空调用制冷机组自动控制系统的设计与研究

发布时间：2017-07-19 14:25

  本文关键词：空调用制冷机组自动控制系统的设计与研究

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【摘要】：如今空调已经是随处可见,它已经深入到我们生活的方方面面,对于特殊的环境要求甚至需要保持恒温的控制。本文以天津某单位中央空调自动控制系统为选题背景,针对单螺杆式制冷机组设计了一套具有较高自动化程度的控制系统。具体的研究内容主要包括中央空调控制系统的总体设计方案,模糊PID控制算法的应用,软、硬件及监控系统的设计。随着现代科技的发展和社会的进步,人们对于中央空调的控制要求也越来越高。对中央空调效率、能耗的控制是我们一直所追求的,传统PID控制虽然有着很好的稳定性,但已经越来越难达到我们所要求的期望。所以我们对传统的PID控制方法上进行了进一步的改进,我们让传统PID控制与模糊控制算法相融合,形成了模糊PID控制算法,经在MATLAB环境下的仿真,从形成结果上分析可以克服系统的大时滞,而且从实际的运行中可以取得良好的节能效果。空调用制冷机组分为吸气、压缩、排气三个工作过程。空调系统主要由制冷压缩机系统、冷冻水循环系统、冷却水循环系统、风机盘管系统、冷却塔的工作构成制冷系统的工作过程。经过对空调制冷系统工作原理的分析,总结出控制系统的特点及需要实际需要实现的功能,确定系统的控制方案,画出控制系统的流程图,实现控制系统相应的控制级和监控级的软硬件设计。控制系统以西门子公司的S7-200PLC作为控制核心,采用西门子公司的KTP178触摸屏作为监控系统,实现人机交互功能。文中硬件部分介绍了自动化设备的选型,包括I/O点的分配、电源模块、CPU的选型、模拟量和数字量模块等。软件部分完成了设备间的通讯、部分程序及监控画面的设计。文中重点对中央空调控制系统怎样采用模糊PID控制算法做出了详尽的描写,透彻地分析了模糊PID的形成过程,并列出了模糊PID控制器的设计过程,通过对房间内温度的控制作出了MATLAB仿真,同时对传统PID与模糊PID控制作出比较。对触摸屏监控画面的设计使操作人员能够简单有效的进行操作运行。最终实际运行的效果显示采用模糊PID控制器的效果要远远优于传统PID的控制效果。
【关键词】：制冷机组 PLC 模糊PID 监控系统
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TU83
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 空调用制冷机组的发展10-11
• 1.2.1 国内外发展状况10
• 1.2.2 发展趋势10-11
• 1.3 主要研究内容11-13
• 第二章 空调用制冷机组控制系统工作原理13-18
• 2.1 单螺杆制冷压缩机组结构及工作原理13-16
• 2.1.1 单螺杆制冷压缩机的组成13-14
• 2.1.2 单螺杆制冷压缩机的工作原理14-16
• 2.2 中央空调系统的结构及制冷原理16-17
• 2.2.1 中央空调系统的结构16
• 2.2.2 中央空调系统的制冷原理16-17
• 2.3 本章小结17-18
• 第三章 模糊PID控制算法在冷水机组中的应用18-40
• 3.1 控制方案的选择18
• 3.2 PID控制理论18-22
• 3.2.1 PID控制原理简介18-20
• 3.2.2 PID控制器的参数整定方法20-22
• 3.3 模糊PID控制理论22-26
• 3.3.1 模糊控制的起源22
• 3.3.2 模糊控制的数学概念22-24
• 3.3.3 模糊控制系统24-26
• 3.4 空调房间内温度的传递函数26-28
• 3.5 模糊PID控制器的设计28-33
• 3.5.1 模糊化接口28-30
• 3.5.2 规则库30-32
• 3.5.3 模糊推理32
• 3.5.4 清晰化接口32-33
• 3.6 MATLAB仿真33-39
• 3.7 本章小结39-40
• 第四章 中央空调控制系统总体设计40-54
• 4.1 系统总体设计方案40-41
• 4.2 PLC简介41-44
• 4.2.1 可编程逻辑控制器（PLC）的优势41-42
• 4.2.2 可编程逻辑控制器的基本结构42-43
• 4.2.3 PLC工作原理43-44
• 4.3 S7-200PLC的硬件选型及介绍44-46
• 4.3.1 S7-200PLC简介44
• 4.3.2 S7-200PLC及各模块的选择44-45
• 4.3.3 控制系统I/O点分配45-46
• 4.4 信号检测与传感器的选择46-49
• 4.5 控制系统的软件49-53
• 4.5.1 系统控制程序流程49-50
• 4.5.2 S7-200 PLC的通讯50-52
• 4.5.3 模糊PID算法在S7-200中的实现52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第五章 中央空调控制系统组态画面设计54-64
• 5.1 操作面板的简介及系统触摸屏的选型54
• 5.2 系统的组态软件54-56
• 5.3 中央空调系统组态画面的设计56-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文70

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