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1、封面作者： PanHongliang仅 供 个 人 学习基于 PLC的中心空调水泵变频调速系统设计摘 要本文针对中心空调的节能问题，对中心空调水泵变频调速系统进行分析及设计；利用可编程掌握器、模拟量扩展模块、变频器、温度传感器等代替传统再热量调剂系统，实现中心空调水泵的变频调速；通过对空调出口温度进行检测，变频系统实时调剂中心空调水泵转速，达到节能目的；采纳变频技术掌握中心空调水泵，是当前空调系统节能改造的有效途径；关 键 词 ： 中 央 空 调 ， 变 频 调 速 技 术 ， 可 编 程 控 制 器 PLC， PID目 录1 绪论 11.1 中心空调变频调速的意义 11.2 变频调速技术介绍
2、 11.3 本文的主要工作 32 系统原理分析及方案设计 52.1 中心空调结构原理 52.2 变频调速系统工作原理 72.3 空调变频掌握系统的构架 82.4 总体设计方案的确定 83 系统硬件设计 103.1 可编程掌握器的选型103.1.1 可编程掌握器概述 103.1.2 可编程掌握器的选型113.2 模拟量 I/O 模块及传感器选型 123.2.1 模拟量输入模块选型（ A/D） 133.2.2 模拟量输出模块选型（ D/A） 153.2.3 温度传感器选型 163.3 变频器的选型及参数设置 173.3.1 变频器的选型 173.3.1变频器的参数设置 183.4 总体电路图 19
3、4 系统软件设计 214.1 内存变量安排 214.2 掌握系统程序设计 234.2.1 主程序设计 234.2.2 PID掌握的设计及实现 234.2.3 冷却水系统循环掌握及 PID 调剂程序 254.2.4 冷冻水系统循环掌握及 PID 调剂程序 264.2.5 传送冷却水和冷冻水PID 参数子程序 264.2.6 中断服务程序 265 系统调试 275.1 初始化程序调试 275.2 冷却水、冷冻水系统PID 调剂程序调试 28参考文献 31致谢 32附录 1 完整程序 32附录 2 系统总体电路图 321 绪论1.1 中心空调变频调速的意义随着空调应用的日益普及，其能耗在社会总能耗中
4、所占的比例越来越高；削减空调系统的能耗对全社会的节能，促进国民经济的连续进展具有重大意 义；常规中心空调系统的送风量是依据空调房间的最大热、湿负荷确定，且保持不变；空调负荷削减时，通过调剂送风温度（调剂再热量）来爱护室温；这种方法不仅铺张了热量而且铺张制冷机组相当的冷量；在变风量空调系统中， 可依据房间温湿度参数的变化，通过变频调速装置调剂风机的转速，转变送风量（应大于最小送风量），送风温度保持不变；明显变风量空调系统可充分利用最大送风温差，节约再热量和与之相应的冷量，削减风机的功率消耗，提高空调系统的运行经济性 1 ；在夏季室内负荷下降时，先削减送风量，当送风量减至最小送风量时可利用末端再热
5、装置适应室内冷负荷的削减；当再热量不足以补偿室内负荷变化 时，系统由夏季工况转至冬季运行工况，系统开头送热风；为节约能量，可先进行定风量变风温的调剂方法，当供热负荷连续增加时，再改为变风量调剂方法；1.2 变频调速技术介绍变频调速具有高效率、宽范畴和高精度等特点，是运用最广、最有进展前 途的调速方式；沟通电机变频调速系统的种类很多，从50 岁月提出的电压源型变频器开头，相继进展了电流源型、脉宽调制型等各种变频器；（1） 变频器按变换环节分交- 交变频器把频率固定的沟通电源直接变换成频率连续可调的沟通电源；其主要优点是没有中间环节，故变换效率高；但其连续可调的频率范畴窄，一般为额定频率的一半以下
6、，故它主要用于容量较大的低速拖动系统中；交- 直- 交变频器先把频率固定的沟通电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的三相沟通电；由于把直流电逆变成沟通电的环节简洁掌握，因此，在频率的调剂范畴，以及改善变频后电动机的特性等方面，都具有明显的优势；目前快速地普及应用的主要是这一种；（2） 变频器按电压的调制方式分PAM（脉幅调制）变频器输出电压的大小通过转变直流电压的大小来进行调制；在中小容量变频器中，这种方式几乎己经不采纳了；PWM（脉宽调制）变频器输出电压的大小通过转变输出脉冲的占空比来进行调制；目前普遍应用的是占空比按正弦规律支配的正弦波脉宽调制（ SPW）M方式；（3） 变频器按直
