毕业设计用纸
急停 合闸反馈 正反转指令 故障 变频器合闸 变频器运行 S KM SA1 SA2 KA1 KA2 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 柜合闸指示 台合闸指示 正反转 柜故障指示 台故障指示
HG1 HG2 KA3 HY1 HY2 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 表3-2 输入/输出信号的代码及地址编号（续表）
名称 代码 地址编号 输 入 信 号 局部送风传感器信号 SA3 I1.0 变频器报警信号 Su I1.1 消铃按钮 SB9 I1.2 试灯按钮 SB10 I1.3 模拟量电压值 Up AIW0 输 出 信 号 1#风机工频运接触器及指示灯 KM1,HL1 Q1.0 1#风机工频运接触器及指示灯 KM2,HL2 Q1.1 2#风机工频运接触器及指示灯 KM3,HL3 Q1.2 2#风机工频运接触器及指示灯 KM4,HL4 Q1.3 3#风机工频运接触器及指示灯 KM5,HL5 Q1.4 3#风机工频运接触器及指示灯 KM6,HL6 Q1.5 局部/全面送风转换电磁阀 YV2 Q1.6 局部送风报警指示灯 HL9 Q1.7 报警电铃 HA Q0.7 控制变频器频率电压信号 Vf AQW0
3.5 系统外围接线图
1 哈尔滨工程大学继续教育学院
毕业设计用纸
DC24VDC0V468KA1KA2HG1HG2KA3HY1HY2101214N12216182022模拟电压信号1L2LQ1.0Q1.1Q1.2Q0.0Q0.1Q0.3Q0.5Q0.2Q0.4Q0.63LQ1.3Q1.4Q1.51L0.00.10.20.3NL1220AC24DCEM222ML+2L0.40.50.60.7CPU2261M0.00.10.20.30.40.50.60.72MI1.0I1.1I1.2I1.33MI1.4I1.5I1.6I1.7ML+SB1SB2SB3SB4SKMSA1SA2SA3Su22426SB9SB10ML+NM0V0I01KA1KA2110V20V34+-(AIN1)9(24V)6517287168(DIN1)(DIN2)(DIN3)(DIN4)(DIN5)(DIN6)(0V)DV MM4306SE6 430-2UD32-0DG0(22KW) (AOUT1)(RL1)(RL1)(RL1)(RL2)(RL2)(RL3)(RL3)(RL3)COMCOMNONONCNOCOM+NC-20212223192425181213(AOUT2)+26-27M3RAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-EM235MM430主回路电源L1L2L3B+B-UVWPEL12M1M2 图3-6 系统外围接线图
如图3-6所示，控制系统使S7-200 PLC控制MM430变频器,由变频器直接控制M1、M2、M3三台风机的运行。
1 哈尔滨工程大学继续教育学院
毕业设计用纸
第四章 系统软件设计与调试
应用软件是根据指令系统及系统功能的要求进行的。鉴于该设计的控制方案，系统适时的选用了西门子S7-200PLC及MM430变频器，配合硬件共同实现系统的各方面工作要求。
西门子S7-200PLC的编程语言是STEP 7-micro/win32，它是用于S7-200系列PLC进行编程、调试的全新软件，该软件可以运行于通用微机中，在WINDOWS环境下进行语言编程。将它通过计算机的串口和一根PC/MPI转接电缆与PLC的MPI口相连，即可进行相互间的通信。通过STEP-7micro/win32编程软件，不仅可以非常方便的使用梯形图和语句表等形式进行离线编程，经过编译后通过转接电缆直接下载入PLC的内存中执行，而且在调试运行时，还可以在线监视程序中的各个输入输出或状态点的通断状况，甚至进行在线修改程序中的变量，给调试工作也带来极大的方便。 STEP7-micro/win32软件的一个特点是调试功能很强大，不仅能在线读取数据，而且能在线修改过程数据,对于调试大型复杂控制程序非常有效。STEP 7-micro/win32软件还附带一些控制程序模块，如PID调节模块，这些模块可以从主控制程序中直接调用，以便实现不同的功能。STEP 7-micro/win32软件工具包采用模块化的程序设计方法，它采用文件块的形式管理用户编写的程序及程序运行所需的数据。该工具软件包为S7-200 CPU与其它系统部件 (如触摸屏、变频器)的使用提供了便利。
4.1 系统工作过程分析
正常情况下，中央空调的风机机组按照程序要求工频运行，给车间全面送风，若传感器检测到织机湿度不足时，启动报警指示，关闭全面送风，开启局部送风，此时启动自动变频运行方式，首先使1#风机变频运行，在1#风机工作过程中，变频器根据送风信号的变化通过PID调节器调整1#风机的转速来控制风量。若用风量继续增加，变频器输出频率达到上限频率时，仍达不到设定要求，那么同时起动2#风机变频运行，若还达不到设定要求，那么也同时起动3#风机变频运行，这样三台风机共同变频送风，直至满足织机湿度要求，报警指示消失，同时系统再次起动全面送风，工频运行，循环工作。当用风量较小的时候，系统按照“先起先停”原则逐台关闭处于工频或变频运行的风机。
