證一個(gè)星期就能拿出設(shè)計(jì)方案來(lái)，老師給的指導(dǎo)資料也會(huì)很多，所以正真屬于自己認(rèn)真努力鉆研出來(lái)的東西很少。但畢業(yè)設(shè)計(jì)不同，它的涉及面要比課程設(shè)計(jì)廣泛得多，鉆研的深度也不一樣。一般

101、指導(dǎo)老師每天在云塘校區(qū)都有課，當(dāng)面指導(dǎo)的機(jī)會(huì)較少，可能這也是做畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的之一吧，就是要讓我們自己好好去搜集和整理資料多多去思考。這樣一來(lái)，從我們確定自己的設(shè)計(jì)思路到設(shè)計(jì)過(guò)程和調(diào)試就需要花費(fèi)大量的時(shí)間。從我自身的情況來(lái)看，光是去搜集資料就花費(fèi)了我三個(gè)多禮拜的時(shí)間。而且到后面發(fā)現(xiàn)，所找的資料還不全面。這一點(diǎn)讓我深刻認(rèn)識(shí)到，很多時(shí)候只有當(dāng)你真正去做了這件事情，你才會(huì)對(duì)它有一個(gè)比較全面的了解。光是從別人的文章和理論中去學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。其次

102、，這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我對(duì)自己的學(xué)習(xí)能力又有了新的認(rèn)識(shí)。這一次我的課題相較之前做的一些專(zhuān)業(yè)課題來(lái)說(shuō)，跨度有一</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周峰，馬國(guó)遠(yuǎn).空氣源熱泵熱水器的現(xiàn)狀及展望[J].節(jié)能，2006，（07）：13-17</p><p>　　[2] 胡鄂生.空氣源熱泵熱水器市場(chǎng)研究[J].熱泵技術(shù)

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108、首先要感謝我的指導(dǎo)老師xx副教授對(duì)我論文工作的大力幫助，他們一絲不茍的教學(xué)態(tài)度也深深感染了我。其次，要謝謝我即將研究生畢業(yè)的xx師姐對(duì)我的耐心指導(dǎo)和幫助，最后要感謝的是跟我一起在實(shí)驗(yàn)室?jiàn)^戰(zhàn)的同學(xué)們的支持。謝謝！</p><p><b>　　附錄 程序梯形圖</b></p><p><b>　　1主程序</b></p><p&g

109、t;<b>　　2子程序</b></p><p><b>　?。?）初始化</b></p><p><b>　?。?）加熱</b></p><p><b>　?。?）PID調(diào)節(jié)</b></p><p><b>　　（4）清楚狀態(tài)位</b&g