7、流环节的储能方式分电流型直流环节的贮能元件是电感线圈；电压型直流环节的贮能元件是电容器；变频器的功用是将频率固定（通常为工频50Hz）的沟通电（三相的或单相的）变换成频率连续可调（多数为0 400Hz）的三相（或单相）沟通电 2 ；由上式可知道：当频率连续可调时，电动机的同步转速也连续可调；又由于异步电动机的转子转速总是比同步转速略低一些，所以，当连续可调时，也连续可调；由于磁极对数不同的异步电动机，在相同频率时的转速是不同的；所以，即使频率的调剂范畴相同，转速的调剂范畴也是各异的，因此采纳变频和变极调速相结合的方法，可以大大提高变频器的工作效率；由于转速与频率成正比，即：=（1-1 ） 式中
8、： - 转速；- 频率；- 电机磁极对数；- 转差率；如将电机的运行频率由原先的50Hz 下调到 40Hz 时，电机的实际转速 n， 降为额定转速的 80%,即，由于电机的额定功率，因此，电机运行在 40Hz时的实际功率为：（1-2 ）就节电率为：（1-3 ）由此可见，如风机和水泵的电机运行在40Hz 时，理论上，电机实际消耗的功率只有额定功率的一半左右，此时，理论上节电率为48.8%，沟通变频调速的节电成效相当显著，经济效益特别可观；中心空调系统采纳变频调速技术，电机可在很宽的范畴内平滑调速,可将全部节流阀去掉 ,使管道畅通，可免去节流损耗；通过转变电机转速而转变水的流速 ,从而转变水的流量
9、，达到制冷机正常工作要求和平稳热负荷所需冷量要求，达到节能目的；采纳变频调速技术的关键是电机转速的可调和可控；这种系统可由多台水泵电机组成，其中只有一台水泵处于变频调速状态，就可以达到节能目的；这种系统最大程度地节约了设备；电机的变频调速系统是由PLC掌握器进行切换和掌握；1.3 本文的主要工作中心空调系统通常分为冷冻水和冷却水两个系统；现在水泵系统节能改造的方案大都采纳变频器来实现；（1） 冷冻水泵系统的闭环掌握该方案在保证最末端设备冷冻水流量供应的情形下，确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调剂是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测
10、冷冻水回水温度，再经由温度掌握器设定的温度来掌握变频器的频率增减，掌握方式是：冷冻回水温度大于设定温度时频率无极上调；（2） 冷却水系统的闭环掌握该方案在保证冷却塔有肯定的冷却水流出的情形下，通过掌握变频器的输出频率来调剂冷却水流量；当中中心空调冷却水出水温度低时，削减冷却水流量；当中中心空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量，在保证中中心空调机组正常工作的前提下，达到节能增效的目的；掌握原理说明如下： PLC 掌握器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入掌握器内存，并运算出温差值；然后依据冷冻机的回水与出水的温差值来掌握变频器的频率，以掌握电机转速，调剂出水的流量，掌握热交
11、换的速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻泵的转 速，加快冷冻水的循环速度和流量，加快热交换的速度；反之温差小，就说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能；由于冷冻机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温，再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的；冷却水进水出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走的热量大，应提高冷却泵的转速，加大冷却水的循环量；温差小，就说明，冷冻机负荷小，需带走的热量小，可降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能；通过温度传感器 PT100将温度信号经过变送器和 A/D 转换模块