4.2 PLC程序设计
该系统的程序是建立中央空调恒压送风方案基础上的,是按照PLC应用的步骤开发完成的。
1
哈尔滨工程大学继续教育学院
毕业设计用纸
程序控制的目的是实现整个送风系统的恒压运行，为此必须控制变频器的频率以及三台风机的顺序投入与切除，以此保证系统的安全性与可靠性。
该程序共分为三部分：主程序、子程序以及中断程序。把逻辑运算及报警处理等放在主程序，系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，这样可以节省扫描时间。
利用定时器中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。PID控制器的参数整定是控制系统设计的重要内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。全面送风时系统设定值为满量程的70%，局部送风时系统设定值为满量程的90%，在该系统中，只是用比例（P）和积分(I)控制，其回路增益和时间常数可通过计算初步确定，但还需要进一步调整以达到最优控制效果。
PID控制器参数的整定步骤如下：
（1）首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作。
（2）仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下此时的比例放大系数和临界振荡周期。
（3）在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
常规PID参数整定的理论方法要有对象准确的数学模型，但这对大多数的工业控制系统是难以做到的。因此通常的做法，可以通过实验的方法来整定PID参数。
该系统的PID参数整定采用现场实验整定法。
现场实验整定法，是人们在长期的工程实践中，从各种控制规律对系统控制质量的影响的定性分析中，总结出来的一种行之有效，并且得到广泛应用的工程整定方法。在现场的应用中，将调节器的整定参数按先比例、后积分、最后微分的程序置于某些经验数值后，把系统闭合起来，然后再作给定值扰动，观察系统过渡过程曲线。若曲线不够理想，则改变调节器的δ、Ti和Td值，进行反复凑试，以寻求“最佳”的整定参数，直到控制质量符合要求为止，从而确定PID的参数。
在具体整定时，令PID调节器的Td=0，Ti=∞，使其成为纯比例调节器。比例度δ按经验数据设置，如表4-1（常用过程控制系统控制器的参数经验范围）。整定纯比例控制系统的比例度，使系统达到4:1衰减振荡的过渡过程曲线，然后，再加积分作用。在加积分作用之前，应将比例度加大为原来的1.2倍。将积分时间由大到小进行调整，直到系统得到4:1衰减振荡的过渡过程曲线为止。
该系统初步确定的增益和时间常数为： 增益Kc=0.25; 采样时间Ts=0.2s; 积分时间Ti=30min.
1
哈尔滨工程大学继续教育学院
毕业设计用纸
表4-1 常用过程控制系统控制器的参数经验范围
调节器参数 控制系统 风量 压力 流量
δ 20％～80％ 30％～70％ 40％～100％ Ti/min 0.4～3 0.1～1 Td/min 程序中使用的PLC元器件及其功能如表4—2所列
表4—2 程序中使用的元器件及功能
器件 地址 VD100 VD108 VD112 VD116 VD120 VD124 VD204 VD208 VD212 VD250 VD300 VD301 VD310 T33 T34 PI计算值 比例系数 采样时间 积分时间 微分时间 变频器运行频率下限值 全面送风变频器运行频率上限值 局部送风变频器运行频率上限值 PI调节结果存储单元 变频工作风机的风机号 工频运行风机的风机总台数 转换风机时间存储器 工频/变频转换逻辑控制 工频/变频转换逻辑控制 功能 过程变量标准化值 器件 地址 T37 T38 T39 M0.0 M0.1 M0.3 M0.4. M0.5 M0.6 M2.0 M2.1 M2.2 M3.0 M3.1 M3.2 功能 工频增加风机滤波时间控制 工频减少风机滤波时间控制 工频/变频转换逻辑控制 故障结束脉冲信号 风机变频启动脉冲 转换风机变频启动脉冲 复位当前变频运行风机脉冲 当前风机工频运行启动脉冲 新风机变频启动脉冲 风机工频/变频转化逻辑控制 风机工频/变频转化逻辑控制 风机工频/变频转化逻辑控制 故障信号汇总 变频器故障消铃逻辑 织机湿度不足消铃逻辑
4.2.1 系统运行主程序
系统运行主程序首先要使扩展模块 (通讯模块、A/D模块等)、变频器等设备与PLC的数据传输正常。同时在系统运行过程中要及时进行故障检测，以防止设备损坏和意外发生;当出现故障时，要及时进行报警输出，方便维修人员维修，有利于系统恢复正常工作。无故障情况下，系统自动启动后，进行恒压控制。其参考程序梯形图如图4-1所示。
1
哈尔滨工程大学继续教育学院