12、传送到 PLC中进行处理，然后由 PLC将掌握信号送至变频器中，变频器依据掌握信号做出相应的频率调整，实现对水泵电机转速的掌握；主要工作有：温度检测部分设计；挑选变频器；设计主电路；挑选 PLC器件并挑选扩展模块； I/O 口的安排及输入输出接口电路的设计；报警等接口设计；编制设计 PLC 程序；系统仿真；2 系统原理分析及方案设计2.1 中心空调结构原理中心空调是由一台主机通过风道过风或冷热水管或管线连接多个末端的方式来掌握不同的房间以达到室内空气调剂目的的空调；一般酒店，大型商场用的是风管试的中心空调，它的原理是主机通过通往各个空间区域的通风管道将处理后的冷热空气输送到位；它的优点是成本低
13、、操控简便、噪音低，最主要的缺点是：各个区域（房间）控温不精确；中心空调的工作原理与家用一样，都是利用冷媒（运输热量的媒质叫冷媒）的物理原理把室内的热量带到室外去达到制冷的成效；中心空调工作原理如图2-1 所示；图 2-1 中心空调工作原理中心空调系统主要由冷冻主机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统、风机和冷却塔等组成；（1） 冷冻主机也叫致冷装置，是中心空调的致冷源，通往各个房间的循环水由冷冻主机进行内部热交换，降温为冷冻水；（2） 冷却水循环系统由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成；冷冻主机在进行热交换、使水温冷却的同时，必将释放大量的热量；该热量被冷却水吸取， 使冷却水温度上升；
14、冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降温了的冷却水，送回到冷冻机组；如此不断循 环，带走了冷冻主机释放的热量；（3） 冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻水管道组成；从冷冻主机流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，通过各房间的盘管，带走房间内的热量，使房间内的温度下降；同时，房间内的热量被冷冻水吸取，使冷冻水的温度升 高；温度上升了的循环水经冷冻主机后又成为冷冻水；（4） 风机盘管系统；安装于全部需要降温的房间内，用于将由冷冻水盘管冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换；（5） 风机；用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去；（6） 冷
15、却塔；冷冻主机在致冷过程中，必定会释放热量，使机组发热；冷却水塔用于为冷冻主机供应“冷却水”；冷却水在回旋流过冷冻主机后，将带走冷冻主机所产生的热量，使冷冻主机降温；工作原理：冷冻主机是中心空调的致冷源，从冷冻主机流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，通过各房间的盘管，带走房间内的热量，使房间内的温度下降；冷却水塔为冷冻主机供应冷却水，冷却水经管道回旋流过冷冻主机后，将带走冷冻主机所产生的热量，使冷冻主机降温；空调系统中的掌握对象多属于热工对象，从掌握的角度分析具有以下特点：（1） ）多干扰性；例如：通过窗户进入的太阳辐射热是时间的函数，也受气象条件的影响；室外空气温度通过围护结构对室温产生
16、的影响；为了换气所采纳的新风，其温度变化对室温有直接的影响；室内人员的变动，照明、机电设备的启停，均会干扰变动时掌握的难度以及能源铺张的问题；（2） ）多工况性；空调系统中对空气的处理过程具有很强的季节性，一年中，至少要分为冬季，过渡季和夏季；另外在同一天中，夜晚和白天的空气工况也不完全相同，因此，空调对空气的处理过程也具有多变性；多工况性的特点就打算了空调的运行不能设定在某一不变的参数下，而这就要求空调的掌握系统必需要敏捷的动作来适应变化的工况；在中心空调系统设计中，冷冻泵、冷却泵的装机容量是取系统最大负荷再增加 10%20%余量作为设计系数；依据运算中心空调系统中，冷冻水、冷却水循环用电约
17、占夏季酒店总用电的 25%30%，冷却塔的用电占 8%10%；因此，实施对冷冻水和冷却水循环系统以及冷却塔的能量自动掌握是中心空调系统节能改造及自动掌握的重要组成部分；依据异步电动机原理（2-1 ）式中： n- 转速； f- 频率； p- 电机磁极对数； s- 转差率；由上式可见，调剂转速有 3种方法，转变频率、转变电机磁极对数、转变转差率；在以上调速方法中，变频调速性能最好，调速范畴大，静态稳固性好， 运行效率高；因此转变频率而转变转速的方法最便利有效；以前的冷却塔是人为的依据冷却水温度挑选冷却塔开启的台数，特别简洁造成能源的铺张现象，现在依据冷却水的温度，由温度传感器传送信号至PLC， 由
18、PLC经运算后对冷却水泵依次开启，以达到节能成效；2.2 变频调速系统工作原理PLC 是变频调速掌握系统的关键部件；其作用是和谐各机组与变频器之间的电气连接，通过接触器与变频器柜的继电器和接触器进行规律切换来实现系 统的掌握方案； PLC 的输入信号有机组挑选信号、运行方式挑选信号、冷却塔 和主机开 / 关信号、冷冻泵和冷却泵的起 / 停信号等；输入信号经程序运算，发出相应的动作信号，经微型继电器及相应的常闭、常开触头分别掌握变频器及 中心空调系统的运行，以及声、光报警器件的动作；PLC 软件程序设计采纳梯形图语言编程，直观易懂；该系统主要由变频器、可编程掌握器、主接触器、水泵机组及温度检测装
19、置组成闭环自动掌握系统；水泵机组都可运转在工频以下和变频以下两种状态；这由系统依据实际需要进行切换掌握；可编程掌握器用 I/O 扩展接口分别接入 A/D和D/A模块， A/D模块通过 PLC将温度模拟量转换为数字量， D/A模块将 PLC输出的开关量转换为模拟量，以掌握变频器的升速过程及降速过程；温度检测装置将状态送 A/D,A/D 有多个数字量（ x0,x 1,x 2 ,x 3）输人 PLC,进行掌握热负荷从小至大之间的变化，第一对 PLC进行设定上限 x1 、下限 x0 ；刚开头工作热交换量为零； x0 、x1处于关断状态； PLC掌握下， KM3 接通， 1号泵接入变频器电源，同时启动升
20、速程序，按 D/A模块输出电压的设定曲线升速 , 从而使 1 号泵进行软启动； 1号泵转速逐步增大，热交换量也逐步增加；如达到设定的下限x0 时，就 1号泵在该频率下稳固运行；如频率增至50Hz时仍未达到下限 x0，就PLC发出指令 KM3释放， KM2闭合， 1号泵由工频电网直接供电，全速运转，同时 D/A输出为 0；PLC指令 KM5闭合， 2号泵接入变频调速状态，并由 PLC掌握按设定曲线升速；如升到 50Hz频率下仍未达到设定下限 x0 ，就2号泵切换为工频， 3号泵为变频调速 ,连续下去 ,直到热交换量达到下限 x0，电机稳固运行于此状态下；假如热交换量超过上限 x1，设定下调时，接
21、入变频器的第 n个水泵，其输出频率降低，如降至 0Hz时，仍未达到上限 x1，就第n个水泵停，同时 D/A置5V，第n-1 个水泵切换变频状态，并按设定曲线降低直至达其设定上限x1 ，水泵稳固运行于此状态下；需留意，在水泵进行工频和变频电网的切换过程尽可能快，各接触器间互锁和动作时间要设置好；该掌握系统 ,在任何状态下 ,只需一台水泵电机处于调速状态,其它电机可依据需要处于工频状态或停机状态,就可实现热交换从零至最大的掌握过程；冷却水、冷冻水系统可分别用一台 PLC掌握器和一台变频调速器来掌握；2.3 空调变频掌握系统的构架空调变频掌握系统，依据水泵变频曲线和系统曲线运算出正确运行模式后，使
22、n 台水泵在正确频率下运行；随着用户量的不断变化, 实际差压值会常常偏离设定值；为了完全排除该水泵系统的剩余扬程，空调变频系统将作进一步的 PID 调剂；掌握原理方框图如图 2-2 所示；图 2-2系统的掌握原理图系统将差压变送器的实时反馈值与目标设定值比较, 其差值被送入 PLC的内部 PID 调剂器，经过运算 , 输出频率信号对水泵进行调速，以达到排除差压动态偏差的目的；其算法为：（2-2 ）式中 - 调剂器的输出；- 比例时间常数；- 差压设定值 与差压实测值 之差；- 差压积分时间常数；- 差压微分时间常数；以上全部算法，将在西门子的 PLCS7-200上实现；2.4 总体设计方案的确
23、定对中心空调冷却水和冷冻水回水温度进行检测，然后将检测温度信号经变送器和 A/D 转换模块反馈给 PLC进行处理，再由 PLC输出通过变频器掌握冷却泵和冷冻泵转速，从而对温度进行掌握；目前，对冷却水系统和冷冻水系统分别进行调速的方案最为常见，节电成效也较为显著；该方案在保证冷却塔有肯定的冷却水流出的情形下，通过掌握变频器的输出频率来调剂冷却水流量；当中心空调冷却水出水温度低时，削减冷却水流量；当中心空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量；冷冻水系统也是如此；在冷冻水和冷却水的回水管道上安装温度传感器，只检测回水温 度，然后经过 PLC的处理对变频器实行掌握；这样可确保中心空调机组正常工作的前提
24、下达到节能增效的目的；温度传感器可采纳PT100 热电阻； A/D 转换模块； PLC； D/A 转换模块都选用西门子公司的产品，变频器采纳三菱公司的变频器；系统的结构图如图 2-3 所示；图 2-3系统结构图3 系统硬件设计3.1 可编程掌握器的选型3.1.1 可编程掌握器概述可编程掌握器，英文称Programmable Logic Controller，简称 PLC；可编程掌握器是用于工业现场的电掌握器，它源于继电器掌握技术，但基于电子运算机；可编程掌握器通过运行储备在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的掌
25、握；假如说初期进展起来的可编程掌握器主要是以它的高牢靠性、敏捷性和小4型化来代替传统的继电接触掌握，那么当今的可编程掌握器就吸取了微电子技术和运算机技术的最新成果，得到了更新的进展；从单机自动化到整条生产线的自动化，乃至整个工厂的生产自动化；从柔性制造系统、工业机器人到大型分散掌握系统，可编程掌握器均承担着主要角色 ；（1） ）可编程掌握器的硬件组成；可编程掌握器的硬件部分由中心处理器单元（ CPU模块）、储备器、输入 / 输出（ I/O ）模块、电源模块、通信模块、编程器等部分组成；如图 3-1 所示；（2） 可编程掌握器的工作原理可编程掌握器是以次序扫描的方式工作的；用户程序通过编程器输入
26、并 存放在可编程掌握器的用户储备器中；当可编程掌握器运行时，用户程序中有 众多的操作需要去执行，但 CPU是不能同时执行多个操作的，它只能按分时操作原理工作，即每一时刻只执行一个操作；由于CPU的运算处理速度很高，使得外部显现的结构从宏观上看似乎是同时完成的；这种按分时原就，次序执行 程序的各种操作的过程称为 CPU对程序的扫描；执行一次扫描的时间成为扫描周期；可编程掌握器的工作过程；可编程掌握器是在系统软件的掌握和指挥下，采纳循环次序扫描的方式工作的，其工作过程就是程序的执行过程，它分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段；图 3-1可编程掌握器的硬件结构框图可编程掌握器的基本功能可编程掌握
27、器有丰富的指令系统，有各种各样的I/O 接口、通信接口，有大容量的内存，有牢靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能：a）规律处理功能； b）数据运算功能； c）精确定时功能； d）高速技术功能；e）中断处理（可以实现各种内外中断）功能； f ）程序与数据储备功能； g）自检测、自诊断功能；可以说，凡一般小型运算机能实现的功能，可编程掌握器几乎也都可以做到；丰富的功能为可编程掌握器的广泛应用供应了可能；同时，也为自动化行业的远程化、信息化及智能化制造了条件；3.1.2 可编程掌握器的选型在可编程掌握器系统设计时，确定掌握方案之后，下一步工作就是可编程掌握器工程设计选型；工艺流程的特点和应用要求
28、是设计选型的主要依据；工程设计选型和估算时，应具体分析工艺过程的特点、掌握要求，明确掌握任务和范畴确定所需的操作和动作，然后依据掌握要求，估算输入输出点数、所需储备器容量、确定可编程掌握器的功能、外部设备特性等，最终挑选有较高性能价格比的可编程掌握器和设计相应的掌握系统；（1） 输入输出（ I/O ）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常依据统计的输入输出点数，再增加 10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据；实际订货时，仍需依据制造厂商可编程掌握器的产品特点，对输入输出电数进行圆整；本设计输 入点有 15 个，输出点 11 个；（2） 储备器容量的估算程序容量在设计阶段
29、是未知的，需在程序调试之后才知道；为了设计选型时能对程序容量有肯定估算，通常采纳储备器容量的估算来替代；储备器内存容量的估算没有固定的公式，很多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量 I/O 点数的 1015 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍， 以此数为内存的总字数（ 16 位为一个字）；另外再按此数的25%考虑余量；因此本课题的可编程掌握器内存容量挑选应能储备2000 条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间；（3） 机型的挑选目前，国内众多的生产厂家生产了多种系列功能各异的可编程掌握器产品，使用户眼花缭乱、无所适从；通过对输入/ 输出点的挑选、对储备容量的挑选、对 I
30、/O 相应时间的挑选以及输出负载的特点选型的分析；并且依据轿厢楼层位置检测方法，要求可编程掌握器必需具有高速技术器，又由于电梯是双 向运行的，所以可编程掌握器仍需具有可逆技术器；综合考虑后，本设计挑选SIEMENS公司生产的 S7 系列的 S7-200 可编程掌握器；S7-200 系列 PLC的主要特点如下：采纳整体固定 I/O 型与基本单元加扩展的结构， PLC的 CPU、电源、 I/0安装于一体，结构紧凑、安装简洁；运算速度快，基本规律掌握指令每条0.22us ，可以实现高速掌握；编程指令、编程元件较丰富，性价比高；PLC 集成有固定点数的告知计数输入与高速脉冲输出，脉冲频率可以达到 20
31、 100kHz；PLC 带有 RS-485 串行通信接口，可以支持无协议通信与点到点通信（ PPI）、多点通信（ MPI）、PROFIBUS总线通信；通过扩展模块， S7-200 仍可以增加如下功能；通信功能扩展；通过 PROFIBUS-D（P EM227）、AS-i （CP243-2）、调制解调器（ EM241）、以太网（ CP243-1、CP243-1IT）等通信模块， PLC 可以与工业以太网、现场总线网等不同的网络进行连接，组成 PLC网络系统；特别功能扩展；通过多通道模拟量 I/O 模块、各种温度测量模块、定位脉冲模块等，实现现场温度、速度、位置等参数的掌握、测量、调剂功能；本文选配
32、的 SIMATIC S7-200 PLC 主要由 CPU22、6和模拟量输出 EM232模块三部分组成；3.2 模拟量 I/O 模块及传感器选型模拟量输入 EM231模块3.2.1 模拟量输入模块选型（ A/D）模拟量的输入在过程掌握中的应用很广泛，如常用的温度、压力、速度、流量、碱度、位移等的工业检测都是对应电压、电流的大小模拟量，再通过一定的运算 如 PID 后掌握生产过程达到肯定的目的 如恒温等 ；模拟量输入的电平大多是从传感器通过变换后得到的，模拟量输入信号按IEC 标准为 4 20mA电流信号或 05V、-10V 10V，010V 的直流电压信号；模拟量输入模块的基本功能就是将输入P
33、LC的外部模拟量转换为 PLC所需的数字量，以供应主控模块进行数据处理和掌握；模拟量输入模块可以直接与热电偶，铂电阻等温度检测元件相连，接受采 自温度传感器的信号，温度掌握模块实际上就相当于变送器和A/D 转换器；将生产现场的温度信号值传送给PLC，经过 PLC处理后，通过模拟量输出模块输出；这样就可以实现温度的自动掌握；EM231热电阻模块可以通过DIP 开关来挑选热电阻的类型，接线方式，测量单位和开路故障方向；连接到同一个扩展模块上的热电阻必需是相同类型的；转变 DIP 开关后必需将 PLC断电后再通电，新的设置才能起作用 4 ；EM231的主要参数，见表 3-1 ；表 3-1 EM231
34、 主要参数耗电量自+5V DC（自 I/O 总线）87mA自 L+L+电压范畴， 2 级或 DC传感器供电60mA20.4 至 28.8V DC24V DC 电源供电良好 ON=无错， OFF=无 24VLED 指示灯DC电源， SF： ON=模块故障，闪耀=输入信号错误,OFF=无错模拟量输入特性现场至规律现场至 24V DC500V AC500V AC24V 到规律500V AC共模输入范畴（输入通道至输入通道）120V AC共模抑制120dB 120V AC输入类型无隔离差分输入Cu-9.035 Ni-10 ， 120， 1000 R-150 ， 300 ， 600输入辨论率温度电阻0.
35、1 15 位加符号位模块更新时间：全部通道连线长度（最大）405ms100M至传感器线回路电阻（最大）最大为 20数据字格式最大输入电压电压： -32000 至+3200030V DCSW1SW2SW3单极性， 0 10V 电压输入2.5mV单极性， 0 5V 电压输入1.25mV单极性， 0 20mA电流输入5uA双极性， 0 5V 电压输入2.5mV双极性， 0 2.5V 电压输入1.25mVRTD类型 选一种 Pt-100 ， 200 ， 500 ， PT-1000 - 10000输入范畴EM231 的配置区有3 个设定开关，用于模拟量输入范畴（量程）、辨论率、类型等的挑选，设定开关的作
36、用如表3-2 所示；表 3-2 EM231 设定开关表开关设定输入类型与范畴辨论率 - 设定开关 ON； - 设定开关 OFF由于本设计采纳的 A/D 转换模块， EM231输入类型为单极性， 05V 电压输入；所以挑选辨论率为 1.25mV， SW1、SW2、SW3分别为 ON、ON、OFF 的设定；模拟量输入端的接线方式：模拟量是通过带屏蔽的双绞线把信号输入每个信道，将第一路测量信号接入EM231的 A+和 A-端；将其次路测量信号介入EM231的 B+和 B- 端；EM231需要外部供应 DC24V电源，电源从 L+、M端输入；硬件连接图如图 3-2 所示；图 3-2热电阻与 EM231
37、硬件连接图A/D 转换的输入 / 输出关系曲线如图 3-3 所示；图 3-3 A/D转换的输入 / 输出关系曲线3.2.2 模拟量输出模块选型（ D/A）模拟量输出模块是将中心处理器的二进制数字信号 如 4095 等 转换成420mA的电流输出信号或 010V，05V 的直流电压输出信号，以供应应执行机构；模拟量输出模块选用西门子公司的EM232模块；其主要参数指标见表3-3：表 3-3 EM232 模块的主要参数模拟量输出特性模拟量输出点数隔离 现场侧到规律线路2无信号范畴电压输出电流输出10V0 20mA数据字格式电压电流-32000 +320000 +32000辨论率全量程电压电流12
38、位11 位4数字量到模拟量转换器（ DAC）的 12 位读数，其输出数据格式是左端对齐 的，最高有效位： 0 表示是正值数据字，数据在装载到DAC寄存器之前， 4 个连续的 0 是被裁断的，这些位不影响输出信号值；D/A 转换模块输入 / 输出关系如图 3-4 所示；图 3-4 D/A转换模块输入 / 输出关系（1） 模拟量输出端的接线方式：经过D/A 转换后，模拟量通过双绞线把信号输出，假如是输出电压信号，就将双绞线接到信道的M0，V0 端；假如输出的是电流信号，那么应先将双绞线接到信道的M0和 I0 端；（2） 接线方式如图 3-5 所示；3.2.3 温度传感器选型图 3-5 EM232
39、端子接线图温度检测的主要方法依据敏锐元件和被测介质接触与否，可以分成接触式与非接触式两大类；接触式检测方法主要包括基于物体受热体积膨胀性质的膨胀式温度检测外表；基于导体或半导体电阻值所温度变化的热电阻温度检测外表；基于热电效应的热电偶温度检测外表；非接触式检测方法是利用物体的热辐射特性与温度之间的对应关系，对物体的温度进行检测，主要有亮度法、全辐射法和比色法等；热敏电阻是用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的测温敏锐元件；热敏电阻有正温度系数（ PTC）、负温度系数（ NTC）和临界温度系数（ CTR）三种；温度特性曲线如图 3-6 所示；图 3-6 各种热敏电阻特性温度检测用的主要是负温度系数
40、热敏电阻，PTC和 CTR热敏电阻就利用在特定温度下电阻值急剧变化的特性构成温度开关器件；负温度系数的热敏电阻主要由单晶以及锰、镍、钴等金属氧化物制成，测温范畴为 -50到 300；它可以制成不同的结构形式，有珠状、片状、杆状和薄膜状等，其中珠状和柱状的金属氧化物热敏电阻稳固性较好；热敏电阻的优点是 值大，一般为金属电阻的十几倍，灵敏度很高，而且组织也高，在使用时引线电阻所引起的误差可以忽视；缺点是互换性差，部分产品稳固性不 好；但由于它结构简洁，热响应快，灵敏度高并且价格廉价，因此在汽车、家电等领域得到大量应用 3 ；PT100温度传感器的测量温度范畴是：- 50 450；Pt100 热电阻
41、隔离变送器：型号： RS3011；该产品是用 PT100传感器测量温度的隔离变送器，在工业上主要用于测量 - 200+500的温度；变送器内有线性化和长线补偿功能，出厂时依据 PT100国标分度表校正，完全达到 0.2 级精度要求；输入、输出和帮助电源之间是完全隔离（三隔离），可以承担2500VDC的隔离耐压；产品采纳DIN35 国际标准导轨安装方式，体积小、精度高，性能稳固、性价比高，可以广泛应用在石油、化工、电力、仪器外表和工业掌握等行业；主要特性：（1）输 入： Pt100-20 +400 范畴可挑选 （2）输出信号： 4 20mA/0 5V（3） 精度等级： 0.2级FSR%（4） 内
42、含线性化和长线补偿功能（5）隔离耐压： 2500VDC0.5mA,60S（6） DIN35 导轨安装3（7） 精度高、性能稳固牢靠；因本设计需求，特挑选输入温度范畴为0+100；3.3 变频器的选型及参数设置3.3.1 变频器的选型常规设计的沟通电动机，通常都是在额定频率、额定电压下工作的；此时，轴上输出转矩、输出功率都可以达到额定值；在变频调速的情形下，供电频率是变化的，电机的实际输出也会变化；由于变频器有肯定的通用性，因此在与不同拖动场合的电机协作时，需要选配相应的变频器；在一台变频器驱动一台电机的情形下，变频器的容量挑选要保证变频器的额定电流大于该电动机的额定电流，或者是变频器所适配的电
43、动机功率大于当前该电动机的功率；按连续恒负载运转时所需的变频器容量kVA 的运算式计算 ：6（3-1 ） 式中：负载所要求的电动机的轴输出功率，单位为W；电动机的效率 通常约 0.85 ；电动机的功率因数 通常约 0.75 ；电流波形的修正系数，对 PWM方式，取 =1.05 ；变频器的额定容量；由 于 本 系 统 所用 的 单 台 水 泵 功 率 为 2.2kW ， 取 =1.05 ， =2.2kW，=0.85=0.75 ，代入公式（ 2.3 ）得：1.05 2.2/0.85 0.75=3.62kW三菱 FR-A540 系列变频器的容量为0.4kW 55kW；由于本系统采纳的是一台变频器只为
44、一台电机供应电源，即一台变频器对应一台水泵，所以依据运算 得出，应挑选三菱 FR-A540-3.7K-CH的变频器；沟通变频调速日益完善，调速便利简洁成为电机调速主流；三菱变频器以其高性能，适中的价格应和了中国工控行业的需要，在国内得到了广泛的应 用；节能的需要为三菱变频器的应用带来了庞大的契机，三菱变频驱动产品在中国得到了更大的进展；具体参数如下6 ：（1）功率： 3.7KW（三相 380V， 50Hz）（2） 电流： 9A（3） 特点：采纳先进磁通矢量掌握方式，调速可达1： 120（0.5-50Hz ）；采纳可直接监视并掌握主回路的智能驱动回路（最新开发的ASIC）， 使低速时不匀称旋转得到大幅度的改善；可拆卸式风扇和接线端子，爱护便利；内置 RS485通信口，可插扩展卡符合全世界主要通信标准；三菱 FR-A540变频器调制方式为 PWM调制，掌握方式为 V/F 掌握，具有转矩提升，点动，制动与上位机通讯等功能；3.3.1变频器的参数设置在本系统中， PLC 通过 D/A 转换模块将掌握量通过“ 2”引脚（既电压输入）引入；将频率调整到响应值；要使变频器能够按预定的状态工作，仍要对 变频器进行参数设定；见表 3-4 ；参数号设定值名称表 3-4 变频器参数Pr.0